【体系结构】（二）计算机体系结构

体系结构包括一组部件以及部件之间的联系，计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。其中计算机理论组成部分并不单与某一个实际硬件相挂钩，如存储部分就包括寄存器、内存、硬盘等。

计算机设计人员面对着一项非常复杂的工作，他们需要判断哪些属性对于新计算机来说是至关重要的，然后在设计这种计算机时使其性能和能耗效益达到最佳，同时还要满足成本、功耗和可用性约束条件。

这些任务包括许多方面：指令集设计、功能组织、逻辑设计、实现方式。实现方式可能包括集成电路设计、包装、电池和冷却。为了使得设计方案达到最优效果，设计人员需要熟悉编译器、操作系统以及逻辑设计与包装等大量技术。

一、指令集体系结构

指令集体系结构（ISA），它是软件和硬件之间接口的一个完整定义。在这种体系结构中，操作数或者是寄存器，或者是存储器地址。我们熟悉的80x86有16个通用寄存器和16个通常存入浮点数据的寄存器；而MIPS则有32个通用寄存器和32个浮点寄存器。

1、ISA分类

ISA一般有两种主流分类，一种是寄存器-存储器ISA，比如80x86，可以在许多指令中访问存储器；另一种是载入-存储ISA，比如ARM和MIPS，他们只能载入或存储指令来访问存储器。

当前最新的ISA都采用载入-存储版本。

2、存储器寻址

几乎所有桌面计算机核服务器都使用字节寻址来访问存储器操作数，有些体系结构（如ARM、MIPS）要求操作对象必须是对齐的。80x86不需要对齐，但是如果操作数是对齐的，访问速度通常会更快。

3、寻址模式

除了指定寄存器和常量操作之外，寻址模式还指定了一个存储器对象地址。MIPS寻址模式有寄存器寻址、立即数寻址以及位移量寻址。立即数寻址用于常数寻址，在位移量寻址模式中，将一个固定偏移量加到寄存器，得出存储器地址。80x86不仅支持上述寻址方式，还支持加上位移量的3种变化形式，即：无寄存器（绝对数）、两个寄存器（用位移量进行基址寻址）、两个寄存器。