《计算机体系结构》第一章.ppt

计算机系统结构 成都信息工程学院计算机学院 徐振明 xzm@cuit.edu.cn 课件密码：111 111  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. 课堂参与要求 有事请假，无故旷课3次将取消平时成绩，4次将取消考试资格。 旷课1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 成绩评定方法： 笔试80%，平时成绩（课堂参与+作业）20% 序 2011年6月20日在网站上公布的全球超级计算机500强排行榜中，日本超级计算机“京”（Total Cores 548352，Power 9898.56 Kw ）以每秒8162万亿次的实测运算速度跻身榜首，中国的“天河一号”排名降至第二，但中国进入榜单的超级计算机总数在全球仅次于美国。 2011年11月11日在网站上公布了必威体育精装版全球超级计算机500强排行榜，日本超级计算机“京” （Total Cores 705024 Power 12659.9 Kw ）以每秒10510万亿次的实测运算速度蝉联榜首。 第一章 概述?§1 计算机系统和系统结构 一、计算机系统的组成 由硬件和软件资源构成。 1.? 硬件 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—网络、I/O设备。 2. 软件 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。 二、计算机系统的多级层次结构 微程序设计技术和硬布线设计技术 一条指令执行时，由控制部件通过控制线路向执行部件发出各种控制命令，执行部件接收命令后，按一定次序完成一系列最基本操作。通常把这种控制命令叫做微命令，而执行部件接受微命令后，完成相应的操作。这些控制命令通常称为微命令，而这些最基本操作称为微操作。 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。 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。 ?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。 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。 3 研究计算机系统结构的目的 1）重点是软、硬件的交界面： 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。 计算机系统结构主要是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。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。 四、计算机系统的设计方法 1. 计算机的透明性概念 客观存在的事物或属性从某个角度看不到，称这些事物或属性对它是透明的。 对目前多数的通用计算机来说，采用什么系列机，机器级和汇编级的指令系统，指令的条数、种类、功能、格式和编码，主存的容量、编址空间和所用的编址方式，硬件直接识别的数据类型、格式和种类，I／O系统采用通道处理机还是外围处理机，I／O设备的编址等，所有这些对计算机系统结构都设计成不透明的。