系统架构师备考（1）-计算机组成与体系结构（2）：计算机体系结构

1.专栏导读

在本专栏的第一篇文章中，《专栏开篇》详细介绍了专栏的全部内容。遵循目录中的顺序进行阅读将有助于更好地理解内容。文章所涉及的知识点主要集中在常见考点上，并未全面覆盖所有知识点。作为本专栏的第一篇稿件，在写作过程中不可避免地会遗漏某些细节或出现错误。恳请您 dear readers 能够在阅读后给予宝贵的反馈与建议！如有任何问题或意见，请随时提出！

2.计算机体系结构

计算机体系结构是指根据属性与功能的不同划分而成的计算机理论组成部分及基本工作原理的总称。其中计算机理论组成部分并不单纯局限于某个实际硬件部件，在存储部分同样涵盖了寄存器、内存以及硬盘等多种存储介质。

计算机体系架构可分为冯·诺依曼型与哈佛型两种类型。其核心区别在于处理器是否具备同时执行指令与数据的能力以及程序存储区与数据存储区是否存在一体化设计。

1. 冯·诺依曼结构

Von Neumann架构又被称作Princeton架构，其整合了程序存储器与数据存储器相结合的设计方案。

特点：

（1）一般用于PC处理器，如I3、I5、I7处理器；

（2）指令与数据存储器合并在一起；

（3）指令与数据都通过相同的数据总线传输；

b.哈弗结构

哈佛架构被定义为一种将程序指令与数据存储区分开来的存储器组织形式。这种架构被称为并行体系结构，并其核心特征在于实现了一个完全分离的程序空间与数据空间，并且每个空间均配有独立的地址线与数据传输通道。

特点：

（1）一般用于嵌入式系统处理器（DSP，Digital Signal Processing）；

（2）指令与数据分开存储，可以并行读取，有较高数据的吞吐率；

（3）有4条总线：指令和数据的数据总线与地址总线。

3.计算机的硬件构成

冯·诺依曼结构计算机主要包含运算器、存储器、控制器以及输入设备和输出设备等五大关键组件，并被称为五大子系统；同时，在控制器的统一指挥下进行协调运作。

运算是用来执行算术计算与逻辑判断的装置，并负责临时存储用于后续计算的中间结果。

• 信息的长期可靠保存是信息处理系统运行的基础要求之一;为了实现这一目标而发展出的各种信息载体就是信息库中的成员。

• 主数据库通常被称为数据库核心;它是所有业务逻辑的核心支撑;而附加数据库则被统称为外围数据库。

  • 控制器：用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。

输入设备：用于将人们熟悉的信息形式转化为供计算机处理的形式。（常见的包括键盘、鼠标等装置）

• 输出设备：可以将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式。

其中，在运算器与控制器之间的逻辑关系以及电路结构方面具有紧密的关联，并且这两者已经被整合到同一片芯片上作为中央处理器（CPU）。

4.真题解析

目前在处理器市场中存在两种类型的芯片架构：中央处理单元（CPU）和数字信号处理单元（DSP）。其中一种应用于不同的应用场景。这些芯片架构之间存在显著差异性特征：这两类处理器拥有各自独特的架构设计。因此，在数字信号处理领域中 DSP 通常采用哪种架构设计？

(A) 冯.诺伊曼结构

(B) 哈佛结构

(C) FPGA结构

(D) 与GPU相同结构

答案解析：（B）

DSP依据上文所描述，属于哈弗结构。