2.計算機體系結構
經典計算機體系結構概念的實質是計算機系統中軟硬件界面的確定，其界面之上的是軟件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。
廣義（現代）的計算機體系結的構概念，它除了包括經典的計算機體系結構的概念範疇（指令集結構），還包括計算機組成和計算機實現的內容。
計算機體系結構是程序員所看到的計算機的屬性，即概念性結構和功能特徵。按計算機的多層結構，不同層級的程序員所看到的計算機具有不同的屬性。一般來說，低級機器的屬性對於高層機器程序員基本上是透明的。計算機體系結構主要是指機器語言級的系統結構。
一般說來，計算機的體系結構的屬性有如下：
（1）機內數據表示：硬件能直接辨識和操作的數據類型和格式。
（2）尋址方式：最小可尋址單位，尋址方式的種類、地址運算。
（3）寄存器組織：操作寄存器，變址寄存器、控制寄存器及專用寄存器的定義，數量和使用規則。
（4）指令系統：機器指令的操作類型，格式，指令間排序和控制機構。
（5）存儲系統：最小的編址單位、編址方式、主存容量、最大可編址空間、。
（6）中斷機構：中斷類型、中斷級別、以及中斷響應方式
（7）輸入輸出結構：輸入輸出的連接方式、處理機/存儲器與輸入輸出設備間的數據交換方式、數據交換過程的控制。
（8）信息保護：信息保護方式、硬件信息保護機制
計算機組成指的是計算機系統結構的邏輯實現，包括機器內部數據流和控制流的組成以及邏輯設計等。其目標是合理的把各個部件、設備組成計算機，以實現特定的系統機構，同時滿足所希望達到的性價比。
計算機實現是指計算機組成的物理實現。
計算機體系結構解決的是計算機系統在總體上，功能上需要解決的問題，它和計算機組成和計算機實現是不同的。一種體系結構可能有多種組成，一種組成也可能是有多種物理實現。
計算機體系結構的分類：
（0）宏觀上按處理機的數量進行分類
1. 單處理系統
2. 並行處理與多處理系統
3. 分佈式處理系統
（1）Flynn分類
根據指令流和數據流的多倍性特徵對計算機系統進行分類。
多倍性：在系統性能瓶頸部件上同時處於同一執行階段的指令或數據的最大可能個數。
分爲4類：
SISD：單指令流單數據流，傳統的順序執行的單處理器計算機。其指令部件一次只對一條指令進行譯碼，並只對一個操作部件分配數據。SISD機器是一種傳統的串行計算機，它的硬件不支持任何形式的並行計算，所有的指令都是串行執行。並且在某個時鐘週期內，CPU只能處理一個數據流。因此這種機器被稱作單指令流單數據流機器。早期的計算機都是SISD機器，如馮諾.依曼架構，如IBM PC機，早期的巨型機和許多8位的家用機等。
SIMD：單指令流多數據流機器，SIMD是採用一個指令流處理多個數據流。這類機器在數字信號處理、圖像處理、以及多媒體信息處理等領域非常有效。Intel處理器實現的MMXTM、SSE（Streaming SIMD Extensions）、SSE2及SSE3擴展指令集，都能在單個時鐘週期內處理多個數據單元。也就是說我們現在用的單核計算機基本上都屬於SIMD機器。
MISD：多指令流單數據流機器，MISD是採用多個指令流來處理單個數據流。由於實際情況中，採用多指令流處理多數據流纔是更有效的方法，因此MISD只是作爲理論模型出現，沒有投入到實際應用之中。
MIMD：多指令流多數據流機器，MIMD機器可以同時執行多個指令流，這些指令流分別對不同數據流進行操作。最新的多核計算平臺就屬於MIMD的範疇，例如Intel和AMD的雙核處理器等都屬於MIMD。
（2）馮式分類
1972年馮澤雲提出用最大並行度來對計算機體系結構進行分類。所謂最大並行度Pm是指計算機系統在單位時間內能夠處理的最大的二進制位數。設每一個時鐘週期△ti內能處理的二進制位數爲Pi，則T個時鐘週期內平均並行度爲Pa=(∑Pi)／T(其中i爲1，2，…，T)。平均並行度取決於系統的運行程度，與應用程序無關，所以，系統在週期T內的平均利用率爲μ=Pa/Pm=(∑Pi)/(T*Pm)。用最大並行度對計算機體系結構進行的分類。用平面直角座標系中的一點表示一個計算機系統，橫座標表示字寬(N位)，即在一個字中同時處理的二進制位數；縱座標表示位片寬度(M位)，即在一個位片中能同時處理的字數，則最大並行度Pm=N*M。
由此得出四種不同的計算機結構：
①字串行、位串行(簡稱WSBS)。其中N＝1，M＝1。
②字並行、位串行(簡稱WPBS)。其中N＝1，M>1。
③字串行、位並行(簡稱WSBP)。其中N>1，M＝1。
④字並行、位並行(簡稱WPBP)。其中N>1，M>1。
(3)計算機體系結構研究面臨的挑戰
當前，計算機體系結構研究面臨着新的挑戰：
●多核處理器體系結構帶來的高效軟件開發與優化問題；
●納米量級超大規模集成電路帶來的芯片可靠性問題；
●大規模高性能計算系統和便攜式嵌入式系統中的功耗控制問題；
●適應虛擬計算需求的體系結構虛擬化問題；
同時，隨着新材料、新工藝正在快速發展，計算機使能技術不斷變化，基於新型納米功能器件、量子器件或DNA分子的新概念計算處於探索階段。
