5基本原理编辑计算机体系结构解决的是计算机系统在总体上、功能上需要解决的问题,计算机是由一个有限状态读写头和一个存储器构成,计算机的通信模型又有很有意思的发展计算机系统有几部分组成一台完整的电脑系统由硬件系统和软件系统两部分组成,定义二：l计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和对软硬件界面的确定计算机系统由软件、硬件和固器组成,其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性,计算机体系结构2基本概念编辑计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合,什么是计算机体系结构求解答计算机体系结构的定义：程序员所看到的计算机的属性,用最大并行度对计算机体系结构进行的分类。
什么是计算机体系结构求解答
计算机体系结构的定义：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。l按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。lAmdahl提出的体系结构：传统机器级的体系结构。定义二：l计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和对软硬件界面的确定计算机系统由软件、硬件和固器组成，它们在功能上是同等的。同一种功能可以用硬件实现，也可以用软件或固件实现。不同的组成只是性能和价格不同。传统机器级所具有的属性即一般所说的机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指：(1)数据表示（硬件能够直接认别和处理的数据类型和格式）(2)寻址规则（包括最小寻址单元、寻址方式及其表示）(3)寄存器定义（包括各种寄存器的定义、数量和使用方式）(4)指令集（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等）(5)中断系统（中断的类型和中断响应硬件的功能等）(6)机器工作状态的定义和切换（如管态和目态等）(7)存储系统（主存容量、程序员可用的最大存储容量等）(8)信息保护（包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）(9) I/O结构（包括I/O连接方式、处理机/存储器与I/O设备间数据传送的方式和格式以及I/O操作的状态等）l经典计算机体系结构概念的实质：计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。
计算机体系架构是什么
按照图灵（Alan Turing）给出的计算机模型，计算机是由一个有限状态读写头和一个存储器构成。有限状态读写头从一个初始状态开始，对存储器上的（输入）数据进行读或写操作，经过有限步操作之后停机，此时存储器上的（输出）数据就是计算结果。这样的计算机模型叫做图灵机。下面是一个非常简单的图灵机例子：它会从左至右扫描一串二进制数字，如果该数字能够被3整除（是3的倍数）则在该数字串的末尾写出Y，否则写出N，然后停机。 ————————— | 有限状态读写头 | ————————— || \/ —————————————————————————— | 10101 （无限长）存储带 —————————————————————————— 这个读写头共有3个状态，“状态一”为初始状态，按如下方法从左至右扫描存储带上的数字或写出字符： 状态一：读入为0，留在状态一，读入为1，进入状态二，读入为空，写Y, 停机。 状态二：读入为0，进入状态三，读入为1，进入状态一，读入为空，写N, 停机。 状态三：读入为0，进入状态二，读入为1，留在状态三，读入为空，写N, 停机。 例子中存储带上的输入二进制字符串代表十进制数21，是3的倍数，的确读写头扫描完毕后会写出Y并停机。 图灵机模型对于一大类有限步数可计算问题给出了一个普适性的定义。每一个这样的问题都存在一个图灵机可对其进行计算给出答案。我们知道对有些问题随机方法比确定的方法要快。比如用杆秤秤重时，随机拨动秤砣的方法要比任何确定性的拨动秤砣方法更快地找到所秤物体的重量。随机计算方法的图灵机模型可以在基本图灵机上外加上一条存储带，存储着随机数串供有限状态读写头读取。 在如上图灵机的例子中我们可以把有限状态读写头看作是机器的程序执行代码，而存储带上存的只是被处理的数据。图灵在描述他的另一个机器模型Universal（通用）机器时还提出了可以把有限状态指令也存放在存储带上，让读写头根据读入的指令进行下一步操作。可以证明这样存储有指令的通用图灵机能够实现任何一个图灵机，比如我们在上面给出的专用图灵机，也就是说可以解决任意一个图灵可计算问题。