计算机系统概论要点记录--2个重要理念及7层转换

两个反复出现的重要理念

1. 抽象

2. 脑子里不要对软件和硬件做任何区分

 

学会“抽象”是个重要的进步，它让我们站在更高的层次看问题，从而将事物的本质表现出来，而将其细节隐藏；它让我们更有效的使用大脑，提升工作效率。

但是如果事物出现问题，要想发现问题所在，就必须深入到每个组成的实现细节里去——分解抽象。

如果我们不需要将一个组件和其他的东西相结合，以构建更大的系统，那么将认识停留在抽象层面就万事大吉了。但事实上，我们肯定需要将这些组件拼装成更大的系统，而这些组件在一起工作的时候，也难免会出错误。

因此实际工作中，抽象与分解抽象，总是伴随存在。

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脑子里不要对软件和硬件做任何区分，它们只是计算机系统中两个组成部分的名称而已；对设计者来说，将计算机的某个功能划分给哪部分实现，以及它们之间如何协同工作，原则只有一个：让计算机工作得最棒！

比如历史上，intel处理器的设计者就意识到，未来的程序将包含大量的视频信息，所以在他们设计的处理器中，内嵌了专用视频处理硬件，为此intel提出了MMX指令集及MMX专用执行硬件。

个人感想：“软件最后总要转换成cpu可执行的指令，而指令就对应着硬件，要么有专用的执行硬件，要么是间接的执行硬件，比如历史上早期是没有乘法器的，所有的乘法工作都转换成加法（间接执行硬件），后来为了提高效率，研究出了专用的乘法器（专用执行硬件）。自己以前想既然mmx，sse那么厉害，增加几十条指令就提高效率，为什么不增加个几百条呢？太蠢了”

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两个重要的思想

1. 所有的计算机，不管是大的还是小的，快的还是慢的，贵的还是廉价的，只要给予足够的时间和内存，它们所能完成的计算任务是相同的。这就是阿兰图灵的思想——通用计算。

2. 我们用英语或者其他语言给出一个问题，然而计算机却能通过电子运转来解决这个问题。看起来不可思议，但却被成功解决了。

 

                         问题                         算法                         语言                        指令集                        微结构                         电路                         器件

从用自然语言对问题进行描述开始，直到电子的实际运转，之间要经历多个层次的转换。在转换过程中，每一层的实现又都存在很多选择方案。

算法：确定性、可计算性、有限性。不同的算法可以描述同一个问题。

语言：高级语言与汇编语言相比，也不能向底层表述更多的计算方式，它们都被转换为特定机器的指令集。

指令集：不同的ISA定义的操作类型、数据类型和寻址模式的数目都是不同的。有的ISA只有几个操作类型，有的ISA有上百个；有的ISA只有一种数据类型，有的则有几十种；有的ISA只有一两种寻址模式，有的则有20多种。

微结构： 实现指令集的具体组织被称为微结构，同一个ISA，具体实现的微结构方案不同。

逻辑电路：微结构最终是由一组简单的逻辑电路实现，同一个微结构，具体实现的电路方案不同。

器件：每个逻辑电路，都是按照特定的器件技术来实现的。