[工学]计算机系统结构第一章.ppt

2003.3.1 计算机系统结构 计算机系统结构 主讲：华中科技大学计算机学院 胡迪青 Email：Hudq024@mail.hust.edu.cn 第一章 课程介绍和基本概念（P1） 本章介绍计算机系统结构的一些基本知识。包括定性知识和定量知识两大组内容。为了便于学习，本章各节重新编号，与教材编号不同。 定性知识：本课程经常使用的一些名词概念，以及对计算机的定性认识、分析方法。 定量知识：对计算机性能进行定量评价的几个重要公式。 为什么学习本课程？ 一些人将设计、制造计算机 每个人都将使用计算机 了解得越多，使用得越有效 本课程将使你能够更好地启迪用户 考虑整个计算机系统：处理器、存储器、I/O、存储系统、网络 本课程讨论和学习的中心问题就是处理、存储、传输 有何收益 了解如何使得程序运行的更快 了解应用程序需要哪种类型的硬件支持 了解技术、结构将如何变化 1.1 定性知识──几个基本概念 1.1.1 什么是计算机系统结构？（P4） 英文名称：Computer Architecture 计算机系统结构（也叫“计算机体系结构”）课程：传授计算机整机（硬软件统一条件下）设计的重大技术知识。 Architecture的英文原义是“建筑学” “计算机系统结构”作为事物名称：使用者必须了解的机器外部特性知识（广义定义）。在本课程中“使用者”目前特指最低级语言的程序员，“外部特性”特指整个硬件的外部特性（狭义定义）。 不同的时期对计算机系统结构有着不同的定义 计算机系统结构的定义变化 五十年代~六十年代：计算机组织与系统结构课程 计算机算逻设计 七十年代~八十年代：计算机组织与系统结构课程 指令系统设计，特别是针对编译的ISA设计 九十年代：计算机组织与系统结构课程 CPU设计、存储系统、I/O系统、多处理器、网络等 二十一世纪：计算机组织与系统结构课程 自适应系统？自组织结构？DNA系统/量子计算机？ “计算机系统结构”狭义定义包含的内容（P4） 1.数据表示（硬件能够直接识别和处理的数据类型和格式等）； 2.寻址方式（包括最小寻址单位、寻址方式的种类、表示和地址计算等）； 3.寄存器组织（包括各种寄存器的配置数目和功能定义）； 4.指令系统（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序方式和控制机构等）； 5.存储系统（包括编址方式、存储容量、最大编址空间等）； 6.中断机构（中断源的分类管理和中断服务功能设计）； 7.机器工作状态（如管态、目态等）的定义和切换； 8.输入/输出子系统结构与管理； 9.信息保护手段及其实现。 透明性概念：本来存在的事物或特性从某个角度 去看好象不存在。 这里指使用者可以不了解的知识。 例如：浮点数表示、乘法指令 对高级语言程序员、应用程序员来讲，是透明的 对汇编语言程序程序员、机器语言程序员来讲，是不透明的 例如：数据总线宽度，微程序 对汇编语言程序员，机器语言程序员来讲，是透明的 对硬件设计者，计算机维护人员来讲，是不透明的 其他重要名词概念（自学） 1.计算机组成（计算机系统结构的逻辑实现）（P5）； 2.计算机实现（计算机组成的物理实现）（P5）； 3.计算机系统设计的3种主要方法 （“由下而上”、“由上而下”、“由中间开始”）（P14）； 4.系列机（具有相同体系结构，不同组成和实现的一系列计算机）(P23) ； 5.兼容性（程序不经修改或少量修改就可以运行在其他计算机环境）(P24)； 6.模拟（宿主机用一段程序去解释虚拟机的指令）（P24）； 7.仿真（宿主机用一段微程序支解释虚拟机的指令）（P24）； 8.虚拟机（被模拟或仿真的计算机）（P24）； 9.宿主机（模拟或仿真其他计算机的计算机）（P24）； 10.并行性（求解一个问题的若干操作在时间安排上的可重叠性）。 1.1.2 计算机系统的多级层次模型（P3） 第5级 专用应用语言机器 特定应用用户 （使用特定应用语言）