现在我们广泛使用的计算机的确就是采用了存储指令这一原理因而可以解决“万能”计算问题的。具体实现方法是：对于需要解决的问题用软件编制程序，再把程序和数据都存放在同一个存储器（内存）里，由中央处理器（CPU）根据指令对数据进行操作。这样的机器也叫做“存储程序计算机”（stored program computer）。在为第一台存储程序计算机EDVAC研发计划做顾问时，约翰·冯·诺伊曼（John von Neumann）写了一个草案报告描述了这种带有中央处理器、内存、I/O、总线的存储程序计算机。所以存储程序计算机还有另外一个学名，叫做冯·诺伊曼体系架构（Von Neumann Architecture）。 在我们今天使用的存储程序计算机里，与中央处理器直接发生操作关系的存储器通常叫做内存。内存的读写速度快，能够与中央处理器的速度相匹配，但是价格昂贵，而且是挥发式的，即断电时所存储的内容立刻丢失。所以外部存储器（外存）就成了现代计算机发展过程中的一个不可缺少的组成部分。低速、大容量、非挥发、廉价的外存对应于高速、小容量、挥发、昂贵的内存，前者对于后者是一个非常有效的补充。两者通过I/O进行交互。早期的外存有穿孔纸带、卡片、磁带，后来又有软、硬磁盘、光盘，如今发展到半导体固态外存（如闪存）。 值得注意的是，半导体固态外存的速度越来越快，相信以后新技术的出现一定可以使这类外存的速度与内存的无甚差别，而且固态外存的价格也正在飞速下降（从08年一季度到09年一季度闪存硬盘价格环比下降了76%）。于是我们自然就有了如下的想法：未来的计算机是否还需要有内、外存储器之分呢？ 如果把一台机器看作为单个处理器，从这个角度来看，我相信内、外存储器用I/O相连的这种现代计算机体系架构将会逐渐消失。图灵本来给出的计算模型就根本没有内、外存储器之分的概念。我想外存的发展完全是由于内存在实现技术上存在着发展过程上的局限性所造成的。内、外存储器之分并非计算的本质。所以与之有关的技术如AutoSave, Swap, Checkpoint等等也会随着内、外存储器区别的消失而消失。 然而通信早就成为现代计算机体系架构中的一个极其重要的组成部分。计算机由于互联通信而应用价值大大增加。在现代计算机的通信模型上，内、外存储器在概念上和使用上还会有很明显的差别。在当前正在发生的云计算的模式上，计算机的通信模型又有很有意思的发展
计算机系统有几部分组成
一台完整的电脑系统由硬件系统和软件系统两部分组成 。
硬件的系统包括：控制器、运算器、储存设备、输入设备、输出设备五个部分
硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成。中央处理器是对信息进行高速运算处理的主要部件，其处理速度可达每秒几亿次以上操作。存储器用于存储程序、数据和文件，常由快速的主存储器(容量可达数百兆字节，甚至数G字节)和慢速海量辅助存储器(容量可达数十G或数百G以上)组成。各种输入输出外部设备是人机间的信息转换器,由输入-输出控制系统管理外部设备与主存储器(中央处理器)之间的信息交换。
用通俗的方式再介绍一下，一台家用电脑的硬件有CPU、主板、内存、显卡、声卡、硬盘、光驱、机箱、电源、显示器、键盘、鼠标。另外还有一些可以选配的硬件，比如手写板、电视卡、等等。
扩展材料
计算机（computer）俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。
由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。
参考材料
百度百科-计算机
计算机的体系结构,组成和实现各自处理哪些方面的问题
计算机体系结构（ComputerArchitecture）是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。一般来说，低级机器的属性对于高层机器程序员基本是透明的，通常所说的计算机体系结构主要指机器语言级机器的系统结构。经典的关于“计算机体系结构（computerarchitecture）”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性” 。计算机体系结构2基本概念编辑计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定义的目标。通常包含的系统元素有：计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。