文章目錄

• 計組和計算機體系結構區別
• 外特性 和 內特性
• 計算機體系結構定義
• • 研究計算機系統中軟硬件之間的界面定義和其上下的功能分配與邏輯實現
• 基本概念
• 體系結構的分類
• • 按照指令流和數據流的多寡，將體系結構分成4種類型
  • • SISD（單指令流單數據流）
    • SIMD（單指令流多數據流）
    • MISD
    • MIMD
    • 從最大并行度分類（馮氏分類法）
    • 基于流水線和并行度Handler分類法 ？？？？

計組和計算機體系結構區別

計算機組成與計算機體系結構
1.計算機組成：計算機系統結構的邏輯實現-----怎樣實現的
2. 計算機體系結構：性能分析，設計，評估-----為什么要這樣實現

外特性 和 內特性

外特性：從程序設計者角度：不需要知道硬件怎么實現的，而是知道功能和結構：例如

• ⑴指令系統⑵數據表示⑶作數的尋址方式⑷寄存器的構成定義⑸中斷機構和例外條件⑹存儲體系和管理⑺I/O結構⑻機器工作狀態定義和切換⑼信息保護
  外特性定義了系統的軟硬件功能界面
  
  

內特性：從系統設計人員角度：要知道具體的實現技術邏輯實現

外特性、內特性和物理實現的3這關系

• 外特性---- 1：n ------ 內特性 ----- 1:n ------ 物理實現

系統結構的設計與硬件的設計不同，不可混淆

計算機體系結構定義

研究計算機系統中軟硬件之間的界面定義和其上下的功能分配與邏輯實現

側重于外特性這門課

基本概念

• 軟硬件功能在邏輯上是等價的
  – 某一層既可以用軟件實現，也可以用硬件來實現，只是靈活性，成本和性能有所不同
• 透明性分析法
  – 本來存在的事務從某個角度看不到。因為是層次體系結構，所以低層對高層透明

體系結構的分類

傳統：

• 按處理機個數和種類：單處理機、多處理機、并行處理機、管理按處理機、超標量處理機、超流水線處理機、SMP、MPP
• 按種類和用途：科學計算、事務處理、實時控制、家用

按流分類—Flynn分類法

• 指令流(IS) - 機器執行的指令序列
• 數據流(DS) - 指令流調用的數據序列
• 多倍性 - 在最受限制的元件上同時處于同一執行階段的指令或數據的最大個數

基本模塊

• MM ：內存模塊，與系統總線相連
• PU：處理單元，從MM處讀取數據，處理讀取的數據，向MM寫入數據
• CU：控制單元，通過總線從MM讀取指令，將讀出的指令用于控制PU

按照指令流和數據流的多寡，將體系結構分成4種類型

前提說明：CU從MM中取指令，指令控制PU讀取MM中的數據

• SISD（單指令流單數據流）

  • CU, PU,MM 串行工作，CU（控制單元）從MM（內存模塊）處讀取一條指令，每一條指令串行的控制一個PU（控制單元）對MM串行的讀取

  • 每個指令部件每次僅譯碼一條指令，而且在執行時僅為操作部件提供一份數據

  • 順序執行的單處理器計算機

  • 應用：微型計算機

  • 以加法指令為例，單指令單數據（SISD）的CPU對加法指令譯碼后，執行部件先訪問內存，取得第一個操作數；之后再一次訪問內存，取得第二個操作數；隨后才能進行求和運算

• SIMD（單指令流多數據流）

  • 一個CU從MM串行的讀取指令，每一條指令控制多個PU從MM并行的讀取
    
  • PU和MM之間是并行的（多連接），CU和MM之間是串行的（單鏈接）
  • 適合向量計算--------（計算機中向量計算：并行計算中的一種，操作數和結都以向量形式保存）
  • 合適：陣列處理機、并行處理機

• MISD

  * 沒有MISD計算機的原因之一：
  1. 通常PU用于處理簡單數據，一般沒有多個簡單數據需要一組相同處理的需求
  2. 適合多指令處理一個復雜數據的應用，但是單個PU只能處理簡單數據，否則PU的復雜度、PU和MM連接的復雜度將大幅提高。
  3. 沒有存在的必要性：任何復雜數據都可以分解為簡單數據-----可以化為SISD或者SIMD來實現

• MIMD

  • 多個CU同時從多個MM中讀取多條指令，這些指令同時控制多個PU從MM中讀取多個數據、處理多個數據、寫回數據，各模塊之間多連接
  • 各類模塊之間的操作全部都是并行的
  • 適合：多處理機

• 從最大并行度分類（馮氏分類法）

  • 最大并行度Pm：指一個系統在單位時間內能夠處理的最多二進制位數；Pm數值越大越好

  • 分類：

    • 字串位串：n=1,m=1 ，第一代
    • 字并位串：n>1,m=1
    • 字串位并：n=1,m>1
    • 字并位并：n>1,m>1
    • ATT: n–字寬（一個字同時處理的二進制位數） ； m—位片寬（一個位片能同時處理的字數）

    怎么分類？
    點----表一個計算機系統
    一個系統的最大并行度為： n * m，圖形表示：矩形

  • 實際情況：計算機不能總是在最大并行度下進行工作：實際并行度和執行的查程序有關
    
    

• 基于流水線和并行度Handler分類法 ？？？？

  • 分類：
    • 程序控制部件的個數k：
    • 算術邏輯部件或者處理部件（PE）的個數d：
    • 每個算術邏輯部件包含基本邏輯線路（ELC）的套數w：

  t（系統型號）=（k,d,w）對于各個層次的值越大越好

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机体系结构--第一章1----体系结构的分类的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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