計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指根據(jù)屬性和功能不同而劃分的計(jì)算機(jī)理論組成部分及計(jì)算機(jī)基本工作原理、理論的總稱(chēng)。其中計(jì)算機(jī)理論組成部分并不單與某一個(gè)實(shí)際硬件相掛鉤,如存儲(chǔ)部分就包括寄存器、內(nèi)存、硬盤(pán)等。
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)的屬性,即計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)和功能特征,包括其各個(gè)硬部件和軟部件之間的相互關(guān)系。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指研究計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想和由此產(chǎn)生的邏輯結(jié)構(gòu);對(duì)程序設(shè)計(jì)者是指對(duì)系統(tǒng)的功能描述(如指令集、編制方式等)
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指軟、硬件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),有兩方面的含義:
一是從程序設(shè)計(jì)者的角度所見(jiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),它是研究計(jì)算機(jī)體系的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性,關(guān)系到軟件設(shè)計(jì)的特性;
二是從硬件設(shè)計(jì)者的角度所見(jiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),實(shí)際上是計(jì)算機(jī)體系的組成或?qū)崿F(xiàn)(參見(jiàn)[計(jì)算機(jī)組織]),主要著眼于性能價(jià)格比的合理性。
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要研究軟件、硬件功能分配和對(duì)軟件、硬件界面的確定。
馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)理念。
計(jì)算機(jī)由 控制器(控制程序執(zhí)行)、運(yùn)算器(完成數(shù)據(jù)加工處理)、存儲(chǔ)器(記憶程序和數(shù)據(jù))、輸入設(shè)備(輸入數(shù)據(jù)和程序)、輸出設(shè)備五部分組成(輸出處理結(jié)果)。
運(yùn)算器:運(yùn)算器的處理對(duì)象是數(shù)據(jù)。
控制器:由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成,它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”,即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。
存儲(chǔ)器:內(nèi)存儲(chǔ)器用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序,但僅用于暫時(shí)存放程序和數(shù)據(jù),關(guān)閉電源或斷電,數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。硬盤(pán)等外存儲(chǔ)器能夠長(zhǎng)久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
輸入設(shè)備:用于把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序輸入到計(jì)算機(jī)中。
輸出設(shè)備:用于數(shù)據(jù)的輸出。它把各種計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來(lái)。常見(jiàn)的有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語(yǔ)音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)8種屬性:
1.機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)表示:硬件能直接辨識(shí)和操作的數(shù)據(jù)類(lèi)型和格式
2.尋址方式:最小可尋址單位、尋址方式的種類(lèi)、地址運(yùn)算
3.寄存器組織:操作寄存器、變址寄存器、控制寄存器及專(zhuān)用寄存器的定義、數(shù)量和使用規(guī)則
4.指令系統(tǒng):機(jī)器指令的操作類(lèi)型、格式、指令間排序和控制機(jī)構(gòu)
5.存儲(chǔ)系統(tǒng):最小編址單位、編址方式、主存容量、最大可編址空間
6.中斷機(jī)構(gòu):中斷類(lèi)型、中斷級(jí)別,以及中斷響應(yīng)方式等
7.輸入輸出結(jié)構(gòu):輸入輸出的連接方式、處理機(jī)/存儲(chǔ)器與輸入輸出設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換方式、數(shù)據(jù)交換過(guò)程的控制
8.信息保護(hù):信息保護(hù)方式、硬件信息保護(hù)機(jī)制。