计算机组成原理复习资料.ppt

* School of Information Science and Technology 软件学院·计算机组织与结构 * 第1章 计算机系统概述 * 软件学院·计算机组织与结构 * 第1章 计算机系统概述 * 软件学院·计算机组织与结构 * 第1章 计算机系统概述 * 计算机组成原理复习资料-1 Department of Computer Sciences Sun Yat-sen University 第一章 计算机系统概论 本章要点: 计算机的划代（器件）、分类（规模或功能）和应用 （桌面计算、服务器、嵌入式计算）的依据；IC电路集成技术的发展与计算机演变的关联（摩尔定律） 计算机系统的组成和实现（硬件、软件、固件的概念，硬件系统和软件系统及其关联） 计算机系统的层次结构和虚拟机的概念 （结构、组成、实现三者的关联；逻辑功能等效性、模拟与仿真等的概念） 本章要点: Von Neumann型计算机的基本原理（存储程序控制）和特点（按地址访问并顺序执行指令、二进制运算……）和组成框图（以运算器为中心演变成以存储器为中心）图的变迁 个人电脑（Personal Computer） 普及运算（Pervasive Computing） 计算机性能指标：处理机字长、速度（吞吐量、响应时间、主频、时钟周期、存取周期、CPU执行时间、每条指令周期数CPI、单位时间内的执行指令（MIPS、MFLOPS））、存储器容量以及带宽（存储器带宽、总线带宽等） * 计算机系统组成（硬件部分） 计算机系统由硬件部分和软件部分组成。 按照传统划分，硬件部分主要由运算器、控制器、存储器、输入部分和输出部分组成；软件部分则由系统软件和应用软件两部分组成。 现代计算机中将运算器和控制器集成在一块芯片上，称为中央处理器（CPU），因此，通常认为现代计算机硬件部分由CPU、存储器和输入输出系统构成。 冯·诺依曼结构 存储程序计算机的结构 基本原理：存储程序控制 基本特点：按地址访问并顺序执行 计算机的层次结构 用 户 级 高 级 语 言 级 汇 编 语 言 级 系 统 软 件 级 机 器 级 控 制 级 数 字 逻 辑 级 应用软件 系统软件 软硬件界面 物理机 虚拟机 硬件 固件 硬件直接执行 Level 0 (门电路、电子线路) Level 1 (微程序或硬布线) Level 2 (指令集结构ISA) Level 3 (操作系统、库代码) Level 4 (汇编语言代码) Level 5 (C++，Java，等) Level 6 (可执行程序) 软件与硬件的逻辑功能等价性 随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件界限已经变得模糊了 任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成 对于某一功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等 软件的特点 易于实现各种逻辑和运算功能，但是常受到速度指标和软件容量的制约； 硬件的特点 可以高速实现逻辑和运算功能，但是难以实现复杂功能或计算，受到控制复杂性指标的制约。 系列机:由同一厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。较好地解决软件开发要求系统结构相对稳定与器件、硬件技术迅速发展的矛盾。软件的可移植性：一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。差别只是执行时间的不同。我们称这两台计算机是软件兼容的。向上（下）兼容：按某档机器编制的程序，不加修改就能运行于比它高（低）档的机器。向前（后）兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场的机器。向后兼容是系列机的根本特征。 练习与思考题 1. 计算机中有两股信息在流动，它们分别是 和 。 2. 在计算机系统的层次结构中，位于硬件之外的所有层次统称为 。 3. 在多级层次结构中，实际机器的向上延伸构成了各级虚拟机器，为什么？ 4. 计算机硬件和软件在 是等效的，在 上是不同的。 5. 计算机系统是一个由 和 组成的多级层次结构。 6. 虚拟机的实现有模拟和仿真两种方法。实现的方式有何不同 ？ 7. 同一软件在不同的计算机上运行并得到相同的结果，这种特性称为（ ） 8. 高档机必须能