计算机底层逻辑学习笔记3-层次结构模型

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一、微体系结构层

硬件系统
微体系结构层是具体存在的硬件层次,主要由寄存器级观察CPU的结构,分析CPU执行指令的详细过程。

微体系结构层执行机器指令,它可以看作是指令系统层指令的解释器。

在这一层,我们看到的是CPU内部的数据通路,即一些寄存器和算术逻辑部件相连接构成的数据通路。

通过数据通路逐条对指令进行取指、译码和执行。

如果从硬件角度进一步分析可以看到,几种数字逻辑单元(与、或、非门)组成了这一层的部件。

二、指令系统层

直接执行/解释(微程序)
指令系统(指令集)是指一台计算机所能执行的全部指令集合

指令是由微体系结构的微程序解释执行或硬件电路直接执行的。

每台计算机都有自己的“指令系统参考手册”,用来描述各种指令的格式和功能。

硬件系统的基本任务是实现指令系统所规定的各种指令功能,而各种程序只有最终转换为机器语言(二进制指令)才能被硬件执行。

因此,指令系统是一种硬件和编译器能理解的语言,在指令系统层应该定义一套在当前和将来的技术条件下能够高效率实现的指令集。

三、操作系统层

部分解析(操作系统)
是为支持高层所需的解释器或翻译器运行而设计的

操作系统是一个在指令系统层提供的指令和特性之上又增加了新指令的特性和程序。

这一层由新的指令集,有不同的存储器结构,有同时运行两个或多个程序的能力,以及其他一些特性。

四、汇编语言层

翻译(汇编器)
汇编语言实际就是“符号化”的机器语言

每一条汇编指令语句都对应一条机器语言指令,它是面向机器结构的语言

五、面向问题语言层

翻译(编译器)
解决现实问题的应用程序员使用的,通常称为高级语言

由针对某一特别领域的解释器组成,提供给该领域专业人员熟悉的运算和数据以解决该领域的问题。

graph TD
面向问题语言层 --> 汇编语言层 --> 操作系统层 --> 指令系统层 --> 微体系结构层

从计算机系统组成角度
划分的层次结构模型