计算机体系结构.是系统结构还是体系结构

计算机体系结构.体系结构简介

什么是计算机体系结构

对于“Computer Architecture”，有些地方译为“计算机系统结构”，有些地方译为“计算机体系结构”。这两种翻译都对，只是经常会被混用。本文将以“体系结构”为主，不过如果偶尔出现了“系统结构”那也不要慌，其实指的都是”Computer Architecture“。

计算机体系结构包含了整个计算机设计与实现的方方面面，是对整个计算机系统的组织、功能、实现的全面考量【1】。值得一提的是，过去（上世纪）的体系结构通常指的是指令集架构（Instruction Set Architecture，简称ISA），彼时摩尔定律的效果十分强劲，只需堆砌更多的晶体管就可以获得性能上的提升，因此并不需要太多的微结构设计。

当然如今已经不仅仅是ISA了，但ISA是仍是体系结构中很重要的一部分，因为ISA设计是关乎软硬件结合的关键：软件通过指令操控硬件，硬件根据指令执行具体功能。ISA设计通常可以被视为系统结构所涵盖范围的上层，而下层是微结构（Microarchitecture）。

有些地方会将“体系结构”和“微结构”所混淆，其实是不准确的。微结构对应的是某一具体ISA在某种特定处理器上的具体实现【2】，对于常见的桌面处理器其微结构设计通常包括但不限于：流水线、存储层次结构、功能单元、乱序结构、片上网络等等，而对于专用的嵌入式处理器常常不采用乱序结构（更肯定一点的话，可以去掉“常常”二字）且流水线也十分简单。相同的ISA可以有不同的微结构实现，比如Intel和AMD的处理器都是x86指令集，但其内部架构千差万别，耳熟能详的有Intel的酷睿系列、至强系列，AMD的推土机和锐龙。

但是，体系结构设计常常不仅仅需要这两部分的知识，或者换句话说，对于体系结构而言，仅仅把视角局限于ISA和微结构是远远不够的：

• 对于ISA设计，其需要和应用（操作系统、编译器、应用软件等）相结合。
  • 比如在x86指令集发展过程中，其支持的越来越多的扩展指令集，如SSE、AVX、VT-x等等【3】，其主要目的是能够针对某种特定的应用