計算機系統結構論文

　　計算機系統結構是一個有多個層次組合而成的有機整體，隨著科技的不斷發展，未來的計算機將會朝著微型化、網絡化和智能化的方向發展。下面是學習啦小編給大家推薦的計算機系統結構論文，希望大家喜歡!

　　計算機系統結構論文篇一

　　《計算機系統結構簡述》

　　摘 要：計算機系統結構是一個有多個層次組合而成的有機整體，隨著科技的不斷發展，未來的計算機將會朝著微型化、網絡化和智能化的方向發展，為了使大家對計算機系統結構有一個大概的了解，本文主要介紹了計算機系統結構的一些基本概念、計算機系統結構的發展、計算機系統結構的分類方法和計算機系統設計的方法。

　　關鍵詞：計算機系統結構;馮・諾依曼結構;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，計算機共歷經電子管計算機時代、晶體管計算機時代、中小規模集成電路計算機時代、大規模和超大規模集成電路計算機時代和巨大規模集成電路計算機時代，計算機更新換代的一個重要指標就是計算機系統結構。

　　1 計算機系統結構的基本概念

　　1.1 計算機系統層次結構的概念

　　現代計算機系統是由硬件和軟件組合而成的一個有機整體，如果繼續細分可以分成7層。L0：硬聯邏輯電路;L1：微程序機器級;L2：機器語言級;L3：操作系統級;L4：匯編語言級;L5：高級語言級;L6：應用語言級。其中L0級由硬件實現;L1級的機器語言是微指令級，用固件來實現;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行;L3級的機器語言由傳統機器指令集和操作系統級指令組成，除了操作系統級指令由操作系統解釋執行外，其余用這一級語言編寫的程序由L2和L3共同執行;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，然后再由相應的機器執行;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;L6級的機器語言適應用語言，一般被翻譯到L5級上。

　　1.2 計算機系統結構的定義

　　計算機系統結構較為經典的定義是Amdahl等人在1964年提出的：由程序設計者所看到的一個計算機系統的屬性，即概念性結構和功能特性。由于計算機具有不同的層次結構，所以處在不同層次的程序設計者所看到的計算機的屬性顯然不同。

　　2 計算機系統結構的發展

　　2.1 傳統系統結構

　　當Amadahl在1964年提出計算機系統結構的定義時，也提出了采用系列機的思想，它的出現被譽為計算機發展史上的一個重要里程碑。當人們普遍采用系列機思想后，較好的把硬件技術飛速發展與軟件環境要求相對穩定的矛盾解決了，這就要求系列機的系統結構需要在相當長的時間內保持基本不變。其中，最重要的是保持它的數據表示、指令系統以及其他概念性的結構保持不變。

　　2.2 馮・諾依曼結構

　　馮・諾依曼結構(也稱普林斯頓結構)是美國數學家馮・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;輸入設備;輸出設備。其基本思想是存儲程序，主要特點是：(1)單處理機結構，機器以運算器為中心;(2)采用程序存儲思想;(3)指令和數據一樣可以參與運算;(4)數據以二進制表示;(5)將軟件和硬件完全分離;(6)指令由操作碼和操作數組成;(7)指令順序執行。

　　2.3 對馮・諾依曼結構的改進

　　為了更好的優化計算機系統結構，人們不斷對馮・諾依曼結構進行改進，總的來說，共采用兩種方法。一種是在馮・諾依曼結構的基礎上進行“改良”;另一種是采用“革命”的方法，即脫離馮・諾依曼結構，和其工作方式完全不同，統成為非馮・諾依曼結構。

　　2.4 哈佛結構

　　哈佛結構的計算機分為三大部件：(1)CPU;(2)程序存儲器;(3)數據存儲器。它的特點是將程序指令和數據分開存儲，由于數據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，使之數字信號處理性能更加優越。

　　2.5 其他系統結構

　　馮・諾依曼結構開啟了計算機系統結構發展的先河，但是因為其集中、順序的的控制而成為性能提高的瓶頸，因此各國科學家仍然在探索各種非馮・諾依曼結構，比如，數據流計算機，函數式編程語言計算機等都是較為著名的非馮・諾依曼結構。

　　3 計算機系統結構的分類方法

　　研究計算機系統結構的分類方法可以幫助我們加深對計算機系統結構和組成特點的認識以及對系統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

　　由于計算機系統結構由多級層次構成，因此在設計計算機系統結構時就可以有三種方法：(1)“從下往上”設計;(2)“從上往下”設計;(3)“從中間開始”設計。

　　4.1 “從下往上”設計

　　首先根據能夠得到的硬件，參照已經生產出來的各種機器的特點，開發出將微程序機器級和傳統機器級設計出來，然后依次往上設計，最后將面向機器的虛擬機器級設計出來。在硬件技術高速發展而軟件技術發展相對較慢的今天，如果繼續采用這種設計方法，會導致軟件和硬件的脫離，因此已經很少使用這種方法。

　　4.2 “從上往下”設計

　　首先根據應用的需求，確定好整個系統的框架，然后逐層向下進行設計，同時可以兼顧到上層的優化，最后設計出微程序機器級和傳統機器級。這種設計方法較好。

　　4.3 “從中間開始”設計

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

　　5 結束語

　　綜上所述，本文對計算機系統結構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結構的性能，仍是各國科學家不斷研究的課題。

　　參考文獻

　　[1]陳書生，王毅.計算機組成與系統結構[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

　　[2]高輝，張玉萍.計算機系統結構[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

　　[3]鄭緯民，湯志忠.計算機系統結構[M].北京：清華大學出版社，1998.

　　[5]張晨曦，王志英.計算機系統結構[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，學生，研究方向：計算機科學與技術。

　　作者單位：西北民族大學 數學與計算機科學學院。

點擊下頁還有更多>>>計算機系統結構論文