计算机体系结构总结

计算机体系结构的详尽描述一.计算机系统结构的基本概念1•计算机体系结构的概念1964 年 GM.Amdahl 在介绍 IBM360 系统时提出：计算机系统结构是从程序员所看到的计算机属性,即程序员编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解的概念性结构和功能特性。系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下功能的分配。系统结构设计主要研究界面的属性的透明性的取舍。计算机系统结构（体系结构）指的是传统机器级的系统结构。计算机系统结构研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。二.计算机指令集结构设计根据五个因素对计算机指令集结构进行分类：在 CPU 中操作数的存储方法；指令中显式表示的操作数个数；操作数的寻址方式；指令集所提供的操作类型；操作数的类型和大小。其中 1 是最主要的区别根据 CPU 内部存储单元类型，可将指令集结构分为堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构。优缺点？堆栈型（其 CPU 中存储操作数的主要单元是堆栈）：是一种表示计算的简单模型；指令短小。不能随机访问堆栈，从而很难生成有效代码；同时，由于堆栈是瓶颈，所以很难被高效地实现。累加器型（其 CPU 中存储操作数的主要单元是累加器）：减少了机器的内部状态；指令短小。由于累加器是唯一的暂存器，这种机器的存储器通信开销最大。寄存器型（CPU 中存储操作数的主要单元是通用寄存器）：易于生成高效的目标代码。所有操作数均需命名，且要显式表示，因而指令比较长现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，原因：一是寄存器和 CPU 内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。寄存器一寄存器型（RR）优点：简单，指令字长固定，是一种简单的代码生成模型，各种指令的执行时钟周期数相近。缺点：和 ALU 指令中含存储器操作数的指令集结构相比，指令条数多，因而其目标代码量较大。寄存器一存储器（RM）优点：可以直接对存储器操作数进行访问，容易对指令进行编码，且其目标代码量较小。缺点：指令中的操作数类型不同。在一条指令中同时对一个寄存器操作数和存储器操作数进行编码，将限制指令所能够表示的寄存器个数。由于指令的操作数可以存储在不同类型的存储器单元，所以每条指令的执行时钟周期数也不尽相同存储器一存储器型（MM）优点：是一种最紧密的编码方式,无需“浪费”寄存器保存变量。缺点：指令字长多种多样。每...