计算机体系机构是什么？

计算机体系结构是指计算机硬件系统的结构和组织方式。它包括计算机内部的各种组件，如中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等等。计算机体系结构决定了计算机硬件如何进行数据处理、控制流和计算。计算机体系结构可以从多个角度进行分类，最常见的分类方式是基于指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA），到底有哪些呢，下面研究一番。

根据指令集结构分类（ISA）

指令集结构是处理器硬件执行指令的方法。常见的指令集结构有精简指令集计算机（RISC）体系结构、复杂指令集计算机（CISC）体系结构等。

根据数据通路结构分类

数据通路结构描述了处理器的功能单元之间的连接方式。常见的数据通路结构有单总线结构、双总线结构、多总线结构、交叉开关结构等。

根据存储器结构分类

存储器结构描述了计算机存储器的组织方式和与处理器之间的连接方式。常见的存储器结构有冯·诺依曼结构、哈佛结构、莫斯科大学结构等。

根据并行度分类

并行度描述了计算机系统中多个处理器或功能单元同时处理任务的能力。常见的并行度有单指令流多数据流（SIMD）并行结构、多指令流多数据流（MIMD）并行结构等。

根据系统结构分类

系统结构描述了计算机系统中各种硬件和软件部件的组织方式和相互关系。常见的系统结构有单机系统、分布式系统、集群系统、云计算系统等。

6. 根据应用领域分类

根据计算机体系结构的应用领域，计算机体系结构可以被划分为服务器体系结构、嵌入式系统体系结构等不同类型。

不同的分类之间可能会存在重叠和交叉，同一种计算机体系结构也可能符合多种标准。

以下是基于指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）的各个体系结构的详细内容：

单指令流单数据流（SISD）体系结构

SISD体系结构是最基本的计算机体系结构，它由一条指令和一组数据组成。CPU按照指令依次处理数据，这种体系结构通常用于早期的单处理器系统。

单指令流多数据流（SIMD）体系结构

SIMD体系结构包含多个处理单元，每个处理单元执行相同的指令，但是处理不同的数据流。这种体系结构适用于数据并行的应用，例如数字信号处理和图形图像处理。

多指令流单数据流（MISD）体系结构

MISD体系结构包含多个处理单元，每个处理单元执行不同的指令，但是处理相同的数据流。这种体系结构非常罕见，因为它并没有明显的优势，相反，它会增加硬件设计和管理的复杂性。

多指令流多数据流（MIMD）体系结构

MIMD体系结构包含多个处理单元，每个处理单元可以执行不同的指令，同时处理不同的数据流。这种体系结构适用于任务并行的应用，例如科学计算和数据库管理。

精简指令集计算机（RISC）体系结构

RISC体系结构是一种精简指令集计算机，它通过简化指令集来提高执行效率。RISC体系结构的指令集通常比较小，指令格式也比较简单，因此RISC处理器通常能够在短时间内完成大量的指令。现代的手机、平板电脑、网络设备等大部分智能终端采用的处理器都采用了RISC体系结构。

复杂指令集计算机（CISC）体系结构

CISC体系结构是一种复杂指令集计算机，它的指令集比较大，可以执行复杂的操作。CISC体系结构的处理器可以通过一条指令完成多个操作，因此它们通常执行速度比RISC处理器慢，但是在某些情况下，它们可以显著提高代码的执行效率。

哈佛体系结构

哈佛体系结构采用分离的存储器来存储指令和数据。这种体系结构可以提高数据和指令的读取速度，因为数据和指令可以同时访问，而不会相互干扰，采用硬件分离技术，增加并行性和效率。哈佛体系结构通常用于嵌入式系统和数字信号处理器。

冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构是一种基于存储程序概念的计算机体系结构，它的指令和数据共用同一存储器。这种体系结构具有灵活性和通用性，因为它可以按需加载不同的程序和数据。现代大多数计算机都采用冯·诺依曼体系结构，为什么采用冯·诺伊曼结构（也称为普林斯顿结构），主要是因为冯·诺伊曼结构具有以下优点：

结构简单，易于实现。冯·诺伊曼结构采用单一存储器，数据和指令都存储在同一个存储器中，使得计算机的结构相对简单，易于实现和维护。

存储程序，程序灵活性高。冯·诺伊曼结构允许计算机按照指令序列自动执行程序，程序和数据存储在同一存储器中，程序可以被修改、更新，从而使得计算机的灵活性更高。

运算速度快。由于指令和数据都存储在同一存储器中，因此可以更快地访问存储器，提高计算机的运算速度。

可编程性强。由于冯·诺伊曼结构的程序是存储在存储器中的，因此可以根据不同的需求编写不同的程序，从而使得计算机具有更强的可编程性。

当然，冯·诺伊曼结构也存在一些不足，比如存在存储器瓶颈等问题，但是随着计算机技术的不断进步和发展，这些问题都得到了有效的解决。因此，目前计算机普遍采用冯·诺伊曼结构，而其他结构如哈佛结构、超标量结构、多线程结构等则在特定场景下得到应用。

9.EPIC体系结构

EPIC体系结构指的是显式并行指令计算（Explicitly Parallel Instruction Computing）体系结构。这种体系结构强调的是硬件能够并行执行的指令，从而提高程序的并行性和性能。

混合体系结构

混合体系结构将不同的计算机体系结构组合起来，形成一种新的体系结构。例如，现代的CPU中通常会将RISC和CISC体系结构结合起来，形成一种混合体系结构，以兼顾性能和灵活性。

以上是常见的计算机体系结构分类，不同的分类有助于更好的理解计算机体系机构的特点和应用。了解了这些，就可以从最常用的冯诺依曼体系机构开始研究计算组成原理，更好的帮助我们学习计算机。

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