什麼是計算機系統結構？
在電腦科學領域，計算機系統結構是一種規範，它實際說明了計算機系統是如何製造的，以及它在機殼下是如何工作的。
從廣義上講，計算機系統結構告訴我們計算機硬體和軟體是如何在系統中實現和設置的。
它們還描述各項工作是如何相互通信的。為了讓我們對這個概念更加清晰，請以下方的建築結構或建築物的樓層規劃為例。
計算機系統結構也使用了同樣的概念，主要告訴我們計算機內部是如何構成的。我們將計算機系統結構主要分為以下三大類，並在接下來的章節中簡要介紹。
- 系統設計
- 指令集設定架構
- 微體系結構
實現這些體系結構的計算機是利用上述體系結構定義的某些設計模式製造的。這些架構的設計既要考慮系統、使用者的要求，也要考慮最新科技的效能。
使用計算機系統結構的好處
根據你所使用的計算機系統結構，使用計算機系統結構有幾十種好處，但歸納起來，以下是計算機系統結構的一些主要優點。
在製作計算機系統時
計算機系統結構可讓你以每種體系結構定義的特定方式設計和實現計算機系統。它可以幫助你更快地製作產品，儘快排除客戶問題。
從開發人員的角度來看
從開發人員的角度來看，電腦體系結構讓你可以編寫應用程式，而這些程式只需要低階的硬體需求，例如你可以用組合語言來編寫程式，以開發處理器、主機板等硬體和嵌入式設備。
效率
計算機系統結構可以幫助你快速設計、開發、實施應用程式和軟體，無需很多資源，而且效率更高。
文檔
每種計算機系統結構都有自己的文檔。文檔可以幫助你更高效、更快速地學習和使用體系結構。
計算機系統結構的類型
計算機系統結構的定義並不複雜也並沒有那麼深度。正是計算機系統結構的類型讓這個主題變得既有趣而深刻。
在本節中，我們將介紹不同類型的計算機系統結構，它們將在學術和職業生活中對你有所幫助。
類型 1：馮諾依曼體系結構
圖片來源： www.geeksforgeeks.org
馮-紐曼（Von-Newmann）是根據馮諾依曼派生計算機設計模式設計和製造的計算機系統結構。紐曼為存儲程式計算機設計了這一體系結構，而存儲程式計算機只不過是一種智慧型電腦，其編程目的是執行高效和高運算數量的任務。
歷史
馮諾依曼體系結構的歷史很簡單：在這種模式之前，世界上有兩種計算機：一種是簡單的計算機，即計算器，另一種是存儲程式計算機。
存儲程式計算機的效率最高，能夠完成讀寫磁盤和內存等繁重的任務，它們可以自我修改代碼來完成任務，可以完成現代計算機所能完成的所有任務，但速度仍然非常慢。因此，為了解決這個問題，馮-紐曼從加快計算機工作速度的角度出發，推導出了這一模型。
組成部分
馮諾依曼模型的組成部分包括：
- 處理單元，可通過處理器進行復雜計算
- 處理指令寄存器和程式計數器的控制單元
- 記憶體，用於在運行時存儲、檢索或生成數據
- 外置硬碟
- 輸入和輸出設備
使用方法
使用這種型號製造的計算機可用於製造：
- 彙編器、編譯器、鏈接器、加載器和其他程式自動化工具
- 在 C、C++、Java 等高級語言中也可操作代碼
類型 2：哈佛架構
圖片來源： wikimedia.org
與馮諾依曼體系結構相比，哈佛模型的概念很容易理解。
哈佛模型實現了指令和數據的存儲分離和單一路徑。而在馮諾依曼體系結構中，程式指令和數據共用同一個記憶體空間。
歷史
哈佛架構源於哈佛 Mark I 繼電器式計算機。該體系結構的研究工作始於 1937 年，並於 1944 年全部完成。
組成部分
哈佛模式的組成部分包括：
- 算術和邏輯單元 (ALU)
- 控制單元（兩者分離）
- 指令存儲器（分離式）
- 數據存儲器（分離）
- 輸入、輸出設備
使用方法
哈佛機型專門用於嵌入式設備或應用程式。它們通常與帶緩存的 CPU 一起使用。
類型 3：指令集設定架構
圖片來源： slideplayer.com
指令集架構（ISA）是一套包括 RISC（精簡指令集計算機）和 CISC（複雜指令集計算機）的指令。許多設備（如 CPU）都執行 ISA 所包含的指令。
歷史
指令集架構是由 IBM 在 90 年代設計的程式。
組成部分
指令集設定架構的組成部分包括：
- 指令
- 尋址模式
- 本地數據類型
- 記憶體架構
- 中斷
- 外部 I/O 指令
使用方法
指令集架構是一套指令，可用於嵌入式設備的程式編寫。
類型 4：微體系結構
微體系結構向我們展示了微處理器如何工作、如何設計以及如何與其組件通信的邏輯表述。
它還包括實現指令集架構的寄存器、總線、主板的通信。換句話說，我們可以說計算機系統結構是指令集體系結構和微體系結構的混合體。
組成部分
微體系結構是 ALU、多路複用器和其他數位化邏輯組件和模塊的組合。
使用方法
微體系結構通常用於微處理器和微控制器。
類型 5：系統設計
系統設計是定義電腦架構需求的方法或過程，例如模組、介面、複雜系統、硬體、軟體等。
組成部分
系統設計有兩個組成部分或類別
- 邏輯設計
- 硬體設計
使用方法
顧名思義，系統設計用於設計系統架構。
如何創建計算機架構圖？
步驟 1: 在桌面上啟動 EdrawMax 或在瀏覽器上開啟EdrawMax。前至 「基本」 > 「基本圖表」 > 「方框圖表」。
點擊「更多模板」，你可以看到由Edraw和其他使用者創建的大量架構圖模板。你可以從Edraw模板開始，輕鬆快速地創建圖表。
步驟 2: 開啟「圖庫」功能表。選擇用於繪製任何類型計算機架構圖的符號。將符號拖放到畫布上。EdrawMax 中的對齊和定位工具可以幫助你快速創建圖表。
步驟 3：使用Edraw的格式化和編輯工具輕鬆設計架構圖。EdrawMax具有完全可定製的圖表繪製功能，可以讓你更輕鬆地構建出系統和應用程式架構。
步驟 4：在EdrawMax內完成設計後，與全世界分享！EdrawMax支持多種匯出選項，包括Visio、PDF、JPG、PNG、Word、Excel和PowerPoint。
此外，EdrawMax還允許使用者導入Visio檔案，並在幾秒鐘內轉換你的Visio建築結構圖。
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