计算机系统结构之浅谈

系统结构的定义可以认为是程序员所看见的计算机的属性，即计算机的概念、结构和特性功能。
计算机的系统结构分为六层，由下向上为：微程序机器、传统机器语言机器、操作系统机器、汇编语言机器、高级语言机器、应用语言机器；
计算机系统结构的分类法有三种：Flynn分类、冯氏分类、Handler分类；
计算机系统的实现：计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现；计算机实现:计算机组成的物理实现；
计算机性能的优化,这涉及到了Amdahl定律：当一个系统中的某一部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比；
计算机系统设计的主要方法:由上往下、由下往上、从中间开始（传统机器语言机器和操作系统机器间的软硬件交界面）；
计算机系统结构中并行性：是指计算机系统在同一时刻或某一段时间间隔内进行（两个或两个以上的指令操作）多种运算和操作；并行性的分类:1、处理数据的角度:字串位串、字串位并、字并位串、字并位并；2、执行程序的角度：（由低级到高级）指令内部并行、指令级并行、线程级并行、任务级或过程级并行、作业级或程序级并行；
提高并行性的途径：时间重叠、资源重叠、资源共享；
指令系统的设计
指令系统是计算机系统结构的主要内容，是软硬交界面的主要部分；
指令系统的结构分类：堆栈型结构、累加器型结构、通用寄存器型结构；（这是因为CPU中用来存放操作数的存储单元有：堆栈型、通用寄存器型、累加器型）；其中通用寄存器型有分为：寄存器-存储器结构（RM）、寄存器-寄存器结构（RR）、存储器-存储器结构（MM）；
寻址方式的定义：指令系统中如何形成所要访问的数据的地址；寻址方式的分类：寄存器寻址、立即寻址、存储器间接寻址、偏移寻址、索引寻址、直接寻址或间接寻址、自增寻址、自减寻址、缩放寻址；
指令系统是传统机器语言程序设计者所看到的计算机的主要属性，是软硬件的主要界面；
指令系统的设计的基本原则（基本要求）：完整性、正交性、规整性、高效率和兼容性；
计算机系统的设计有两种截然不同的策略：CISC和RISC，其中国CISC（复杂指令集计算机）是增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现；RISC（精简指令集计算机）是尽可能地把指令系统简化；
控制指令是用来改变控制流的，其主要分为4种：分（branch）、跳转（jump）、过程调用（call）、过程返回（return）；
指令一般由两部分组成：操作码和地址码，指令格式的设计就是确定指令字的编码方式，包括操作字段和地址字段的编码和表示方式；指令格式的优化是指如何用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息；
如果想进一步加深对指令系统结构设计的理解，可以来学习和研究MIPS指令系统结构，(MIPS是一种典型的RISC处理器)
流水线技术
流水线技术：把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个子过程由专门的功能部件来实现，把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，这样，每个子过程就可以与其他子过程并行进行；流水线中的每个子过程的及其功能部件称为流水线的段或级；流水线的段数称为流水线的深度；
流水线的分类：1、部件级、处理机级和处理机间的流水线2、单功能和多功能的流水线3、静态流水线和动态流水线4、线性和非线性流水线5、顺序和乱序流水线；
单功能非线性流水线的最优调度，其中启动距离的定义:向一条非线性流水线的输入端连续输入两个任务之间的时间间隔；禁用时间间隔：会引起非线性流水线功能段使用冲突的启动距离；（它们一般都用时钟周期数来表示）；
根据预约表写出禁止表F：禁止表F(Forbidden List)是一个有禁止启动距离的集合；具体方法：对于预约表的每行的任何一对勾号，用它们所在的列号相减（大的减小的），列出各种可能的差值，然后删除相同的，剩下的就是禁止表的元素；
流水线的相关和冲突
相关的定义:指两条指令之间有某种依赖关系；相关的分类：数据相关、名相关、控制相关；
流水线冲突：指对于具体的流水线而言，由于相关的存在，使得指令流中的下一条指令不能再指定的周期内开始执行；它分为：结构冲突、数据冲突、控制冲突；其中数据冲突又分为：写后读冲突（RAW）、写后写冲突（WAW）、读后写冲突（WAR）；
注意：使用定向技术来减少数据冲突引起的停顿；