1.3.1 计算机系统的层次结构

计算机系统是包括计算机硬件和软件的一个整体，两者不可分割，但处于不同的层次上。没有计算机软件的“裸机”发挥不了任何作用，等于人只有躯壳，没有灵魂一样。而硬件是软件的物质基础，正是由于硬件的高度进步才为软件的发展提供了舞台。从1.2节叙述中可看到，尽管计算机换代的标志是组成计算机的逻辑元器件，但每次换代，随着新元器件的推出，计算机性能的大幅度提高，计算机的结构得到了不断改进，计算机软件也产生了革命性的变化。

这里给出一个计算机系统的层次结构模型，如图1.1所示。

底层（0层）为硬件内核；而第1，2层为该机的指令系统及为实现该指令系统所采用的实现技术——组合逻辑技术、微程序控制技术或PLA控制技术；第3，4层为系统软件；第5层为应用软件；第6层是系统分析软件。当然，这种划分也是相对而言的，它们之间会有交叉。

图1.1 计算机系统层次结构

本书讨论的范围主要涉及第0，1，2共三层，主要内容有：

① 高速的算术、逻辑运算方法及ALU的逻辑设计；

② 高速的指令执行过程及指令部件的设计与实现，它涉及是采用组合逻辑技术、微程序设计技术还是PLA技术，是复杂指令集计算机（CISC）还是精简指令集计算机（RISC）；

③ 提高存储器容量与速度的方法，以及如何解决“CPU—Cache—主存—外存”之间的匹配问题；

④ 高效率的输入/输出方法、组织，以及它们之间的互连技术；

⑤ 计算机五大部件（运算器、控制器、存储器、输入和输出部件）之间的相互作用、高效接口（总线）。