计算机体系结构发展.pptx

计算机体系结构是理解计算机系统核心运作的关键，它涵盖了硬件、软件以及它们之间的接口。自四十年代计算机诞生以来，计算机体系结构经历了多个发展阶段，每个阶段都伴随着技术的革新和理论的深化。 计算机体系结构的基本概念是程序员所见的计算机属性，包括概念性的结构和功能特性。这一定义最早由C.M.Amdahl在1964年提出，强调了软硬件之间的界限以及它们如何协同工作。计算机体系结构的研究涉及软硬件功能的划分，旨在优化性能价格比，确保系统效率。 计算机体系结构的组成部分包括指令集架构（ISA），它定义了计算机可以执行的指令集；微体系结构或计算机组织，描述了硬件组件如何实际执行这些指令；数据表示规定了硬件理解和处理的数据格式；寻址方式指定了如何访问存储器中的数据；寄存器定义了处理器中的临时存储单元；指令系统详细列出了机器可执行的指令；异常机制处理中断和其他异常情况；工作状态定义了不同级别的操作系统权限；输入输出结构则涉及了数据在处理器、存储器和外设间的传输。 计算机的发展历程可划分为四个阶段。第一阶段，60年代中期以前，软件开发尚不规范，软件主要是为特定应用定制的。第二阶段，60年代中期至70年代中期，多道程序和实时系统的出现推动了软件工程的诞生，以应对日益复杂的软件维护需求。第三阶段，从70年代中期开始，分布式系统和数据库管理系统的发展带来了“软件工程”的成熟，但同时也引发了“软件危机”，即软件的复杂性和维护成本增加。第四阶段，自80年代至今，计算机体系结构进一步复杂化，包括并行计算、云计算和移动计算等新技术，软件工程方法也相应发展，如敏捷开发和DevOps，以适应快速变化的需求和环境。 每个发展阶段都伴随着硬件技术的进步，如处理速度的提升、存储容量的增长以及网络技术的革新。同时，软件开发方法论也发生了显著变化，从最初的个体化编程到后来的模块化、面向对象编程，再到如今的敏捷开发和持续集成/持续部署（CI/CD），这些都反映了计算机体系结构在不断适应和驱动科技进步的过程中所起的重要作用。 总结来说，计算机体系结构是计算机科学的基础，它的演变史是科技进步的缩影，从早期的简单设计到现代的复杂系统，都在不断地优化性能、提高效率，并适应新的应用需求。通过理解计算机体系结构，我们可以更好地设计和利用计算机系统，解决现实生活中的各种问题。