計算機體系結構
前言
計算機體系結構指軟、硬件的系統結構 ，有兩方面的含義：它包括機器內的數據表示、尋址方式以及對這些數據的運算和控制這些運算的執行等(即指令系統)看成是一臺計算機的邏輯組成中最基本的軟件。計算機運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備等主要功能部件的相互連接和相互作用，藉以實現機器指令級的各種功能和特性。從最基本的功能和作用原理來說，計算機是在控制器的全面控制下，接收經數字化編碼的輸入信息（程序和數據），把它存放在存儲器中，根據程序的要求對數據進行快速運算，產生結果數據輸出。因此，可以把運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備看成是一臺計算機的邏輯組成中最基本的硬件。
一. 物理（電子的運動）
如果問大家CPU的原料是什麼，大家可能都會輕而易舉的給出答案—是硅，準確的來說是單晶硅，硅（Silicon,Si）是第Ⅳ族元素，因此其化合價外層有4個電子，並與4個相鄰元素緊密連接，形成晶格（lattice）。在上古時代，世界上第一個和第一個商用的雙極結型晶體管都是用鍺做的。摩托羅拉是當時第一家使用晶體管來製造收音機的廠商。但是好景不長，摩托羅拉收到了大量用戶投訴，說他們發現摩托羅拉的車載收音機在午後的陽光下曝曬一個下午後，就不再工作了。因爲鍺在受熱之後會變成本徵態，這使得nMOS晶體管和pMOS晶體管都失去了他們特有的性質，結果雙極結型晶體管不能再工作了。而硅可以經受更高溫度的考驗，具有更好的熱穩定性，並且有着和鑽石一樣棒的晶體結構，這賦予了硅極好的穩定性和強度。電子的運動不只是在CPU裏面進行，一開機TA就在所有通電的硬件裏運動着，電源的電經由主板上電阻、電容等元器件的控制變成微弱的電流在適合TA運動的二級管裏運動。
- 二進制
- 邏輯門（）
二.器件（晶體管、二極管）
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晶體管（transistor）是一種固體半導體器件，具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、信號調製等多種功能。晶體管泛指一切以半導體材料爲基礎的單一元件，包括各種半導體材料製成的二極管、三極管、場效應管、可控硅等（晶體管有時多指晶體三極管）。晶體管作爲一種可變電流開關，能夠基於輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號來控制自身的開合，而且開關速度可以非常快，實驗室中的切換速度可達100GHz以上。
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二極管（Diode）是一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管（Varicap Diode）則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之爲“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是隻允許電流由單一方向通過（稱爲順向偏壓），反向時阻斷 （稱爲逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。
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高速緩存
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虛擬存儲器
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嵌入式I/O
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PC I/O
三.模擬電路（放大器、濾波器）
四.數字電路（邏輯門與、或、非）
五.邏輯（加法器、存儲器）
六.微體系結構（數據路徑控制器）
1.單週期處理
2.多週期處理
3.流水線處理
4.硬件描述語言表示
5.高級微體系結構
6.x86微體系結構
七.體系結構（指令寄存器）
體系結構是程序員所見到的計算機，它由指令集（彙編語言）和操作數地址（operand location）（寄存器和存儲器）來定義。如x86、MIPS、SPARC、PowerPC等。
理解計算機體系結構的第一步是學習它的語言。計算機語言中的單詞叫做指令（instruction），詞彙表叫做指令集（instruction set），在同一臺計算機上運行的所有程序使用相同的指令集。即使是非常複雜的軟件應用（如webstorm、myeclipse等）最終都會被編譯爲一系列諸如加法、減法或跳轉的簡單指令,計算機指令包含需要完成的操作和要使用的操作數，如MIPS彙編代碼：add a, b, c用高級語言表示就是a=b+c;
1.彙編語言
因爲計算機用電路的通斷處理信息，所以計算機硬件只能理解二進制信息，指令也會被編碼爲二進制，這樣微處理器纔可以讀取並執行指令需要完成的操作，但是變成了二進制我們人去閱讀就會很枯燥並且麻煩，所以就用符號格式來表示指令，稱爲彙編語言（assembly language），所以彙編語言是計算機機器語言的人類可閱讀表示，每條彙編語言指令都指明瞭需要完成的操作和操作所處理的操作數，操作數可以存放在寄存器或者存儲器中，也可以作爲常數存儲在指令自身當中，訪問寄存器和指令自身的操作數會很快。
彙編語言是一種用於電子計算機、微處理器、微控制器或其他可編程器件的低級語言，亦稱爲符號語言。在彙編語言中，用助記符（Mnemonics）代替機器指令的操作碼，用地址符號（Symbol）或標號（Label）代替指令或操作數的地址。在不同的設備中，彙編語言對應着不同的機器語言指令集，通過彙編過程轉換成機器指令。普遍地說，特定的彙編語言和特定的機器語言指令集是一一對應的,不同平臺之間不可直接移植。
許多彙編程序爲程序開發、彙編控制、輔助調試提供了額外的支持機制。有的彙編語言編程工具經常會提供宏，它們也被稱爲宏彙編器。
彙編語言不像其他大多數的程序設計語言一樣被廣泛用於程序設計。在今天的實際應用中，它通常被應用在底層，硬件操作和高要求的程序優化的場合。驅動程序、嵌入式操作系統和實時運行程序都需要彙編語言。
- 機器語言
- 編程
- 尋址方式
- 編譯、彙編和裝入
- x86結構