什么叫“架构”

我们学硬件架构的时候常常被一些名词和概念绕晕，这篇就来讲一讲“架构”这个概念，一种“架构”指的是什么，如何去学习一种新的架构。

1.架构：硬件设计与指令集的统一体

这里放上我大二下的手写笔记：

就是说硬件设计，和指令集，是相互影响、相互依存、因彼此而生的，所以一套硬件和指令集统称为架构。

2.学习架构应该找共性和相似，提取宏观抽象设计思想

我大学三年，从大二上计组学MIPS架构到大二下和大三上学80x86架构和51单片机架构，一共学了三种架构。虽然三者差别确实大，但我们能看出不同处理器架构的一些共性，这些共性之处往往是我们学习硬件架构时需要重点关注的内容，也是各种考察考试最频繁的内容，也是学习接触一种新的架构时的入手点和突破口。

我们学习的时候应该学会提取宏观抽象的共性，即所有架构在设计时都要遵循的一套方法论。比如冯诺依曼体系结构，几乎所有现代计算机都是按照冯诺依曼体系结构设计的，只是具体实现上有所不同，顶层抽象基本都符合冯诺依曼体系，所以冯诺依曼体系就是一种顶层的抽象的宏观设计思想，它首先规定计算机必须有输入输出运算器控制器和存储器，然后各品牌的计算机再去实现你是这样的运算器我是那样的运算器，再产生不同。我们学习的时候就是要注意提炼这种宏观的设计，而不只是拘泥于细节。

咱们一般说一种架构的设计，往往是不包括输入设备和输出设备的，他们不属于架构的一部分，架构只包括运算器、存储器、控制器。而一般说的CPU，就是囊括了运算器和控制器，把他们共同称为CPU。

CPU中必然有一个部件叫寄存器堆(Registers)，我认为学习一种架构首先需要了解的就是这个部件，有过汇编语言编程经验的朋友应该有体会，只要你了解了一种架构的寄存器使用，那么基本的汇编程序你就能写了。

寄存器：

无论什么CPU，都得有寄存器，而寄存器如何分类，各自有什么功能如何使用，就是一种架构的显著特征
Generally，
因为内存一般要分出一个堆栈段，所以必须有一个堆栈指针寄存器sp，
为了能实现冯诺依曼的“存储程序”思想，所以必须有一个指令指针寄存器pc，
然后有的寄存器会有IR，有的没有，这就是不同架构的不同特色了

存储管理：

一种架构，它如何分区管理内存，也是一项显著的特征

我们学C++时，讲到内存分为四个区：堆区、栈区、全局区、代码区
就对应x86架构中的：堆栈段、数据段、代码段，另外x86还有附加段（用途尚不清楚）
与MIPS对照来看，任何架构，都应该有栈区，用来存放函数或者程序调用时的参数返回值调用点局部变量，
为什么是栈这种数据结构，不是队、链？因为栈的特性符合程序调用的特性（执行完子程序，继续执行调用者）

一般来说，了解了各个寄存器都什么功能，如何使用，以及存储器是如何分区的，再了解了指令集，那么基本上这种架构你就了解了。