计算机系统结构 成都信息工程学院计算机系 徐振明
成都信息工程学院计算机系 徐振明
要求: 1.学习要求 对课堂上讲解的计算、绘图题要理解会做(准备作业 本)。 及时完成每章后的练习题(概念题直接写到讲义上)。 2纪律要求 有事请假,无故旷课三次将取消平时成绩; 旷课一次:平时成绩的20% 迟到:平时成绩的5%; 早退:平时成绩的10% 病、事假:平时成绩的3% 关于本课程考试
要求： 1. 学习要求 对课堂上讲解的计算、绘图题要理解会做（准备作业 本）。 及时完成每章后的练习题（概念题直接写到讲义上）。 2. 纪律要求 有事请假，无故旷课三次将取消平时成绩； 旷课一次：平时成绩的20% 迟到：平时成绩的5%； 早退：平时成绩的10%。 病、事假：平时成绩的3% 关于本课程考试
第一章概述 §1计算机系统和系统结构 计算机系统的组成 由硬件和软件组成。 1.硬件:可视为多种资源: 1)处理信息资源CPU 2)存储信息资源一存储器: 3)交换信息资源_IO设备。 2.软件:即程序 1)系统软件:各用户共同使用,如操作系统 (OS),编译/解释程序,汇编程序,诊断程序等 2)应用软件:为解决用户问题编写的程序
一、计算机系统的组成 由硬件和软件组成。 1. 硬件：可视为多种资源： 1）处理信息资源—CPU； 2）存储信息资源—存储器； 3）交换信息资源—I/O设备。 2. 软件：即程序 1）系统软件：各用户共同使用，如操作系统 （OS），编译/解释程序，汇编程序，诊断程序等； 2）应用软件：为解决用户问题编写的程序
计算机系统的多级层次结构(逐级或越级向下实现) 层次结构 执行方式 应用软件 应用语言级 5虚拟机 应用程序包翻译 高级语言级 L4虚拟机 编译/解释程序翻译 系统软件 汇编语言级 L3虚拟机 汇编程序翻译 操作系统级 L2虚拟机 软、硬交界面 机器语言程序解 释 硬件 机器语言级 L1实际机器 微指令程序解释 固件 微程序级10实际机器 硬件直接执行微指令 电子线路
二、计算机系统的多级层次结构（逐级或越级向下实现） 软、硬交界面 硬件 微指令程序解释 应用语言级 高级语言级 汇编语言级 操作系统级 机器语言级 微程序级 电子线路 L0实际机器 L1实际机器 L2虚拟机 L3虚拟机 L4虚拟机 应用软件 L5虚拟机 系统软件 软、硬交界面 固件 层次结构 执行方式 应用程序包翻译 编译/解释程序翻译 汇编程序翻译 机器语言程序解 释 硬件直接执行微指令
1.(传统)机器语言级:二进制语言是计算机中必 不可少的语言。 2.汇编语言级:用符号表示的机器语言 3.关于操作系统(OS): ①OS是管理计算机系统的系统软件 ②OS的若干命令又可视为机器语言指令功能的扩 充 ③OS虽已发展成用高级语言编写,但其属服务于 高级语言、汇编语言等的功能,并最终用机器语言 或微指令程序解释执行的 4.虚拟机:以软件为主实现的机器。 5.实际机器:由硬件或固件实现的物理机器。 6.固件:将微程序固化在器件上的硬件
1. （传统）机器语言级：二进制语言是计算机中必 不可少的语言。 2. 汇编语言级：用符号表示的机器语言。 3. 关于操作系统（ OS ）： ①OS是管理计算机系统的系统软件； ②OS的若干命令又可视为机器语言指令功能的扩 充； ③OS虽已发展成用高级语言编写，但其属服务于 高级语言、汇编语言等的功能，并最终用机器语言 或微指令程序解释执行的。 4. 虚拟机：以软件为主实现的机器。 5. 实际机器：由硬件或固件实现的物理机器。 6. 固件：将微程序固化在器件上的硬件
计算机系统结构定义及其属性 个计算机系统可以看成是由若干机器 级组成的,从低层的硬件直到高层的应用程 序级,在每一级上都可以定义一个系统结构, 而传统的讲,计算机系统结构是指处在软件 与硬件之间的界面描述,它反映了计算机系 统的外特性。 计算机系统结构是对计算机系统中各机器 级之间界面的划分和定义,以及对各级界面 上、下之间进行功能分配,各级都有它自己 的系统结构
三、计算机系统结构定义及其属性 一个计算机系统可以看成是由若干机器 级组成的，从低层的硬件直到高层的应用程 序级，在每一级上都可以定义一个系统结构， 而传统的讲，计算机系统结构是指处在软件 与硬件之间的界面描述，它反映了计算机系 统的外特性。 计算机系统结构是对计算机系统中各机器 级之间界面的划分和定义，以及对各级界面 上、下之间进行功能分配，各级都有它自己 的系统结构
