计算机系统结构学习笔记

第一章计算机系统结构的基本概念

1..1计算机系统的多级层次结构

1..由高到低分6级

虚拟机器：

●M5：应用语言级。经应用程序包翻译成高级语言程序；

●M4：高级语言级。经编译程序翻译成汇编语言..中间语言程序..机器语言程序。

●M3：汇编语言级。经汇编程序翻译成机器语言程序。

●M2：操作系统级。用机器语言程序解释作业控制语句。

实际机器：

●M1：传统机器语言级。用微指令解释机器指令。

●M0：微程序级。由硬件直接执行微指令。

2..机器——被定义为能存储和执行相应语言程序和数据结构的集合体。

3..翻译——是先用转换程序将高一级的机器级的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后再在低一级机器级上实现的技术。

4..解释——在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。

5..虚拟机器不一定由软件实现，有些操作也可以用软硬件或硬件实现。

6..软件和硬件在逻辑功能上是等效的，只是性能..价格..实现的难易程序不同。在满足应用的前提下，主要是看能否充分利用硬..器件技术的进展，使系统有较高的性价比。因此，采用何种方式实现，就从系统的效率..速度..造价..资源状况等多方面考虑，对软件..硬件..固件取舍进行综合平衡。

7..计算机看成层次结构推动了计算机系统结构的发展：

可以重新调整软..硬件比例，充分利用更多..更好的硬件支持，改变硬..器件迅速发展而软件日益复杂..开销过大的状况；

可以将各虚拟机用真正的实处理机代替，摆脱各级功能都在同一台实机器上实现的状况，发展多处理机..分布处理..计算机网；

可以在一台宿主机上模拟或仿真另一台机器，推动自虚拟机..多种操作系统共行等技术的应用，从而促进软件移植..计算机性能评价..计算机设计自动化等的发展。

1..2计算机系统结构..组成与实现

1..系统结构——是对计算机系统中各级界面的划分..定义及其上下功能的分配。

2..透明——客观存在事物或属性从某个角度看不到，称对他透明。

3..计算机系统结构（计算机体系统结构）——它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..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。因此，它是软件和硬件的交界面，是机器语言..汇编语言程序..编译程序设计者看到的机器物理系统抽象。计算机系统结构研究的是软..硬件之间的功能划分以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言..汇编语言..编译程序程序设计者为使其设计的系统能在机器上正确运行应看到和遵守的计算机属性。

4..机器级内部的数据流..控制流的组成，逻辑设计和器件设计等都不包含在计算机系统结构中。

5..计算机组成——是计算机系统的逻辑实现，包括机器级内的数据流和控制流的组成和

逻辑设计等。它着眼于机器级内部各事件的排序方式与控制机构..各部件的功能及各部件的联系。计算机组成设计要解决的问题是，在达到所希望的性能..价格下，如何更好地把各种设备和部件组织成计算机，来实现所确定的系统结构。

6..计算机实现——是指计算机组成的物理实现，它着眼于器件技术和微组装技术。其中，器件技术在实现技术中起着主导作用。

7..设计何种系列机发球计算机系统结构，而系列机内不同型号计算机的组织属于计算机组成。

8..结合型通道——让通道的功能借用中央处理机的某些部件完成。同一套硬件分时执行中央处理机和通道的功能。速度低..成本低。

9..独立型通道——通道单独设置硬件，与中央处理机并行，成本高..速度高。

10..计算机系统结构..组成..实现的相互影响：

相同结构的计算机，可以采用不同的组成，一种组成可以有不同的实现。

不同的结构可能采用不同的组成技术，组成反过来也影响结构，如果没有组成技术的进步，结构进展是不可能的。

结构设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更多更好的支持，同时要考虑可能采用和准备采用的组成技术。结构设计应尽可能避免过多地或不合理地限制各种组成..实现技术的采用和发展，尽量做到既能方便地在低档机上用简单..便宜的组成实现，又能在高档机上用复杂..较贵的组成实现，使它们都能充分发挥出实现方法所带来的好处，这样结构才有生命力。

组成设计上面决定于结构，下面受限于实现技术，它们可以与实现折衷权衡。组成与实现的权衡取决于器件来源..厂家技术特长..性价比能否优化。

结构..组成..实现所包含怕具体内容随不时期..不同的计算机系统会有差异。在有些系统中作为结构的内容，在另一个系统中可能是组成和实现的内容。

11..从程序设计者看的计算机系统结构——着眼于软..硬件功能分配和确定程序设计者看到的机器级界面的计算机系统结构。

12..从计算机设计者看的计算机系统结构——着眼于如何更好..更合理地实现分配给硬件的功能的计算机组成。

1..3软硬件取舍与计算机系统设计思路

1..软硬件取舍的原则：

第一个基本原则：应考虑在现有的硬器件（主要是逻辑器件和存储器件）条件下，系统要有高的性价比。（经常用的基本单元功能，才适宜用硬件实现；产量大的计算机系统，才适宜增加硬件功能实现的比例）

第二个基本原则：要考虑可能采用和准备采用的组成技术，尽可能不要过多地或不合理地限制各种组成..实现技术的采用。

第三个基本原则：不能仅从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的发展，还应从“软”的角度把如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计者提供更多更好硬件支持放在首位，应进一步缩短语义差距，差距缩小了，系统结构对软件设计的支持就加强了。

2..计算机系统的设计思路：

由上往下，先考虑如何满足应用要求，定好面对使用者某级机器应有什么基本功能和特性，然后再逐级往下设计，每级都考虑怎样优化上一级。适合于专用机设计，不适宜用于通用机设计。因为应用对象和范围改变时，软..硬件分配会很不适应，系统效率会急剧下降。

由下往上，不管应用要求，只根据能拿到的器件，参照或吸收已有各种机器的特点，先