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计算机体系结构美硕课程指南

作者:海马 发布时间:2023-09-13 14:06

计算机体系结构被定义为计算机系统的端到端结构,它决定了计算机系统各组件之间如何相互作用,以帮助实现计算机的目的(即处理数据)。本文解释了计算机体系结构的组成部分及其主要类型。计算机体系结构

一、什么是计算机体系结构?

计算机体系结构是指计算机系统的端到端结构,它决定了计算机系统各组件之间如何相互作用,以帮助实现机器的目的(即处理数据),通常避免提及实际的技术实现。

 

Examples of Computer Architecture: Von Neumann Architecture (a) and Harvard Architecture (b)

 

从员工在办公室使用的设备到在家工作时使用的手机和可穿戴设备,计算机都是任何组织基础设施中不可或缺的元素。所有计算机,无论大小,都建立在一套描述硬件和软件如何连接以实现其功能的原则之上。这就是计算机体系结构。

计算机体系结构是组成计算机系统的组件排列,也是驱动计算机系统运行的核心引擎。它规定了编程语言和相关处理器所设计的机器接口。

复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)是影响计算机处理器功能的两种主要架构方法。

CISC 处理器有一个处理单元、辅助内存和一个包含数百条独特指令的微小寄存器集。这些处理器只需一条指令即可执行任务,由于完成操作所需的代码行数较少,因此程序员的工作变得更加简单。这种方法使用的内存较少,但可能需要更多的时间来执行指令。

经过重新评估,基于 RISC 架构的高性能计算机应运而生。硬件设计得尽可能基本和迅速,复杂的指令可以用较简单的指令来执行。

二、计算机体系结构如何工作?

计算机结构允许计算机计算、保留和检索信息。这些数据可以是电子表格中的数字、文件中的文本行、图像中的颜色点、声音模式或闪存驱动器等系统的状态。

1.计算机架构的目的:从网上冲浪到打印,系统所执行的一切操作都涉及数字的传输和处理。计算机架构只是一个数学系统,旨在收集、传输和解释数字。

2.数字中的数据:计算机将所有数据存储为数字。当开发人员专注于机器学习代码、分析复杂的算法和数据结构时,很容易忘记这一点。

3.操作数据:计算机使用数字运算管理信息。通过将数字矩阵传输到显存,每个数字反映一个颜色像素,就可以在屏幕上显示图像。

4.多方面的功能:计算机体系结构的组成部分包括软件和硬件。处理器--执行计算机程序的硬件--是任何计算机的主要组成部分。

5.启动:在计算机设计的最初级阶段,每当计算机启动时,处理器都会执行程序。这些程序配置计算机的正常功能,并将不同的硬件子组件初始化到已知状态。这种软件被称为固件,因为它持久地保存在计算机内存中。

6.支持临时存储:内存也是计算机体系结构的重要组成部分,一个系统中通常包含多种类型的内存。处理器执行程序(应用程序)时,内存用于保存程序和程序处理的数据。

7.支持永久存储:作为计算机系统的一部分,还可以有用于存储数据或向外部世界发送信息的工具。这些工具包括通过键盘输入文本、在显示器上显示知识、从光盘驱动器传输或向光盘驱动器传输程序和数据。

8.面向用户的功能:软件管理计算机的运行和功能。计算机体系结构中有多个软件 "层"。通常情况下,一个层只与它的下层或上层连接。

9.计算机架构的工作始于启动过程。一旦加载固件,它就能初始化计算机架构的其他部分,并确保其无缝运行,即帮助用户检索、消费和处理不同类型的数据。

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