其中，软件是程序、数据库和相关文档的集合，用于实现所需要的逻辑方法、过程或控制；硬件是提供计算能力的电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备(例如传感器、马达、水泵等)；人员是硬件和软件的用户和操作者；数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合；文档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性信息；过程是一系列步骤，它们定义了每个系统元素的特定使用方法或系统驻留的过程性语境。计算机体系结构38种属性编辑1·机内数据表示：硬件能直接辨识和操作的数据类型和格式计算机体系结构2·寻址方式：最小可寻址单位、寻址方式的种类、地址运算3·寄存器组织：操作寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专用寄存器的定义、数量和使用规则4·指令系统：机器指令的操作类型、格式、指令间排序和控制机构5·存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、最大可编址空间6·中断机构：中断类型、中断级别，以及中断响应方式等7·输入输出结构：输入输出的连接方式、处理机/存储器与输入输出设备间的数据交换方式、数据交换过程的控制8·信息保护：信息保护方式、硬件信息保护机制。4发展历程编辑计算机系统已经经历了四个不同的发展阶段。计算机体系结构第一阶段60年代中期以前，是计算机系统发展的早期时代。在这个时期通用硬件已经相当普遍，软件却是为每个具体应用而专门编写的，大多数人认为软件开发是无需预先计划的事情。这时的软件实际上就是规模较小的程序，程序的编写者和使用者往往是同一个(或同一组)人。由于规模小，程序编写起来相当容易，也没有什么系统化的方法，对软件开发工作更没有进行任何管理。这种个体化的软件环境，使得软件设计往往只是在人们头脑中隐含进行的一个模糊过程，除了程序清单之外，根本没有其他文档资料保存下来。第二阶段从60年代中期到70年代中期，是计算机系统发展的第二代。在这10年中计算机技术有了很大进步。多道程序、多用户系统引入了人机交互的新概念，开创了计算机应用的新境界，使硬件和软件的配合上了一个新的层次。实时系统能够从多个信息源收集、分析和转换数据，从而使得进程控制能以毫秒而不是分钟来进行。在线存储技术的进步导致了第一代数据库管理系统的出现。计算机系统发展的第二代的一个重要特征是出现了“软件作坊”，广泛使用产品软件。但是，“软件作坊”基本上仍然沿用早期形成的个体化软件开发方法。随着计算机应用的日益普及，软件数量急剧膨胀。在程序运行时发现的错误必须设法改正；用户有了新的需求时必须相应地修改程序；硬件或操作系统更新时，通常需要修改程序以适应新的环境。上述种种软件维护工作，以令人吃惊的比例耗费资源。更严重的是，许多程序的个体化特性使得它们最终成为不可维护的。“软件危机”就这样开始出现了。1968年北大西洋公约组织的计算机科学家在联邦德国召开国际会议，讨论软件危机课题，在这次会议上正式提出并使用了“软件工程”这个名词，一门新兴的工程学科就此诞生了。第三阶段计算机系统发展的第三代从20世纪70年代中期开始，并且跨越了整整10年。在这10年中计算机技术又有了很大进步。分布式系统极大地增加亍计算机系统的复杂性，局域网、广域网、宽带数字通信以及对“即时”数据访问需求的增加，都对软件开发者提出了更高的要求。但是，在这个时期软件仍然主要在工业界和学术界应用，个人应用还很少。这个时期的主要特点是出现了微处理器，而且微处理器获得了广泛应用。以微处理器为核心的“智能”产品随处可见，当然，最重要的智能产品是个人计算机。在不到10年的时间里，个人计算机已经成为大众化的商品。在计算机系统发展的第四代已经不再看重单台计算机和程序，人们感受到的是硬件和软件的综合效果。由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网，与先进的应用软件相配合，已经成为当前的主流。计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机/服务器(或浏览器/服务器)环境。世界范围的信息网为人们进行广泛交流和资源的充分共享提供了条件。软件产业在世界经济中已经占有举足轻重的地位。随着时代的前进，新的技术也不断地涌现出来。面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件开发方法。总结软件开发的“第四代技术”改变了软件界开发计算机程序的方式。专家系统和人工智能软件终于从实验室中走出来进入了实际应用，解决了大量实际问题。应用模糊逻辑的人工神经网络软件，展现了模式识别与拟人信息处理的美好前景。虚拟现实技术与多媒体系统，使得与用户的通信可以采用和以前完全不同的方法。