1、计算机体系结构是什么？
▪ 计算机体系结构–传统是研究如何在给定工艺限制和软件要求下设计更好的计算机。最早指的是指令集的设计；
▪ 后来发展为：涉及计算机硬件（逻辑设计和封装技术）、指令集体系结构、微体系结构（存储器系统、互联系统、 CPU等）
▪ 当前信息互联网发展迅速，计算机体系结构的外延进一步 扩展，不再单纯涉及计算机内部，新的计算模式也属于体系结构范畴，包括计算机硬件、计算机软硬件接口、计算机系统级软件等。类似一张蓝图，设定了计算系统主要组件间的互联关系，以及每个组件的整体功能，通常不提供过多细节。由计算机内部扩展到并行、分布式、云计算等。
2、为什么要学习计算机体系结构？软件人员还需要学习体系结构知识吗？
▪ 熟悉计算机软硬件知识，有助于计算系统设计；
▪ 软件人员有助于开发高质量程序，优化程序性能；
▪ 引导研究生进行并行计算等体系结构相关方向的研究工作，掌握基础知识和研究思路，探索技术和方向的融合；
▪ 有助于开展其他方向的研究，共同的性能优化和设计方法引导。
3、现实生活中到底存在哪些类的计算机？分类的标准都是什么？常见的计算机都是什么体系结构，有什么特征？
3.1计算机计算能力分类
—大型机，或者称大型主机，英文名mainframe。大型机使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件。通常是指system/360 开始的一系列的IBM计算机。
—小型机，传统小型机是指采用RISC、MIPS等专用处理器，主要支持 UNIX操作系统的封闭、专用的计算机系统，所以又称RISC服务 器或Unix服务器。
—微型计算机（PC） – 桌面计算机，办公或家庭用的电脑，使用的是x86架构的CPU。
3.2计算机用途分类
▪ 专业计算机 – 图像工作站、工业控制计算机、量子计算机等
▪ 通用计算机 – 办公、编程、娱乐等
3.3经典分类（主流计算机市场）
▪ 个人移动设备 —一类有多媒体用户界面的无线设备，比如手机、平板电脑等，实时性、存储等要求高。
▪ 桌面计算机 — PC机，性价比高。
▪ 服务器 —企业中枢，具有高可用性、高可扩展性以及高吞吐量。
▪ 机群/仓储计算机 — 一组PC或服务器通过局域网连接起来组成更大型的计算机。相对服务器，组件更加廉价。
▪ 嵌入式计算机 — 洗衣机、汽车中都有嵌入式微处理器，与个人移动设备类似，指的是无法运行第三方软件。
4、典型计算机体系结构
使用语言或硬件/软件交互的角度划分层次结构
4.1冯.诺依曼模型
4.1.1来源
▪ 最早期的计算机，不存在分层体系结构，编程就是利用各种导线进行接插连线, 费时费力。
▪ ENIAC研究完成之前，John W. Mauchly和J. Presper Eckert设计了一种利用汞延迟线形式的存储设备，来存储指令，从而重新开发或者调试时，无须重新连线，希望用于下一代计算 机EDVAC中。由于ENIAC的保密性，这种设计没有被发表 。
▪ ENIAC计划的外围人员，数学家John Von Neumman则读了前面两位的研究计划后，公开发表了这种设计。后来， 所有存储程序的计算机都被称为使用的是冯.诺依曼架构。
4.1.2组成和执行
▪ 由三部分硬件组成：CPU （中央处理单元）：控制单元、算数逻辑单元（ALU）、若干寄存器、程序计数器；主存储器；IO系统
▪ 具有执行顺序指令的处理能力
▪ 主存储器和CPU控制单元包含一条单一路径（物理或逻辑的）叫冯.诺依曼瓶颈
执行周期（取指->译码->执行，循环）操作如下：
– 控制单元从存储器中取下一条程序指令，使用程序计数器确定指令所在的位置。
– 对提取的指令进行译码，变成ALU能够理解的语言。
– 从存储器中取出执行指令所需的各种操作数的数据，并把它们放入 CPU的寄存器中。
– ALU执行指令，并将执行的结果存放到寄存器或者存储器中。
4.1.3改进
▪ 程序和数据通常保存在 慢速访问存储介质（持久化的硬盘）
▪ 在程序执行时，再将这些程序和数据复制到可 快速访问的易失性的存 储介质（RAM）
▪ 体系结构也演化为系统总线模型
– 数据总线将数据从主存储器传送到CPU的寄存器，反之亦然。
– 地址总线负责保持数据总线正在访问的数据的地址。
– 控制总线则负责传送各种必要的控制信号，以指定的信息传输发生的方式。
4.1.4特征
▪ 以运算器为中心。
▪ 在存储器中，指令和数据同等对待。
▪ 存储器是按地址访问、按顺序线性编址的一维结构 ，每个单元的位数是固定的。
▪ 指令的执行是顺序的。
▪ 指令由操作码和地址码组成。
▪ 指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算
4.2非冯.诺依曼模型（哈佛模型）
▪ 冯.诺依曼模型占据主流通用计算机设计，但存在冯.诺依曼瓶颈
▪ 非冯.诺依曼模型与冯.诺依曼模型特征不同：比如不把程序和数据存储在存储器或不按顺序处理
▪ 非.冯诺依曼模型为特殊目的设计：图像处理、数字信号处理器（DSP）、媒体处理器（比如可执行一条指令处理一组数据，而不是一条指令处理一个数据）、量子计算机等。
▪ 组织方式：处理器、指令存储器、数据存储器和IO设备
▪ 与冯.诺依曼模型的区别：在程序和数据的存储和访问方式上有所不同，指令与数据存储器相分离
▪ 优势：可分别对于数据存储单元和指令存储单元进行优化
▪ 缺点：不够灵活，需要指定数据、程序存储单元的大小，且不能相互调整
▪ 应用：常用于小型嵌入式系统设计