課程(名稱.編號)簡索

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   計算機系統結構是計算機的機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性。所謂外特性，就是計算機的概念性結構和功能特性，主要研究計算機系統的基本工作原理，以及在硬件、軟件界面劃分的權衡策略，建立完整的、系統的計算機軟硬件整體概念。

（Computer Architecture）也稱為計算機體系結構，它是由計算機結構外特性，內特性，微外特性組成的。經典的計算機系統結構的定義是指計算機系統多級層次結構中機器語言機器級的結構，它是軟件和硬件/固件的主要交界面，是由機器語言程序、彙編語言源程序和高級語言源程序翻譯生成的機器語言目標程序能在機器上正確運行所應具有的界面結構和功能。

計算機系統結構指的是什麼? 是一台計算機的外表? 還是是指一台計算機內部的一塊塊板卡安放結構? 都不是，那麼它是什麼? 計算機系統結構就是計算機的機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性。

所謂外特性，就是計算機的概念性結構和功能特性。用一個不恰當的比喻一，比如動物吧，它的"系統結構"是指什麼呢? 它的概念性結構和功能特性，就相當於動物的器官組成及其功能特性，如雞有胃，胃可以消化食物。至於雞的胃是什麼形狀的、雞的胃部由什麼組成就不是"系統結構"研究的問題了。系統結構只管到這一層。

傳統機器級以上的所有機器都稱為虛擬機，它們是由軟件實現的機器。軟硬件的功能在邏輯上是等價的，即絕大多部分硬件的功能都可用軟件來實現，反之亦然。

計算機系統結構的外特性，一般應包括以下幾個方面（這也就是我們要分章學習的幾個章節）把這幾個方面弄清了，系統結構也就基本明確了：

１指令系統２數據表示３作數的尋址方式 ４寄存器的構成定義 ５中斷機構和例外條件 ６存儲體系和管理 ７I/O結構 ８機器工作狀態定義和切換 ９信息保護。

所以在以後的學習中常回頭想想這是系統結構的哪一方面，這對把握全局有好處。

這裡提一下計算機系統結構的內部特性，計算機系統結構的內特性就是將那些外特性加以"邏輯實現"的基本屬性。所謂"邏輯實現"就是在邏輯上如何實現這種功能，比如"上帝"給雞設計了一個一定大小的胃，這個胃的功能是消化食物，這就是雞系統的某一外特性，那怎麼消化呢，就要通過雞喙吃進食物和砂石，再通過胃的蠕動、依靠砂石的研磨來消化食物，這裡的吃和蠕動等操作就是內特性。
還有一個就是計算機實現，也就是計算機組成的物理實現。它主要著眼於器件技術和微組裝技術。拿上面的例子來說，這個胃由哪些組織組成幾條肌肉和神經來促使它運動就是"雞實現"。

據此我們可以分清計算機系統的外特性、內特性以及物理實現之間的關係。在所有系統結構的特性中，指令系統的外特性是最關鍵的。因此，計算機系統結構有時就簡稱為指令集系統結構。我們這門課注重學習的是計算機的系統結構，傳統的講，就是處在硬件和軟件之間介面的描述，也就是外特性。
這些不恰當的比喻只是幫助理解，不可強求對應，不然會有損科學的嚴密性。

課程內容大綱:

第一章 計算機系統結構概述

第一節 計算機系統的多級層次結構

第二節 計算機系統結構、組成與實現

第三節 計算機系統的軟硬取捨 、性能評測及定量設計原理

第四節 軟件、應用、器件對系統結構的影響

第五節 系統結構中的並發性發展及計算機系統的分類

第二章 數據表示 、尋址方式與指令系統

第一節 數據表示

第二節 尋址方式

第三節 指令系統的設計和優化

第四節 指令系統的發展和改進

第三章 存儲 、中斷、總線與I/O系統

第一節 存儲系統的基本要求和並行主存系統

第二節 中斷系統

第三節 總線系統

第四節 輸入/輸出系統

第四章 存儲 體系

第一節 存儲體系的概念

第二節 虛擬存儲器

第三節 高速緩衝存儲器（Cache）

第四節 Cache-主存-輔存三級層次

第五節 主存保護

第五章 流水和 指令級高度並行的超級機

第一節 重疊解釋方式

第二節 流水方式

第三節 向量的流水處理與向量流水處理機

第四節 指令級高度並行的超級處理機

第六章 陣列處理機

第一節 陣列處理機的原理

第二節 SIMD計算機的互連網絡

第三節 共享主存構形陣列處理機中並行存儲器的無衝突訪問

第四節 脈動陣列處理機

第七章 多處理機

第一節 多處理機的 概念、問題和硬件結構

第二節 緊耦合多處理機多Cache的一致性問題

第三節 多處理機的並行性和性能

第四節 多處理機的操作系統

第五節 多處理機的發展

第八章 數據流機和歸約機

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