計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)有多個(gè)層次組合而成的有機(jī)整體，隨著科技的不斷發(fā)展，未來的計(jì)算機(jī)將會(huì)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(xí)啦小編給大家推薦的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論文，希望大家喜歡!

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論文篇一

　　《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述》

　　摘 要：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)有多個(gè)層次組合而成的有機(jī)整體，隨著科技的不斷發(fā)展，未來的計(jì)算機(jī)將會(huì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有一個(gè)大概的了解，本文主要介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些基本概念、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。

　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)ENIAC誕生于1946年，在問世將近70年的時(shí)間里，計(jì)算機(jī)共歷經(jīng)電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代、晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代、中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代和巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的一個(gè)重要指標(biāo)就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念

　　1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的概念

　　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組合而成的一個(gè)有機(jī)整體，如果繼續(xù)細(xì)分可以分成7層。L0：硬聯(lián)邏輯電路;L1：微程序機(jī)器級;L2：機(jī)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(shí)現(xiàn);L1級的機(jī)器語言是微指令級，用固件來實(shí)現(xiàn);L2級的機(jī)器語言是機(jī)器指令集，用L1級的微程序進(jìn)行解釋執(zhí)行;L3級的機(jī)器語言由傳統(tǒng)機(jī)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(jī)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(jī)器執(zhí)行;L5級的機(jī)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(gè)別的高級語言用解釋的方法實(shí)現(xiàn);L6級的機(jī)器語言適應(yīng)用語言，一般被翻譯到L5級上。

　　1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義

　　計(jì)算機(jī)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(jì)者所看到的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。由于計(jì)算機(jī)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(jì)者所看到的計(jì)算機(jī)的屬性顯然不同。

　　2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

　　2.1 傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)Amadahl在1964年提出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義時(shí)，也提出了采用系列機(jī)的思想，它的出現(xiàn)被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。當(dāng)人們普遍采用系列機(jī)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(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要在相當(dāng)長的時(shí)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(jì)算機(jī)分為五大部件：運(yùn)算器;控制器;存儲(chǔ)器;輸入設(shè)備;輸出設(shè)備。其基本思想是存儲(chǔ)程序，主要特點(diǎn)是：(1)單處理機(jī)結(jié)構(gòu)，機(jī)器以運(yùn)算器為中心;(2)采用程序存儲(chǔ)思想;(3)指令和數(shù)據(jù)一樣可以參與運(yùn)算;(4)數(shù)據(jù)以二進(jìn)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(jìn)

　　為了更好的優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，人們不斷對馮・諾依曼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，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(jìn)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(jì)算機(jī)分為三大部件：(1)CPU;(2)程序存儲(chǔ)器;(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它的特點(diǎn)是將程序指令和數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器采用不同的總線，因而較大的提高了存儲(chǔ)器的帶寬，使之?dāng)?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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的先河，但是因?yàn)槠浼?、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(jì)算機(jī)，函數(shù)式編程語言計(jì)算機(jī)等都是較為著名的非馮・諾依曼結(jié)構(gòu)。

　　3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法

　　研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法可以幫助我們加深對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成特點(diǎn)的認(rèn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由多級層次構(gòu)成，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)就可以有三種方法：(1)“從下往上”設(shè)計(jì);(2)“從上往下”設(shè)計(jì);(3)“從中間開始”設(shè)計(jì)。

　　4.1 “從下往上”設(shè)計(jì)

　　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(jī)器的特點(diǎn)，開發(fā)出將微程序機(jī)器級和傳統(tǒng)機(jī)器級設(shè)計(jì)出來，然后依次往上設(shè)計(jì)，最后將面向機(jī)器的虛擬機(jī)器級設(shè)計(jì)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(jì)方法，會(huì)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(jì)

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

　　4.3 “從中間開始”設(shè)計(jì)

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

　　5 結(jié)束語

　　綜上所述，本文對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些簡單的介紹，它是計(jì)算機(jī)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(xiàn)

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

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

　　作者單位：西北民族大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院。

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