3、計算機體系結構

1、概述

計算機系統結構是計算機的機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性。所謂外特性，就是計算機的概念性結構和功能特性，主要研究計算機系統的基本工做原理，以及在硬件、軟件界面劃分的權衡策略，創建完整的、系統的計算機軟硬件總體概念。

1982年，梅爾斯定義了組成計算機系統的若干層次，每一層都提供了必定的功能支持他上面的一層，並把不一樣層的界面定義爲某種類型的體系結構，即指令體系結構。

1984年，拜爾給出了更加普遍的定義：體系結構由結構，組織，實現，性能4個基本方面組成。其中：

      結構：指計算機系統各類硬件的互連，是計算機的概念性結構和功能屬性。

      組織：指各部件的動態聯繫與管理，是計算機體系結構的邏輯實現，包括機器內的數據流和控制流的組成以及邏輯設計等。

      實現：指各模塊設計的組裝完成，是計算機組織的物理實現。

      性能：指計算機系統的行爲表現。

2、計算機體系結構分類

1.宏觀

  按處理機的數量分類，分爲單處理系統，並行處理與多處理系統和分佈式處理系統。

（1）單處理系統：一個處理單元。

（2）並行處理與多處理系統：兩個以上的處理機互連批次通訊協調。

（3）分佈式處理系統：指物理上遠距離而鬆耦合的多計算機系統。以下圖：

 2.微觀

按並行程度分類，有Flynn分類法，馮澤雲分類法，Handler分類法和Kuck分類法。

（1）Flynn分類法：按指令流和數據流的多少進行分類。指令流指機器執行的指令序列，數據流指由指令調用的數據序列。有以下分類：

 

 

 ①單指令流，單數據流(SISD)：每一個指令部件每次僅譯碼一條指令，並且在執行時僅爲操做部件提供一份數據。

 

 

 ②單指令流，多數據流(SIMD)：一種採用一個控制器來控制多個處理器，同時對一組數據(又稱「數據矢量」)中的每個分別執行相同的操做從而實現空間上的並行性的技術。

 

 

 ③多指令流，單數據流(MISD)：使用多個控制器來異步地控制多個處理器，可是在執行時僅爲操做部件提供一份數據。

 

 

 ④多指令流，多數據流(MIMD)：是使用多個控制器來異步地控制多個處理器，從而實現空間上的並行性的技術。

 

 

 

（2）馮澤雲分類法：按並行度進行分類，所謂並行度Pm指計算機系統在單位時間內可以處理的最大二進制位數。

       ①字串行位串行(WSBS) ：同時只對一個字的一位進行處理

　　②字並行位串行(WPBS)：同時對許多字的同一位(稱位片)進行處理

　　③字串行位並行(WSBP)：同時對一個字的所有位進行處理

　　④字並行位並行(WPBP)：同時對許多字的所有或部分位進行處理

（3）Handler分類法：在系統中三個層次上按並行程度及流水線處理程度分類

       ①PCU(處理控制器器或宏流水) K級

　　②ALU(算邏部件或指令流水) D級

　　③BLC(位級電路或操做流水) W級

（4）Kuck分類法：用指令流和執行流及其多重性來描述計算及系統控制結構的特徵

       ①單指令流單執行流(SISE)

　　②單指令流多執行流(SIME)

　　③多指令流單執行流(MISE)

　　④多指令流多執行流(MIME)