计算机架构

●数据表示（硬件可以直接识别和处理的数据类型）; ●寻址规则（包括最小寻址单元，寻址模式及其表示）; ●寄存器定义（包括各种寄存器的定义，数量和用法）●;指令集（包括机器指令的操作类型和格式，指令之间的排序和控制机制等）; ●中断系统（中断类型和中断响应硬件功能等）; ●定义和切换机器的工作状态（●管理和态度等）; ●存储系统（主存储器容量，程序员可用的最大存储容量等）; ●信息保护（保护模式和硬件支持信息保护）; ●I / O结构（包括I / O连接方法，处理器/存储器和I / O设备之间数据传输的模式和格式，以及I / O操作的状态等）; （1）Flynn分类方法1966年，Michael.J.Flynn根据指令流提出，数据流的多重性特征将计算机系统分类如下定义。 •指令流：机器执行的指令序列•数据流：指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果•Polyploidity：同时处于同一执行阶段的最大指令数据或数据关于系统性能瓶颈组件编号。
Flynn根据不同的指令流 - 数据流组织将计算机系统分为四类。单单流单数据流（SISD）SISD实际上是传统的顺序执行单处理器计算机，其指令组件一次只解码一条指令并仅将数据分配给一个操作组件。
2.单指令流多数据流（SIMD）SIMD由并行处理器表示。结构如图所示。
并行处理器包括多个重复处理单元PU1 PUPUn，它们由单个指令组件控制并根据相同的指令流动。需要为他们分配他们需要的不同数据。
3.多指令流单数据流（MISD）MISD的结构，具有n个处理单元，并根据n个不同指令的要求不同地处理相同的数据流及其中间结果。一个处理单元的输出又用作另一个处理单元的输入。
4.多指令流多数据流（MIMD）MIMD的结构是一种多机系统，可以实现各种级别的所有并行操作，如作业，任务和指令。多处理器属于MIMD。
（2）冯分类方法1972年，冯泽云提出将计算机体系结构分类为最大并行性。最大并行度Pm指的是计算机系统可以在单位时间内处理的最大二进制数字数。
假设在每个时钟周期中可以处理的二进制数字Δti是Pi，那么T个时钟周期中的平均并行度是Pa =（ΣPi）/ T（其中i是1,2，...，T）。平均并行度取决于系统的操作程度，并且与应用程序无关。
因此，在时段T中系统的平均利用率是μ= Pa / Pm =（ΣPi）/（T * Pm）。对具有最大并行度的计算机体系结构进行分类。
计算机系统由平面直角坐标系中的点表示。横坐标表示字宽（N位），即一个字中同时处理的位数;纵坐标表示位宽（M位），即一位。
可以在切片中同时处理的字数，最大并行度Pm = N * M.这导致四种不同的计算机结构：1字串行，位串行（简称WSBS）。其中N = 1，M = 1。
2字并行，位串行（称为WPBS）。其中N = 1，M＆amp; 1。
3字串行，位并行（称为WSBP）。其中N＆amp; 1，M = 1。
4个字并行，位并行（简称WPBP）。其中N＆amp; 1，M＆amp; 1。
计算机体系结构解决了计算机系统需要一般性地解决和运行的问题。它与计算机组成和计算机实现不同。
架构可以具有多个组件，并且一个组件可以具有多个物理实现。计算机系统结构的逻辑实现，包括内部数据流的组成和机器的控制流程，以及逻辑设计。
目标是将各种组件和设备合理地组合到计算机中以实现特定的系统架构，同时满足期望的性价比。一般而言，计算机组成研究的范围包括：确定数据路径的宽度，确定功能组件上各种操作的共享程度，确定特定功能组件，确定功能组件的并行性，设计缓冲和排队策略，以及设计控制机制。
并确定使用哪种可靠的技术。计算机的物理实现。
包括处理器的物理结构，主存储器和其他组件，器件集成和速度，器件，模块，插件，背板分区和连接，特殊器件设计，信号传输技术，电源，冷却和组装技术及相关制造流程和技术。目前，计算机体系结构研究面临着新的挑战：●多核处理器体系结构带来的高效软件开发和优化问题; ●纳米级VLSI引起的芯片可靠性问题; ●大规模高性能计算系统和便携式嵌入式系统中的功率控制问题; •适应虚拟计算需求的架构虚拟化问题;与此同时，随着新材料和工艺的快速发展，基于新型纳米功能器件的计算机技术不断变化量子器件或DNA分子的新概念计算正处于探索阶段。