1.3.1 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

計算機系統(tǒng)是包括計算機硬件和軟件的一個整體，兩者不可分割，但處于不同的層次上。沒有計算機軟件的“裸機”發(fā)揮不了任何作用，等于人只有軀殼，沒有靈魂一樣。而硬件是軟件的物質(zhì)基礎(chǔ)，正是由于硬件的高度進步才為軟件的發(fā)展提供了舞臺。從1.2節(jié)敘述中可看到，盡管計算機換代的標志是組成計算機的邏輯元器件，但每次換代，隨著新元器件的推出，計算機性能的大幅度提高，計算機的結(jié)構(gòu)得到了不斷改進，計算機軟件也產(chǎn)生了革命性的變化。

這里給出一個計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1.1所示。

底層（0層）為硬件內(nèi)核；而第1，2層為該機的指令系統(tǒng)及為實現(xiàn)該指令系統(tǒng)所采用的實現(xiàn)技術(shù)——組合邏輯技術(shù)、微程序控制技術(shù)或PLA控制技術(shù)；第3，4層為系統(tǒng)軟件；第5層為應(yīng)用軟件；第6層是系統(tǒng)分析軟件。當(dāng)然，這種劃分也是相對而言的，它們之間會有交叉。

圖1.1 計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

本書討論的范圍主要涉及第0，1，2共三層，主要內(nèi)容有：

① 高速的算術(shù)、邏輯運算方法及ALU的邏輯設(shè)計；

② 高速的指令執(zhí)行過程及指令部件的設(shè)計與實現(xiàn)，它涉及是采用組合邏輯技術(shù)、微程序設(shè)計技術(shù)還是PLA技術(shù)，是復(fù)雜指令集計算機（CISC）還是精簡指令集計算機（RISC）；

③ 提高存儲器容量與速度的方法，以及如何解決“CPU—Cache—主存—外存”之間的匹配問題；

④ 高效率的輸入/輸出方法、組織，以及它們之間的互連技術(shù)；

⑤ 計算機五大部件（運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出部件）之間的相互作用、高效接口（總線）。