遗传算法使我们有可能开发出驻留在大型并行生物计算机上的软件。5基本原理编辑计算机体系结构解决的是计算机系统在总体上、功能上需要解决的问题，它和计算机组成、计算机实现是不同的概念。一种体系结构可能有多种组成，一种组成也可能有多种物理实现。计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。其目标是合理地把各种部件、设备组成计算机，以实现特定的系统结构，同时满足所希望达到的性能价格比。一般而言，计算机组成研究的范围包括：确定数据通路的宽度、确定各种操作对功能部件的共享程度、确定专用的功能部件、确定功能部件的并行度、设计缓冲和排队策略、设计控制机构和确定采用何种可靠技术等。计算机组成的物理实现。包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，信号传输技术，电源、冷却及装配等技术以及相关的制造工艺和技术。6分类编辑Flynn分类法1966年，Michael.J.Flynn提出根据指令流、数据流的多倍性（multiplicity）特征对计算机系统进行分类，定义如下。·指令流：机器执行的指令序列计算机体系结构·数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果·多倍性：在系统性能瓶颈部件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。Flynn根据不同的指令流-数据流组织方式把计算机系统分为4类。1·单指令流单数据流（SingleInstructionStreamSingleDataStream，SISD）SISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件分配数据。2·单指令流多数据流（SingleInstructionStreamMultipleDataStream，SIMD）SIMD以并行处理机为代表，结构如图，并行处理机包括多个重复的处理单元PU1～PUn，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同的数据。3·多指令流单数据流（MultipleInstructionStreamSingleDataStream，MISD）MISD的结构，它具有n个处理单元，按n条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。4·多指令流多数据流（MultipleInstructionStreamMultipleDataStream，MIMD）MIMD的结构，它是指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统，多处理机就属于MIMD。（2）冯式分类法1972年冯泽云提出用最大并行度来对计算机体系结构进行分类。所谓最大并行度Pm是指计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。设每一个时钟周期△ti内能处理的二进制位数为Pi，则T个时钟周期内平均并行度为Pa=(∑Pi)/T(其中i为1，2，…，T)。平均并行度取决于系统的运行程度，与应用程序无关，所以，系统在周期T内的平均利用率为μ=Pa/Pm=(∑Pi)/(T*Pm)。用最大并行度对计算机体系结构进行的分类。用平面直角坐标系中的一点表示一个计算机系统，横坐标表示字宽(N位)，即在一个字中同时处理的二进制位数；纵坐标表示位片宽度(M位)，即在一个位片中能同时处理的字数，则最大并行度Pm=N*M。由此得出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(简称WPBS)。其中N=1，M》1。③字串行、位并行(简称WSBP)。其中N》1，M=1。④字并行、位并行(简称WPBP)。其中N》1，M》1。7技术革新编辑计算机体系结构以图灵机理论为基础，属于冯·诺依曼体系结构。本质上，图灵机理论和冯·诺依曼体系结构是一维串行的，而多核处理器则属于分布式离散的并行结构，需要解决二者的不匹配问题。首先，串行的图灵机模型和物理上分布实现的多核处理器的匹配问题。图灵机模型意味着串行的编程模型。串行程序很难利用物理上分布实现的多个处理器核获得性能加速.与此同时,并行编程模型并没有获得很好的推广，仅仅局限在科学计算等有限的领域.研究者应该寻求合适的机制来实现串行的图灵机模型和物理上分布实现的多核处理器的匹配问题或缩小二者之间的差距，解决“并行程序编程困难，串行程序加速小”的问题。计算机体系结构在支持多线程并行应用方面，未来多核处理器应该从如下两个方向加以考虑。第一是引入新的能够更好的能够表示并行性的编程模型。