計算機系統體系結構的層次設計初探

李潔

摘要：在計算機系統體系結構的層次設計中，其工作內容較為復雜，需要設計人員加大精力的投入，優化設計的效果。基于此，本文將闡述計算機系統體系結構的層次設計原則，以自上而下的方式、自下而上的方式為切入點，深入探究計算機系統體系結構的層次設計方式，旨在能夠提高計算機系統體系結構層次設計的質量，提高計算機系統運行的穩定性，為后期的維護工作提供便利，并以此為相關的設計人員提供參考。

關鍵詞：計算機系統；體系機構；層次設計

計算機系統體系結構層次設計，其實際就是計算機系統體系結構中的某一個功能、組或者模塊集合，其中在集合中的功能模塊，能夠相互連接、層層互通。就層次而言，其研究的對象為體系結構，并對不同層之間的連接邏輯、連通性、連接規則進行了規定。

1 計算機系統體系結構的層次設計原則

1.1 效率原則

在計算機系統體系結構的層次設計中，需要遵循效率的原則，即提高計算機系統的運行效率。具體來說，在計算機系統體系結構的層次設計中，并不能為了為維護工作提供便利、優化設計結構，就忽視計算系統的運行效率。實際上，在計算機系統體系結構的層次設計中，需要將系統的性能、運行穩定性作為層次設計工作的重點，將其作為基礎提高系統運行的實際效率，從而實現計算機系統體系結構層次設計的基本目的。通過優化設計，計算機系統運行的效率主要體現在兩方面，即跨層設計、覆蓋設計，所以設計人員需要對計算機系統中，各個層次之間的鏈接、接口進行合理的優化與設計。雖然基于這樣的層次設計方式，會在很大程度上提高計算機系統體系結構層次設計的復雜性，但是卻能夠在根本上提高計算機系統的運行效率。

1.2 簡化原則

在計算機系統體系結構的層次設計中，除了要遵循效率原則之外，還應該踐行簡化原則。實際上，對計算機系統體系結構的層次進行設計，就是使其具有輔助計算機系統測試、驗證的功能，而其目的就是對系統結構進行簡化。在計算機系統體系結構的層次設計中，其與模塊化設計較為相似，也就是說需要對計算機的系統進行層次劃分，通過這樣的方式能夠降低各個層次之間連接、互通的難度。由此能夠發現，計算機系統體系結構的層次設計，其實際就是為計算機系統的維護、認知、驗證、優化、測試等工作提供便利，簡化工作的難度。所以，在這一因素的基礎上，在對每個層次進行設計的過程中，都應該踐行簡化的原則，實現簡化資源、簡化功能的主要目的，從而降低設計工作的難度與復雜性。

2 計算機系統體系結構的層次設計方式

在計算機系統體系結構的層次設計中，為了能夠把握好設計工作的原則，就需要在其基礎之上，對計算機系統進行優化設計。基于這一背景，當前在計算機系統體系結構的層次設計中，其主要的方式包括兩種，即自上而下設計、自下而上設計，具體內容如下：

2.1 自上而下的方式

在計算機系統體系結構的層次設計中，設計人員可以自下而上的設計方式，在應用這一方式的過程中，需要對計算系統進行詳細分解，并將其作為后期層次設計的主要依據。具體來說，在對計算機系統結構的層次進行設計的過程中，對系統分解過程為：將系統中的平面，劃分到可接受的目標平面中，并由此而形成映序列，而這一序列就是分解過程自上而下的體現。

例如：在原平面與目標平面之間，經過了m次的映射以后，在可以將其使用公式表達出來，其公式為：P'=гmгm-1гm-2…г1 P=г0ν0。從這一公式中能夠發現，對計算機系統平面的分解過程中，其與壓縮過程較為相似，但是二者之間的映射方式存在明顯的差異。具體來說，在計算機系統體系結構的層次設計中，對系統平面的分解，主要以虛擬映射為代表的擴張性映射，而對系統進行壓縮映射的過程中，其方式則為主要以壓縮為主。所以，在計算機系統體系結構的層次設計中，為了實現優化設計的目的，可以將文中的方式應用在工作中，滿足計算機系統運行的要求。

2.2 自下而上的方式

在計算機系統體系結構的層次設計中，除了上述的方式之外，還可以使用自下而上的設計的方式。在應用這一設計方式的過程中，就需要設計人員對計算機系統進行壓縮處理，且遵循自下而上而基本原則，即以一個原平面為壓縮的起點，逐漸向目標平面的方向壓縮，并由此形成映射序列，而這一序列就是分解過程自下而上的體現。

例如：在原平面與目標平面之間，經過了m次的映射以后，在可以將其使用公式表達出來，其公式為：P'=гmгm-1гm-2…г1 P=г0P。通常情況下，計算機系統中的原平面在經過三次恰當的映射以后，就能夠達到目標平面，實現對計算機系統體系結構層次設計的目的。具體而言，在計算機系統之中，原平面即是物力平面，經過壓縮映射，能夠映射在系統的模塊之中，接下的第二次映射則能夠達到系統的層，第三次映射則會達到對象系統，即目標平面。總的來說，在使用自下而上設計方式的過程中，需要對系統中的目標層面的抽象整體進行層次設計，并對其不斷細化，最后實現對計算機系統優化設計的目的，發揮自下而上設計方式的價值。

綜上所述，計算機系統體系結構的層次設計，具有顯著的復雜性特征，需要設計人員加大研究力度。以此為基礎，在計算機系統體系結構的層次設計中，踐行了設計工作的基本原則，通過不同的設計方式對系統進行了設計，提高了計算機系統運行的穩定性，從而實現了層次設計的目的。所以，為了能夠降低計算機系統體系結構層次設計的難度，可以將文中的方式應用在設計中。

參考文獻

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