前置概念

计算机系统的分层计算机系统(computer system)是计算机的硬件系统和软件系统构成的整体，这个概念跟操作系统(operating system)易混淆，因为平时较少使用到前者，后者其实是前者的一部分。在研究结构比较复杂的系统时，通常会先根据一些原则和思想将其划分成多个层(layer)，然后通过逐个的研究各个层来研究整个系统。现代计算机系统也是分层研究和实现的，一般认为其最底层位于数字电路(digital circuit)中靠顶层的位置，该位置实际并不太关心电路本身，而是关心如何用电路基本组件来构造可实现具体逻辑的组件，而该位置以下的部分则属于电子工程学(electronic engineering)等其他领域。需要明确这里的计算机指数字式电子计算机，而计算机系统本身并不限制实现方式，比如更早出现的机械计算机、模拟式电子计算机。… 阅读全文

计算机体系结构与计算机组成 之前的文章确立了研究对象并将其划为6个层，之后自然应当讨论各个层的设计与实现，这相当于在分层的视角下讨论计算机体系结构(computer architecture)。计算机体系结构研究的是“如何通过组件拆分的形式构造计算机系统”，其中有高观点的“设计方面的问题”，也有低观点的“如何实现给定的设计”，后一类问题被称为计算机组成(computer organization)。 实际上计算机体系结构和计算机组成的概念边界是不太清楚的，在英文维基百科中两者是上述的包含关系，计算机系统学者A.S. Tanenbaum认为这两者通常相同。历史上这两个概念的分裂可追溯至1960s，在这期间图灵奖得主、《人月神话》的作者Fred Brooks创造了计算机体系结构这个术语。当时他作为设计者在描述IBM… 阅读全文

现代计算机系统的硬件结构                  现代计算机系统中的主要硬件是CPU、内存、IO设备、总线(bus)，因为它们共同实现了冯·诺依曼结构的主要功能。需要明确这几种硬件不一定完全是物理上互相独立的实体，下面先简单描述它们的功能和结构： 1) 总线：用于在多个硬件之间或多个计算机系统之间实现标准化的连接与数据传输的系统。通常认为总线指硬件，但总线也可泛指相关的标准、协议、软件等。计算机系统中通常包含多种总线，同一种总线还可能有很多个(条)。上述其他硬件通过多种总线互连，它们内部的各个模块也可能通过多种总线互连，而不同总线之间可通过桥片(bridge)这种硬件互连； 2) 内存：配合内存控制器(memory controller)实现冯·诺依曼结构中的内存。内存具备存储能力，其通过内存总线直连内存控制器，再由内存控制器统一处理按内存地址读写的请求。通常将内存和内存控制器统称为内存系统(memory… 阅读全文