由于新的编程模型支持编程者明确表示程序的并行性，因此可以极大的提升性能。比如Cell处理器提供不同的编程模型用于支持不同的应用。其难点在于如何有效推广该编程模型以及如何解决兼容性的问题。第二类方向是提供更好的硬件支持以减少并行编程的复杂性。并行程序往往需要利用锁机制实现对临界资源的同步、互斥操作，编程者必须慎重确定加锁的位置，因为保守的加锁策略限制了程序的性能，而精确的加锁策略大大增加了编程的复杂度。一些研究在此方面做了有效的探索。比如，SpeculativeLockElision机制允许在没有冲突的情况下忽略程序执行的锁操作，因而在降低编程复杂度的同时兼顾了并行程序执行的性能。这样的机制使得编程者集中精力考虑程序的正确性问题，而无须过多地考虑程序的执行性能。更激进的，TransactionalCoherenceandConsistency(TCC)机制以多个访存操作（Transaction）为单位考虑数据一致性问题，进一步简化了并行编程的复杂度。主流的商业多核处理器主要针对并行应用，如何利用多核加速串行程序仍然是一个值得关注的问题。其关键技术在于利用软件或硬件自动地从串新程序中派生出能够在多核处理器上并行执行的代码或线程。多核加速串行程序主要有三种方法，包括并行编译器、推测多线程以及基于线程的预取机制等。在传统并行编译中，编译器需要花费很大的精力来保证拟划分线程之间不存在数据依赖关系。编译时存在大量模糊依赖，尤其是在允许使用指针（如C程序）的情况下，编译器不得不采用保守策略来保证程序执行的正确性。这大大限制了串行程序可以挖掘的并发程度，也决定了并行编译器只能在狭窄范围使用。为解决这些问题，人们提出推测多线程以及基于线程的预取机制等。然而，从这种概念提出到现在为止，这个方向的研究大部分局限于学术界，仅有个别商业化处理器应用了这种技术，并且仅仅局限于特殊的应用领域。我们认为动态优化技术和推测多线程（包括基于线程的预取机制）的结合是未来的可能发展趋势。冯·诺依曼体系结构的一维地址空间和多核处理器的多维访存层次的匹配问题。本质上，冯·诺依曼体系结构采用了一维地址空间。由于不均匀的数据访问延迟和同一数据在多个处理器核上的不同拷贝导致了数据一致性问题。该领域的研究分为两大类：一类研究主要是引入新的访存层次。新的访存层次可能采用一维分布式实现方式。典型的例子是增加分布式统一编址的寄存器网络。全局统一编址的特性避免了数据一致性地考虑。同时，相比于传统的大容量cache访问，寄存器又能提供更快的访问速度。TRIPS和RAW都有实现了类似得寄存器网络。另外，新的访存层次也可以是私有的形式。比如每个处理器和都有自己私有的访存空间。其好处是更好的划分了数据存储空间，已洗局部私有数据没有必要考虑数据一致性问题。比如Cell处理器为每个SPE核设置了私有的数据缓冲区。另一类研究主要涉及研制新的cache一致性协议。其重要趋势是放松正确性和性能的关系。比如推测Cache协议在数据一致性未得到确认之前就推测执行相关指令，从而减少了长迟访存操作对流水线的影响。此外，TokenCoherence和TCC也采用了类似的思想。程序的多样性和单一的体系结构的匹配问题。未来的应用展现出多样性的特点。一方面，处理器的评估不仅仅局限于性能，也包括可靠性，安全性等其他指标。另一方面，即便考虑仅仅追求性能的提高，不同的应用程序也蕴含了不同层次的并行性。应用的多样性驱使未来的处理器具有可配置、灵活的体系结构。TRIPS在这方面作了富有成效的探索，比如其处理器核和片上存储系统均有可配置的能力，从而使得TRIPS能够同时挖掘指令级并行性、数据级并行性及指令级并行性。多核和Cell等新型处理结构的出现不仅是处理器架构历史上具有里程碑式的事件，对传统以来的计算模式和计算机体系架构也是一种颠覆2005年，一系列具有深远影响的计算机体系结构被曝光，有可能为未来十年的计算机体系结构奠定根本性的基础，至少为处理器乃至整个计算机体系结构做出了象征性指引。随着计算密度的提高，处理器和计算机性能的衡量标准和方式在发生变化，从应用的角度讲，讲究移动和偏向性能两者已经找到了最令人满意的结合点，并且有可能引爆手持设备的急剧膨胀。尽管现在手持设备也相对普及，在计算能力、可扩展性以及能耗上，完全起到了一台手持设备应该具备的作用；另一方面，讲究性能的服务器端和桌面端，开始考虑减少电力消耗赶上节约型社会的大潮流。Cell本身适应这种变化，同样也是它自己创造了这种变化。因而从它开始就强调了不一样的设计风格，除了能够很好地进行多倍扩展外，处理器内部的SPU(SynergisticProcessorUnit协同处理单元)具有很好的扩展性，因而可以同时面对通用和专用的处理，实现处理资源的灵活重构。也就意味着，通过适当的软件控制，Cell能应付多种类型的处理任务，同时还能够精简设计的复杂。