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计算机系统结构

抽象来说，计算机系统结构，或称计算机体系结构，是一个系统在其所处环境中最高层次的概念；它确定一台计算机硬件和软件之间的衔接。具体地说计算机体系结构指的是计算机系统设计的观念与架构，描述计算机在实做的设计原则。它确定一个计算机设计的：
  • 部件
  • 部件功能
  • 部件间接口
并且计算机体系结构着重于“负责了计算机架构的中心功能：计算”的中央处理器(CPU)内部的运行动作与存储器的访问。
注意，不要与处理器领域的微体系结构/微架构(Microarchitecture)相混淆。

实例

以常见的冯·诺伊曼计算机的设计为例，体系结构设计包括了：
  • 指令集架构(Instruction set architecture；简称 ISA)：被视为一种机器语言，包含了许多相关的指令集(存储器寻址、处理器控制，暂存器控制等等...)。
  • 微体系结构/微架构(Microarchitecture)或称计算机组织(Computer organization)：是更详细的叙述系统内部各元素如何进行合作与沟通。
  • 数据表示，即硬件能直接识别和处理的数据类型和数据格式；
  • 寄存器定义，包括操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器等的定义、数量和使用方式；
  • 指令系统，包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机制等；
  • 异常机制，包括中断、NMI和内部异常等；
  • 机器工作状态的定义和切换，如管态和目态等；
  • 输入输出结构，包括处理机、存储器与输入输出设备之间的连接方式、数据传送方式、数据流量、以及数据交换过程的控制等；


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