多级层次结构与计算机体系架构详解

计算机体系结构复习1 该章节首先概述了计算机系统的多级层次结构，这是一种将系统功能划分为多个层次的方法，包括从数字逻辑的硬联逻辑，到高级语言的机器级别。这种结构有助于理解软件、硬件和固件在系统中的角色，以及不同语言的实现方式。通过这个层次模型，可以探索虚拟机的新实现，比如虚拟化技术，它允许在一台宿主机上模拟或仿真其他虚拟机器。 核心概念是将计算机划分为以下几个主要层次： 1. **数字逻辑层**（硬联逻辑）：这是最底层，直接由硬件实现。 2. **微程序级**：使用微程序来控制处理器的执行。 3. **机器语言级**：传统意义上的计算机指令集，可以直接执行。 4. **操作系统级**：操作系统运行的环境，管理硬件资源。 5. **汇编语言级**：面向机器的编程语言，需翻译成机器代码。 6. **高级语言级**：抽象程度更高的编程语言，如C/C++，通常通过解释器或编译器转化为更低级语言。 7. **应用语言级**：最终用户使用的应用程序，与硬件隔离更远。 每一层的优势在于它们提供了不同层次的理解和实现方式，如翻译和解释技术在不同层次之间的转换，翻译可以减少存储空间需求，而解释则牺牲了部分执行效率但节省了存储。此外，理解这些层次之间的接口定义（如ISA，即指令集架构）对于设计计算机体系结构至关重要。 计算机体系结构的定义关注于各个层次之间的界面划分和功能分配，确保软硬件之间的交互高效且透明。设计内容包括数据通路宽度，即一次能处理的数据位数，这对性能有直接影响。专用部件设置（如乘法单元或浮点运算器）的数量和类型根据性能需求、成本和使用频率来决定。操作对部件的共享程度决定了速度和成本之间的权衡。最后，功能部件（如处理器核心、内存控制器）的并行度设计，以及控制机构（硬联逻辑、微程序控制或单机控制）的不同实现方式，也是设计中不可忽视的部分。 这一章深入探讨了计算机体系结构的基础概念，层次划分，以及设计时需要考虑的关键因素，这对于理解和设计现代计算机系统至关重要。