高等计算机标准体系结构.doc

计算机体系结构是计算机科学中的核心概念，它定义了程序员与硬件交互的方式，即计算机的概念性结构和功能特性。八十年代以后，RISC（精简指令集计算机）技术和微处理器技术的发展极大地推动了计算机性能的提升，降低了设计新体系结构的风险、成本和时间。 计算机系统可以按照功效划分为多级层次结构，包括微程序机器级、机器语言级、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机以及应用语言虚拟机。这层分级让不同级别的程序得以在不同层面上运行和转换。翻译和解释是实现语言转换的两种基本技术，翻译将高级程序一次性转化为低级程序，而解释则是在运行时逐条翻译并执行。 计算机体系结构的透明性是指某些硬件特性在特定视角下看似不存在，但实际仍起作用。对于通用寄存器型机器，关键属性包括数据表示、寻址规则、寄存器定义、指令集、中断系统、机器工作状态、存储系统、信息保护和I/O结构。这些属性共同定义了计算机的行为和功能。 经典计算机体系结构的核心是确定软件与硬件之间的界面，界面上方是软件功能，下方是硬件和固件功能。计算机的组成涉及逻辑实现，如处理机、主存等部件的逻辑结构，而计算机实现则关注物理层面，如集成度、速度、组装技术等。同一体系结构可以有多种组成，而同一组成可以有多种物理实现。 系列机是指在同一制造商内部生产的具有相同体系结构但组成和实现不同的机器模型。软件兼容性确保软件能在相同体系结构的不同机器上运行，且结果一致，分为向上/向下兼容和向前/后兼容。存放程序计算机的特点包括以运算器为中心、采用存储程序原理、线性编址的存储器、由指令流产生的控制流等。 在保护存储器空间时，指令和数据可能存储在相同的存储器中，这种方式有利于存放管理软件和灵活性，但可能影响调试、程序的可再入性和重叠操作。计算机根据价格和应用可以分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机，当前市场主要分为服务器、桌面系统和嵌入式计算。 新型体系结构设计的目标是增强硬件功能占比和提高并行性等级，以支持更复杂的软件和算法。计算机设计受到使用需求和底层实现技术的影响。软件技术的发展趋势显示存储器容量持续增长，编译器的重要性日益突出。桌面计算关注性价比，服务器强调可用性、容量和可扩展性，而嵌入式计算则要求高度定制化以适应多样化的需求。