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专题一：计算机系统结构 计算机系统结构基础 ? 1．计算机系统结构的基本概念： 计算机系统结构也称计算机体系统结构，这只是系统结构中的一部分，指的是传统机器级的系统结构，其界面之上包括操作系统、汇编语言级、高级语言级和应用语言级中所有；软件功能，界面之下包括所有硬件和固件的功能。 计算机组成是指计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等 计算机的实现是指计算机组成的物理实现，包括外理机。主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接。专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源，冷却及整机装配技术等。 组成设计上面决定于结构，下面受限于实现技术。系统设计的任务是：进行软硬件的功能分配，确定传统机器级的软硬件界面！ 计算机中有关逻辑功能等效的计算 　 附例题： 2．指令系统 指令系统是计算机所有指令的集合。程序员用各种语言编写的程序都有翻译成以指令形式表示的机器语言后才能运行，所以指令系统反映了计算机的基本功能，是硬件设计人员和程序员都能看到的机器的主要属性。 复杂指令系统（CISC）：随着硬件成本的不断下降，软件成本的不断提高，使得人们热衷于在指令系统中增加更多的指令和复杂的指令，来提高操作系统的效率，并尽量缩短指令系统与高级语言的语义差别，以便高级语言的编译和降低软件成本，同时为了保证程序兼容，新的计算机的指令系统只能增加而不能减少，所以就使得指令系统越来越来复杂！ 精简指令系统（RISC）：通过简化指令使计算机的结构更加简单合理，从而提高运算速度， 特点：1、优先选取使用频率最高的一些简单指令 2、指令长度固定，指令格式种类少 3．只有取/存数访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行！ 4．CPU中通用寄存器数量相当多。 5. 以硬布线控制逻辑为主 好处：1、简化指令系统设计 2、提高机器的执行速度和效率 3、降低设计成本！提高系统可靠性 4、可直接支持高级语言的实现，简化编译程序的设计 不足：1、指令少，占用存储空间多，加大了指令的信息流量 2、对浮点和虚拟存储器的支持有待加强 3、机器编译程序比CISC难写 ? ? 3．总线输入输出系统 总线是从两个或两个以上源部件传送信息到一个或多个部件的一组传输线,如果一根传输线仅用于连接一个源部件(输出)和一个或多个目的部件(输入)则不称为总线. 常用的总线有:ISA EISA PCI等 计算机的外部设备,如磁盘驱动器,键盘和显示器等,都是独立的设备,这些独立设备与主机相连时,必须按照规定的物理互连特性,电气特性等进行连接,这些特性的技术规范称为外设接口. 常用的外设接口有:IDE 接口 SCSI接口 USB接口 RS232接口 和PCMCIA接口等! 输入输出系统包括输入输出没备、设备控制器及输入输出操作有关的软硬件 输入输出系统的发展经历了3个阶段： 1、?? 程序控制I/O 2、?? 直接存储器访问 3、?? I/O处理机 ? 通道的分类及计算 通道处理机是IBM公司首先提出来的一种I/O处理机方式。根据通道数据传送方式的不同，可分为字节多路、选择和数组多路三类通道。 ?????????? 字节多路通道：适用于连接大量低速设备，传送一个字的时间短，但等待的时间长，可以多台设备同时时行工作 ?????????? 数组通道：连接多台高速设备，开始寻址辅助时间长，但传送速成率高，采用成组交叉方式工作，传送定长块，可以多台设备进行工作 ?????????? 选对通道：优先级高的磁盘等高速设备，独占通道，传送不定长块！ 最大流量的计算： ????????? 字节多路通道的最大流量为各个设备的流量之和 ????????? 数组和选择通道的最大流量为其中所挂载设备的最大流量 ? 　 ? 4、存储体系统 4．1概述 存储器主要用于存放计算机的程序和数据，存储器系统指的是存储器硬件设备以及管理该存储器的软、硬件设备。对存储器的基本要求是增大容量、提高速度、降低价格。单一的存储器硬件（主存储器）难以满足要求。所以就提出了多层次的存储体系结构（即：寄存器Cache--主存—外存） 主存储器 在计算机中存放当前正在执行的程序以及被程序所使用的数据（包括运算结果）原存储器称为主存储器。 主存储器的技术指标 1．?? 存储器的容量 存储器容量是指存放信息的总量，通常以字节为单位。其最大容量受计算机字长所限制，如现在32位的微机，最大的内存极限为：2 32 =4G ? 2．?? 读写时间 从主存