【计算机系统结构】导论.pptVIP

第1章 导论 1.1 组织与结构 什么叫计算机结构（Computer Architecture） 是指那些对程序员可见的属性。它是从计算机硬件系统和软件系统的交界面所看到的计算机系统的概念性结构和功能特性。主要研究计算机系统软件和硬件的功能分配以及如何最佳、最合理地实现分配给硬件的功能。 什么叫计算机组织（Computer Organization ） 是指实现其结构规范的操作单元和它们相互的连接，也即计算机主要部件的类型、数量、组成方式、控制方式和信息流动方式及其相互连接构成的系统。它主要研究数据和指令的组织，基本运算的算法，数据的存取、传送和加工处理，数据流和指令流的控制方式等 。 1.1 组织与结构 计算机组织与结构的发展 从计算机组成的角度看，现代计算机增添了许多新的功能部件，如通用寄存器组、堆栈、中断系统、总线、高速缓冲存储器、辅助存储器、各种新颖的输入输出设备及其接口、通道、外围处理机、通讯控制器、通讯设备、显示终端、远程终端等；计算机系统的结构由原来的以中央处理机为中心的结构发展到以总线为中心的结构和以存储器为中心的结构，由原来的单机结构发展到各种形式的多机结构，从而大大提高了系统的效率。从它的性能来看，主机的运算速度已由原来的每秒5千次增加到每秒1万亿次以上；主机的存储容量已达到几十或几百吉字节。 1.2 结构和功能 计算机是一个复杂的系统。 当代计算机包含几千万个电子元件。计算机的内部构造也非常复杂，例如，Pentium II CPU芯片里的700多万个晶体管构成了门电路，触发器等元件。而门电路，触发器元件又构成加法器，寄存器，控制器等部件。因此说计算机是具有层次结构的复杂系统。 认识计算机的方法 通过层次分解方法，由粗到细，由总体到局部地认识、分析和设计计算机系统。对它的每一层，我们考察该层部件的结构和功能。 结构：部件相互关联的方式。 功能：作为结构一部分的每个部件的操作。 1.2 结构和功能 层次特性是人们设计和描述复杂系统的基础。专业工作者可以通过分而治之的方法来认识和掌握复杂系统。每个工作阶段，设计师只需应付某一层系统包含的部件结构以及它与上下层的相互关系。 对分层的系统有两种描述方法： [1]自顶向下（TOP-DOWN） [2]自底向上（BOTTOM-UP） 。 在本课程教学过程中，采用自顶向下（TOP-DOWN）的方法来介绍计算机的组织与结构。 1.4.1 功能 ●数据处理 ●数据存储 ●数据传送 ●控制 1.4.2 结构 从最高层次来看计算机具有四个主要部件 中央处理单元（CPU） 控制计算机的操作并完成它的数据处理功能，通常 简单地称之为处理器。 主存储器： 存储数据和指令。 I/O（输入输出） 在计算机和它的外部环境之间传送数据。 系统互联： 为CPU、主存储器和I/O之间提供通信的某些机制。 计算机顶级结构示意图 1.3 本课程的内容 计算机的演变和性能 计算机互连结构 内部存储器 外部存储器 输入/出组织 计算机算术 指令系统 CPU的结构和功能 处理器新技术(超标量、向量、并行) 1.4 有关计算机硬件的网站 [1]中国计算机报 http://WWW. [2]中国计算机世界报 http://WWW. [3]电脑报 [4]ZDnet China 南京大学计算机系 多媒体研究所袁春风 回首页 * 南京大学 计算机系 多媒体技术研究所 袁春风 控制机构 数据处 理装置 数据存 储机构 数据传 送装置 操作环境 （数据源和目的） 右图描述了计算机的四个基本功能 * * 南京大学计算机系 多媒体研究所袁春风 回首页