1.2 计算机系统结构、计算机组成与计算机实现

article/2025/9/22 0:02:41

1.2.1、计算机系统结构的定义和内涵

结构的定义：从计算机层次结构角度看，系统结构是对计算机系统中各级界面的定义及其上下的功能分配。每级都有其自己的系统结构。

结构的内涵：就目前的通用机来说，计算机系统结构的属性包括：
1）数据表示：硬件能够直接识别和处理的数据类型；
2）寻址技术：编址方式、寻址方式和定位方式等；
3）寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专用寄存器的定义、数量和使用规则等；
4）指令系统：操作类型、格式，指令间的排序控制等；
5）中断系统：中断类型、中断级别和中断响应方式等；
6）存储系统：寻址空间、虚拟存储器、Cache存储器等；
7）处理机运行状态：定义和切换方式，如管态和目态等；
8）输入输出系统：数据交换方式、交换过程的控制等；
9）信息保护：信息保护方式和硬件对信息保护的支持等。

1.2.2、计算机组成和计算机实现的定义及内涵

1.计算机的组成

从计算机系统结构的内涵可以看出，机器级内部的数据流和控制流的组成、逻辑设计和器件设计等都不属于计算机系统结构，就是说对于计算机系统结构设计是透明的。
计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。计算机组成着眼于机器级内部各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能及各部件间的联系。

计算机组成设计要确定的方面一般包括：
1）数据通路宽度：数据总线一次并行传输信息的位数；
2）专用部件的设置；
3）各种操作对部件的共享程度，将一段时间切割成极小的时间间隔，供不同应用程序来回穿插使用某个部件；
4）功能部件的并行度；
5）控制机构的组成方式，使用何种处理方式；
6）缓冲和排队技术；
7）预估、预判技术；
8）可靠性技术

透明性概念
定义：本来存在的事物或属性，从某种角度看似乎不存在
例如：CPU类型、型号、主存储器容量等对应用程序员是透明的，对系统程序员、硬件设计人员等是不透明的。

2.计算机实现

计算机实现指的是计算机组成的物理实现，包括处理器、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机技术等。
计算机实现的设计着眼于器件技术和微组装技术，其中，器件技术起着主导作用。确定指令系统中是否要设置乘法指令属于计算机系统结构。主存容量与编址方式（按位、按字节，还是按字访问等）的确定属于计算机系统结构。

从汇编语言、机器语言程序设计者角度看的概念性结构都如图 1 - 2 所示。