1.本课程定义 计算机系统结构或称计算机体系结构( Computer Architecture)是汇编语言程序员所见到的计算机的外 特性(属性),即软、硬件的交界面 2.计算机系统结构的主要外特性 1)指令系统:指令的操作类型、功能、格式和编码 2)数据表示:能由硬件直接识别和处理的数据类型 和指令。 3)寻址方式:最小可寻址单位、寻址种类和地址计算 等
1. 本课程定义 计算机系统结构或称计算机体系结构（Computer Architecture）是汇编语言程序员所见 到的计算机的外 特性（属性），即软、硬件的交界面。 2 . 计算机系统结构的主要外特性 1）*指令系统：指令的操作类型、功能、格式和编码。 2）*数据表示：能由硬件直接识别和处理的数据类型 和指令。 3）寻址方式：最小可寻址单位、寻址种类和地址计算 等
4)寄存器组织:通用和专用寄存器的数量、字 长和使用约定 5)*中断系统结构:表示中断的分类、分级和中 断响应的功能以及入口地址等。 6)*存储体系和管理:包括主存的容量、编址方 式、最小编址单位、最大可编址空间 7)*机器级I/O系统:包括IO设备的连接方式, 处理机、存储器与I/O设备间的数据传递方式和 格式,传递的数据量及传递操作结束的表示及出 错提示等 8)机器工作状态的定义和切换:如管态和用户 9)信息保护:包括保护方式及有关的硬件支持 等
4）寄存器组织：通用和专用寄存器的数量、字 长和使用约定。 5）*中断系统结构：表示中断的分类、分级和中 断响应的功能以及入口地址等。 6）*存储体系和管理：包括主存的容量、编址方 式、最小编址单位、最大可编址空间。 7）*机器级 I /O系统：包括I/O设备的连接方式， 处理机、存储器与I/O设备间的数据传递方式和 格式，传递的数据量及传递操作结束的表示及出 错提示等。 8）机器工作状态的定义和切换：如管态和用户 态等。 9）信息保护：包括保护方式及有关的硬件支持 等
3研究计算机系统结构的目的 )重点是软、硬件的交界面:计算机系统设 计师的主要任务是合理地研究哪些功能应由硬件 予以支持,而哪些功能应由软件来完成。 软件和硬件在逻辑功能上是等效的,但是, 在性能、价格、实现的难易程度上却是各不相同 的,是不等效的 硬件实现可以提高其执行的速度,减少程序 所需要的存贮空间,降低软件部分所需的成本 但这会提高硬件部分的成本,降低系统的灵活性 与适应性。 2)目的:提高计算机系统的性能/价格比
3 研究计算机系统结构的目的 1）重点是软、硬件的交界面：计算机系统设 计师的主要任务是合理地研究哪些功能应由硬件 予以支持，而哪些功能应由软件来完成。 软件和硬件在逻辑功能上是等效的，但是， 在性能、价格、实现的难易程度上却是各不相同 的，是不等效的。 硬件实现可以提高其执行的速度，减少程序 所需要的存贮空间，降低软件部分所需的成本， 但这会提高硬件部分的成本，降低系统的灵活性 与适应性。 2）目的：提高计算机系统的性能/价格比
4.计算机组成与实现 1)计算机组成 主要指的是杋器级内部数据流和控制流的组成 及逻辑设计 与指令和编程等没有直接关系,主 要是看硬件系统在逻辑上是如何组织的。如:乘法 指令是用加法器和移位器经一连串时钟脉冲控制实 现其操作,还是用专门的高速乘法器来实现 2)计算机实现 指的是计算机组成的物理实现。它着眼于用什 么样的器件技术和微组装技术。它也直接影响到系 统的速度和价格。如:是否采用超大规模集成电 路,如何将部件在物理上组装到一起,则是由计算 机实现设计考虑
4. 计算机组成与实现 1）计算机组成 主要指的是机器级内部数据流和控制流的组成 及逻辑设计。它与指令和编程等没有直接关系，主 要是看硬件系统在逻辑上是如何组织的。如：乘法 指令是用加法器和移位器经一连串时钟脉冲控制实 现其操作，还是用专门的高速乘法器来实现 。 2）计算机实现 指的是计算机组成的物理实现。它着眼于用什 么样的器件技术和微组装技术。它也直接影响到系 统的速度和价格。 如：是否采用超大规模集成电 路，如何将部件在物理上组装到一起，则是由计算 机实现设计考虑