第十三章 计算机系统结构 复习笔记.docx

第一章概论本章重点：计算机系统的层次结构、计算机系统结构的定义、计算机系统的设计思路、系统结构并行性开发的方法和计算机系统的分类。本章难点：透明性分析。复习建议：本章在历年考试中，为必考的章节，但一般考察基本概念和基本知识;从题型来讲主要为单项选择题和填空题。建议学员在复习时注意基本概念的理解和掌握。第一节计算机系统的多级层次结构一、计算机系统的层次(1)从使用语言的角度，计算机系统可以被看成是按功能划分的多层机器级所组成的层次结构。层次结构由高到低依次为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级，如图所示。(2)对各级机器级的理解对每一级编程的程序员来说，只要熟悉和遵守该级语言的使用规定，所编写的程序就能在此机器上运行并得到结果，而不用考虑该机器级是如何实现的。机器：能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体。(3)各级机器的实现技术各级机器的实现主要采用翻译或解释技术来实现，或者两者结合。多级机器构成的层次结构推动了计算机系统结构的发展。第二节计算机系统结构、计算机组成和计算机实现一、计算机系统结构的定义★系统结构是对计算机系统中的各级界面的定义及其上下的功能分配。在多级的层级结构中，每层每级都有自己的系统结构。不同机器级的程序员所看到的计算机属性是不同的，这就是计算机系统不同层次的体现。系统结构就是要研究对于某级，哪些属性应透明，哪些不应透明。透明，即如果客观存在的事物或属性从某个角度看不到，则称对它是透明的。★计算机系统结构也称为计算机系统的体系结构(Computer Architecture)，它指的是层次结构中传统机器级的系统结构，其界面之上的功能包括操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级中所有软件的功能。界面之下的功能包括所有硬件和固件的功能。计算机系统结构是软件和硬件的交界面。就目前的通用机来说，计算机系统结构的属性应包括：★l 硬件能直接识别和处理的数据类型和格式等的数据表示;l 最小可寻址单位、寻址种类、地址计算等的寻址方式;l 通用/专用寄存器的设置、数量、字长、使用约定等的寄存器组织;l 二进制或汇编级指令的操作类型、格式、排序方式、控制机构等的指令系统;l 主存的最小编址单位、编址方式、容量、最大可编址空间等的存贮系统组织;l 中断的分类与分级、中断处理程序功能及入口地址等的中断机构;l 系统机器级的管态和用户态的定义和切换;l 输入输出设备的连接、使用方式、流量、操作结束、出错指示等的机器级I/O结构;l 系统各部分的信息保护方式和保护机构;【例题】下列对应用程序员不透明的是( )(2012年单选题)A.标志符数据表示中的标志符B.输入输出系统硬件的功能C.虚拟地址到主存实地址的变换D.“执行”指令【答案】B【解析】对应用程序员来说只需要知道输入输出系统硬件的功能，就能进行应用系统的开发，而标志符、虚地址与实地址如何变换、“执行”指令均属于底层机器级所要确定的问题，对其是透明的。所以B选项正确。二、计算机组成的定义★计算机组成(Computer Organization)指的是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。它着眼于机器级内各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能及各部件间的联系。计算机组成设计要解决的问题是在所希望达到的性能和价格下，怎样最佳、最合理地把各种设备和部件组织成计算机，以实现所确定的系统结构。【例题】主存的逻辑结构属于( ) (2012年单选题)A.计算机实现 B.计算机组成C.计算机系统结构 D.计算机应用【答案】B【解析】根据计算机系统结构的属性，主存的容量、编址方式、容量等属于计算机系统结构，为达到性能价格要求，主存速度为多少或者逻辑结构是否采用多体交叉属于计算机组成。所以B选项正确。三、计算机实现计算机实现指的是计算机组成的物理实现。包括处理机、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、底板的划分等。四、计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响(1)相同系统结构，可以有不同的组成;(2)一种组成可以有多种不同的实现方法;(3)采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异;(4)组成也会影响结构。第三节计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理一、软、硬取舍的基本原则软、硬件的功能分配时计算机系统结构的主要任务，而软件和硬件在逻辑功能上又是等效的，只是它们在性能、价格、实现的难易程度上是不同的。原则1：在现有硬、器件的条件下，系统要有高的性能价格比。原则2：要考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。原则3：不能仅从“硬”的角度去考虑如何便于应用组成技术的成果和发挥器件技术的进展，还应从“软”的角