計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)被定義為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的端到端結(jié)構(gòu)，它決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各組件之間如何相互作用，以幫助實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的目的(即處理數(shù)據(jù))。本文解釋了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的組成部分及其主要類型。

一、什么是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)?

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的端到端結(jié)構(gòu)，它決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各組件之間如何相互作用，以幫助實(shí)現(xiàn)機(jī)器的目的(即處理數(shù)據(jù))，通常避免提及實(shí)際的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

從員工在辦公室使用的設(shè)備到在家工作時(shí)使用的手機(jī)和可穿戴設(shè)備，計(jì)算機(jī)都是任何組織基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的元素。所有計(jì)算機(jī)，無(wú)論大小，都建立在一套描述硬件和軟件如何連接以實(shí)現(xiàn)其功能的原則之上。這就是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組件排列，也是驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的核心引擎。它規(guī)定了編程語(yǔ)言和相關(guān)處理器所設(shè)計(jì)的機(jī)器接口。

復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(CISC)和精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)是影響計(jì)算機(jī)處理器功能的兩種主要架構(gòu)方法。

CISC 處理器有一個(gè)處理單元、輔助內(nèi)存和一個(gè)包含數(shù)百條獨(dú)特指令的微小寄存器集。這些處理器只需一條指令即可執(zhí)行任務(wù)，由于完成操作所需的代碼行數(shù)較少，因此程序員的工作變得更加簡(jiǎn)單。這種方法使用的內(nèi)存較少，但可能需要更多的時(shí)間來(lái)執(zhí)行指令。

經(jīng)過(guò)重新評(píng)估，基于 RISC 架構(gòu)的高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。硬件設(shè)計(jì)得盡可能基本和迅速，復(fù)雜的指令可以用較簡(jiǎn)單的指令來(lái)執(zhí)行。

二、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)如何工作?

計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)允許計(jì)算機(jī)計(jì)算、保留和檢索信息。這些數(shù)據(jù)可以是電子表格中的數(shù)字、文件中的文本行、圖像中的顏色點(diǎn)、聲音模式或閃存驅(qū)動(dòng)器等系統(tǒng)的狀態(tài)。

1.計(jì)算機(jī)架構(gòu)的目的：從網(wǎng)上沖浪到打印，系統(tǒng)所執(zhí)行的一切操作都涉及數(shù)字的傳輸和處理。計(jì)算機(jī)架構(gòu)只是一個(gè)數(shù)學(xué)系統(tǒng)，旨在收集、傳輸和解釋數(shù)字。

2.數(shù)字中的數(shù)據(jù)：計(jì)算機(jī)將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為數(shù)字。當(dāng)開(kāi)發(fā)人員專注于機(jī)器學(xué)習(xí)代碼、分析復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，很容易忘記這一點(diǎn)。

3.操作數(shù)據(jù)：計(jì)算機(jī)使用數(shù)字運(yùn)算管理信息。通過(guò)將數(shù)字矩陣傳輸?shù)斤@存，每個(gè)數(shù)字反映一個(gè)顏色像素，就可以在屏幕上顯示圖像。

4.多方面的功能：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的組成部分包括軟件和硬件。處理器--執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的硬件--是任何計(jì)算機(jī)的主要組成部分。

5.啟動(dòng)：在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的最初級(jí)階段，每當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，處理器都會(huì)執(zhí)行程序。這些程序配置計(jì)算機(jī)的正常功能，并將不同的硬件子組件初始化到已知狀態(tài)。這種軟件被稱為固件，因?yàn)樗志玫乇４嬖谟?jì)算機(jī)內(nèi)存中。

6.支持臨時(shí)存儲(chǔ)：內(nèi)存也是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分，一個(gè)系統(tǒng)中通常包含多種類型的內(nèi)存。處理器執(zhí)行程序(應(yīng)用程序)時(shí)，內(nèi)存用于保存程序和程序處理的數(shù)據(jù)。

7.支持永久存儲(chǔ)：作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，還可以有用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或向外部世界發(fā)送信息的工具。這些工具包括通過(guò)鍵盤輸入文本、在顯示器上顯示知識(shí)、從光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸或向光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸程序和數(shù)據(jù)。

8.面向用戶的功能：軟件管理計(jì)算機(jī)的運(yùn)行和功能。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中有多個(gè)軟件 "層"。通常情況下，一個(gè)層只與它的下層或上層連接。

9.計(jì)算機(jī)架構(gòu)的工作始于啟動(dòng)過(guò)程。一旦加載固件，它就能初始化計(jì)算機(jī)架構(gòu)的其他部分，并確保其無(wú)縫運(yùn)行，即幫助用戶檢索、消費(fèi)和處理不同類型的數(shù)據(jù)。

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