《计算机系统结构》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 计算机系统结构的基本概念

计算机系统结构

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研究内容: 现代实用的大多数计算机都采用的成熟的设计思想、结构 原理、分析方法和性能评测 强调并行技术在计算机系统设计的各个层次(从指令级到 多处理机)的重要性,并在各章内容中体现了这一主线, 在第一章介绍并行性概念与并行计算机类型,在第三章深 入阐述现代处理器内部采用的基本并行技术——流水线技 术,第四章分析指令级并行的支持技术及其限制,第七、 八章讨论当前主流并行计算机系统——多处理机系统与多 计算机系统

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学习目的 学习计算机系统的基本分析方法和设计方法, 深入理解影响计算机系统结构设计的各种因素 ■掌握计算机系统结构较成熟的基本结构及工作 原理 ■了解计算机系统结构的发展趋势

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●与其他学科的交叉 主要包括:计算机组成原理、计算机操作 系统、汇编语言、数据结构、编译原理等

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第一章计算机系统结构的基本概念 1.1计算机系统结构的概念 1.2计算机系统结构的发展 1.3并行性与并行计算机 14计算机系统的分类 1.5计算机系统设计的量化原则 1.6计算机系统的性能评测

5 第一章 计算机系统结构的基本概念 1.1 计算机系统结构的概念 1.2 计算机系统结构的发展 1.3 并行性与并行计算机 1.5 计算机系统设计的量化原则 1.4 计算机系统的分类 1.6 计算机系统的性能评测

11计算机系统结构的概念 从低端的单片机到高端的并行计算机系统, 其价格、体积大小、性能和应用千差万别,而且 在不断发展变化中,但始终采用了一些重要的基 本概念。这些概念的应用依赖于技术的发展,以 及设计者要达到的性价比

6 1.1 计算机系统结构的概念

计算机系统的层次结构 计算机系统:由软件和硬件组成。 计算机系统是相当复杂的系统,在分析设计 时一般采用层次结构的观点和方法,可以从不同 的角度去构建计算机系统的层次结构

7 计算机系统是相当复杂的系统，在分析设计 时一般采用层次结构的观点和方法，可以从不同 的角度去构建计算机系统的层次结构

1.从计算机系统组成角度划分层次结构 从计算机系统组成的角度来划分的一种层次结 构模型如下图所示。 自下而上,表明了设计和构建一台计算机时 的逐层生成过程,每层都在下一层的基础上增加 功能

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第5层面向问题语言层 翻译(编译器) 第4层 汇编语言层 翻译(汇编器) 第3层 操作系统层 部分解释(操作系统) 第2层 指令系统层 直接执行/解释(微程序) 第1层 微体系结构层 从计算机系统组成角度划分的层次结构模型 9

9 从计算机系统组成角度划分的层次结构模型

◆微体系结构层是具体存在的硬件层次,它执行机器指令, 可看作是指令系统层指令的解释器。由微程序控制的计算机, 微程序就是上一层指令的解释器。而在硬件直接控制的计算 机上,是由硬件直接解释执行指令 ◆指令系统层是机器语言程序员眼中所看到的计算机,这 层也称为传统机器级,是一个抽象的层次,其主要特征就是 指令系统。这层定义了硬件与编译器之间的接口,它是一种 硬件和编译器都能理解的语言

10 ◆ 微体系结构层是具体存在的硬件层次，它执行机器指令， 可看作是指令系统层指令的解释器。由微程序控制的计算机， 微程序就是上一层指令的解释器。而在硬件直接控制的计算 机上，是由硬件直接解释执行指令。 ◆指令系统层是机器语言程序员眼中所看到的计算机，这一 层也称为传统机器级，是一个抽象的层次，其主要特征就是 指令系统。这层定义了硬件与编译器之间的接口，它是一种 硬件和编译器都能理解的语言