計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論文

時間：2017-03-20 12:01:35 堅烘964由分享

　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一個有多個層次組合而成的有機整體，隨著科技的不斷發(fā)展，未來的計算機將會朝著微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。下面是學(xué)習啦小編給大家推薦的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論文，希望大家喜歡!

　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論文篇一

　　《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述》

　　摘要：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一個有多個層次組合而成的有機整體，隨著科技的不斷發(fā)展，未來的計算機將會朝著微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，為了使大家對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有一個大概的了解，本文主要介紹了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些基本概念、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法和計算機系統(tǒng)設(shè)計的方法。

　　關(guān)鍵詞：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu);馮・諾依曼結(jié)構(gòu);Flynn分類法;馮氏分類法

　　世界上第一臺電子計算機ENIAC誕生于1946年，在問世將近70年的時間里，計算機共歷經(jīng)電子管計算機時代、晶體管計算機時代、中小規(guī)模集成電路計算機時代、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代和巨大規(guī)模集成電路計算機時代，計算機更新?lián)Q代的一個重要指標就是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　1 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念

　　1.1 計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的概念

　　現(xiàn)代計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組合而成的一個有機整體，如果繼續(xù)細分可以分成7層。L0：硬聯(lián)邏輯電路;L1：微程序機器級;L2：機器語言級;L3：操作系統(tǒng)級;L4：匯編語言級;L5：高級語言級;L6：應(yīng)用語言級。其中L0級由硬件實現(xiàn);L1級的機器語言是微指令級，用固件來實現(xiàn);L2級的機器語言是機器指令集，用L1級的微程序進行解釋執(zhí)行;L3級的機器語言由傳統(tǒng)機器指令集和操作系統(tǒng)級指令組成，除了操作系統(tǒng)級指令由操作系統(tǒng)解釋執(zhí)行外，其余用這一級語言編寫的程序由L2和L3共同執(zhí)行;L4級的機器語言是匯編語言，該級語言編寫的程序首先被翻譯成L2或L3級語言，然后再由相應(yīng)的機器執(zhí)行;L5級的機器語言是高級語言，用該級語言編寫的程序一般被翻譯到L3或L4上，個別的高級語言用解釋的方法實現(xiàn);L6級的機器語言適應(yīng)用語言，一般被翻譯到L5級上。

　　1.2 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義

　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為經(jīng)典的定義是Amdahl等人在1964年提出的：由程序設(shè)計者所看到的一個計算機系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。由于計算機具有不同的層次結(jié)構(gòu)，所以處在不同層次的程序設(shè)計者所看到的計算機的屬性顯然不同。

　　2 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

　　2.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　當Amadahl在1964年提出計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義時，也提出了采用系列機的思想，它的出現(xiàn)被譽為計算機發(fā)展史上的一個重要里程碑。當人們普遍采用系列機思想后，較好的把硬件技術(shù)飛速發(fā)展與軟件環(huán)境要求相對穩(wěn)定的矛盾解決了，這就要求系列機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要在相當長的時間內(nèi)保持基本不變。其中，最重要的是保持它的數(shù)據(jù)表示、指令系統(tǒng)以及其他概念性的結(jié)構(gòu)保持不變。

　　2.2 馮・諾依曼結(jié)構(gòu)

　　馮・諾依曼結(jié)構(gòu)(也稱普林斯頓結(jié)構(gòu))是美國數(shù)學(xué)家馮・諾依曼在1946年提出的，他將計算機分為五大部件：運算器;控制器;存儲器;輸入設(shè)備;輸出設(shè)備。其基本思想是存儲程序，主要特點是：(1)單處理機結(jié)構(gòu)，機器以運算器為中心;(2)采用程序存儲思想;(3)指令和數(shù)據(jù)一樣可以參與運算;(4)數(shù)據(jù)以二進制表示;(5)將軟件和硬件完全分離;(6)指令由操作碼和操作數(shù)組成;(7)指令順序執(zhí)行。

　　2.3 對馮・諾依曼結(jié)構(gòu)的改進

　　為了更好的優(yōu)化計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，人們不斷對馮・諾依曼結(jié)構(gòu)進行改進，總的來說，共采用兩種方法。一種是在馮・諾依曼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行“改良”;另一種是采用“革命”的方法，即脫離馮・諾依曼結(jié)構(gòu)，和其工作方式完全不同，統(tǒng)成為非馮・諾依曼結(jié)構(gòu)。

　　2.4 哈佛結(jié)構(gòu)

　　哈佛結(jié)構(gòu)的計算機分為三大部件：(1)CPU;(2)程序存儲器;(3)數(shù)據(jù)存儲器。它的特點是將程序指令和數(shù)據(jù)分開存儲，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器采用不同的總線，因而較大的提高了存儲器的帶寬，使之數(shù)字信號處理性能更加優(yōu)越。

　　2.5 其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　馮・諾依曼結(jié)構(gòu)開啟了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的先河，但是因為其集中、順序的的控制而成為性能提高的瓶頸，因此各國科學(xué)家仍然在探索各種非馮・諾依曼結(jié)構(gòu)，比如，數(shù)據(jù)流計算機，函數(shù)式編程語言計算機等都是較為著名的非馮・諾依曼結(jié)構(gòu)。

　　3 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法

　　研究計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法可以幫助我們加深對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成特點的認識以及對系統(tǒng)工作原理和性能的理解。下面簡單介紹2種比較常用的分類方法：Flynn分類法;馮氏分類法。

　　3.1 Flynn分類法

　　由于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由多級層次構(gòu)成，因此在設(shè)計計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時就可以有三種方法：(1)“從下往上”設(shè)計;(2)“從上往下”設(shè)計;(3)“從中間開始”設(shè)計。

　　4.1 “從下往上”設(shè)計

　　首先根據(jù)能夠得到的硬件，參照已經(jīng)生產(chǎn)出來的各種機器的特點，開發(fā)出將微程序機器級和傳統(tǒng)機器級設(shè)計出來，然后依次往上設(shè)計，最后將面向機器的虛擬機器級設(shè)計出來。在硬件技術(shù)高速發(fā)展而軟件技術(shù)發(fā)展相對較慢的今天，如果繼續(xù)采用這種設(shè)計方法，會導(dǎo)致軟件和硬件的脫離，因此已經(jīng)很少使用這種方法。

　　4.2 “從上往下”設(shè)計

　　首先根據(jù)應(yīng)用的需求，確定好整個系統(tǒng)的框架，然后逐層向下進行設(shè)計，同時可以兼顧到上層的優(yōu)化，最后設(shè)計出微程序機器級和傳統(tǒng)機器級。這種設(shè)計方法較好。

　　4.3 “從中間開始”設(shè)計

　　大多數(shù)將“中間”取在傳統(tǒng)機器級和微操作級之間。在設(shè)計時，綜合考慮軟硬件，定義好分界面，然后由中間點分別往上、往下同時進行設(shè)計。此種方法可以縮短設(shè)計周期。

　　5 結(jié)束語

　　綜上所述，本文對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了一些簡單的介紹，它是計算機的靈魂，目前，如何更好地提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能，仍是各國科學(xué)家不斷研究的課題。

　　參考文獻

　　[1]陳書生，王毅.計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

　　[2]高輝，張玉萍.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

　　[3]鄭緯民，湯志忠.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.

　　[5]張晨曦，王志英.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M].北京：高等教育出版社，2008.

　　作者簡介：姚遠(1994-)，男，河南商丘人，本科，學(xué)生，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)。