计算机体系结构_computer architecture(英文版)Arch
计算机体系结构
计算机体系结构计算机体系结构是指计算机系统中各个组成部分之间的组织方式和关系，以及它们共同协作完成计算任务的方式和规则。
计算机体系结构决定了计算机的性能、可扩展性、可靠性以及对各类应用的适应能力。
本文将从计算机体系结构的基础概念、主要组成部分和发展趋势等方面进行探讨。
一、基础概念计算机体系结构的基础概念包括指令集体系结构（Instruction Set Architecture，ISA）和微体系结构（Microarchitecture）。
ISA是计算机体系结构的外部接口，它规定了计算机系统的指令格式、地址空间、寄存器等；微体系结构则是ISA的实现，涵盖了处理器的具体设计和实现细节。
二、主要组成部分计算机体系结构的主要组成部分包括处理器、内存、输入/输出设备和总线。
处理器是计算机的核心，负责执行指令和控制计算机的运行；内存是存储数据和程序的地方，包括主存储器和辅助存储器；输入/输出设备用于与外部世界进行信息交互；总线是各个组件之间传输数据和控制信号的通道。
三、体系结构分类根据指令执行的方式和数据通路的结构，计算机体系结构可以分为单指令流水线架构、多指令流水线架构和超标量架构等多种类型。
单指令流水线架构是将指令执行分为若干个流水段，从而实现指令的并行执行；多指令流水线架构则是将多个流水线独立进行，提高了并行度和吞吐量；超标量架构则是通过重复和重叠指令的执行来提高效率。
四、发展趋势随着计算机技术的不断进步和应用需求的不断增加，计算机体系结构也在不断发展演进。
其中，主要的发展趋势包括并行计算、多核处理器、向量计算和异构计算。
并行计算利用多个处理器同时执行多个任务，提高了计算速度；多核处理器将多个处理核心集成在一个芯片上，实现了更高的处理性能；向量计算利用向量处理器执行特定任务，提高了计算效率；异构计算结合了不同类型的处理器和加速器，最大限度地发挥各个处理单元的优势。
总之，计算机体系结构是计算机系统的重要组成部分，对计算机的性能和应用具有重要影响。
计算机体系结构笔记
计算机体系结构笔记计算机体系结构是计算机科学中的一个重要分支，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及计算机内部各个组成部分之间的交互和协作。
计算机体系结构的研究对于计算机的设计、优化和性能提升都具有重要意义。
计算机体系结构主要包括以下几个方面：1.指令集架构（ISA）：指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口，它定义了计算机的指令集和寄存器等基本组成部分。
ISA的设计直接影响计算机的性能和可编程性。
2.处理器架构：处理器架构是计算机中最重要的组成部分之一，它负责执行指令集中的指令。
处理器架构的设计直接影响计算机的性能和功耗。
3.存储器层次结构：存储器层次结构是计算机中存储器的组织方式，包括主存、缓存、硬盘等。
存储器层次结构的设计直接影响计算机的访存速度和容量。
4.总线结构：总线结构是计算机中各个组成部分之间进行数据传输的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线等。
总线结构的设计直接影响计算机的数据传输速度和可靠性。
5.IO系统：IO系统是计算机中负责输入输出的组成部分，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
IO系统的设计直接影响计算机的用户体验和外设的兼容性。
计算机体系结构的研究不仅涉及到硬件方面的设计和优化，还包括软件方面的优化和编程模型的设计。
计算机体系结构的发展历程中，不断涌现出新的技术和理论，如超标量处理器、多核处理器、GPU 计算、云计算等，这些技术和理论的出现都为计算机体系结构的研究和发展带来了新的思路和挑战。
计算机体系结构是计算机科学中的一个重要分支，它对于计算机的设计、优化和性能提升都具有重要意义。
随着计算机技术的不断发展，计算机体系结构的研究也将不断推陈出新，为计算机科学的发展做出更大的贡献。
计算机系统结构课件
2.1.1.1 浮点数的组成 浮点数的组成与人们通常所说的“科学记数法”非常相似，唯一不同的是各部分 均为有限位数，如下所示
它的主要参数有8个：
m ── 尾数，一般为纯小数，符合规格化原则（即最高位的绝对值不为0）， 用原码或补码表示；
e ── 阶码，整数，常用移码表示（见下文解释）；
= 1.25×80%×ICA×1.1×CYCLEA = 1.1×ICA×CYCLEA < Te_A 这时B机器快一些。
Sn
• 题12 （P33）
20
Amdahl定律公式，代入已知量
Se=20变成一元函数
10.5
Sn=20/(20-19Fe)
用三点作图法作出关系曲线。
1.8
1
0
0.5
2001.9.1
计算机系统结构
•
= 1.25×80%×ICA×1.25×CYCLEA
•
= 1.25×ICA×CYCLEA > Te_A
• 显然A机器快一些。
2001.9.1
计算机系统结构
17
例题选讲（5）
• 例1.5（P12） Te公式，改动上题中CYCLEB =1.1 ×CYCLEA，则最后
Te_B = 1.25×ICB ×CYCLEB
汇编语言机器
汇编语言程序员 （使用汇编语言）
（经汇编程序翻译成机器语言、操作系统原语）
操作系统语言机器 操作系统用户 （使用操作系统原语）
（经原语解释子程序翻译成机器语言）
传统机器语言机器 传统机器程序员（使用二进制机器语言）
（由微程序解释成微指令序列）
微指令语言机器 微指令程序员 （使用微指令语言）
电脑结构的简介英语作文
电脑结构的简介英语作文Title: An Overview of Computer Architecture。
Introduction:Computer architecture is the blueprint upon which all modern computing devices are built. It encompasses the design principles, components, and interactions that govern the functioning of computers. In this essay, we will delve into the fundamental aspects of computer architecture, exploring its key components and their roles in shaping the digital world.1. Central Processing Unit (CPU):The CPU serves as the brain of the computer, responsible for executing instructions and performing calculations. It consists of several key components, including the arithmetic logic unit (ALU) for mathematical operations, the control unit for managing instructions, andregisters for temporary data storage. The CPU fetches instructions from memory, decodes them, and then executes them, orchestrating the operation of the entire system.2. Memory:Memory plays a crucial role in storing data and instructions that the CPU can access quickly. There are different types of memory in a computer system, including random-access memory (RAM) and read-only memory (ROM). RAM is volatile memory used for temporary storage during program execution, while ROM retains data even when the power is turned off, holding essential system instructions.3. Input and Output Devices:Input devices allow users to interact with the computer by providing data and commands, while output devices convey processed information back to the user. Common input devices include keyboards, mice, and touchscreens, while monitors, printers, and speakers are examples of output devices. Input/output (I/O) devices facilitatecommunication between the computer and its external environment, enabling data exchange and user interaction.4. Storage Devices:Storage devices store data persistently, retaining it even when the power is turned off. Hard disk drives (HDDs), solid-state drives (SSDs), and optical discs are common examples of storage devices. They differ in terms of speed, capacity, and reliability, catering to diverse storage needs. Storage hierarchy, which encompasses differentlevels of storage with varying access speeds and costs, is a crucial aspect of computer architecture.5. Bus Architecture:Buses serve as communication pathways that allow data transfer between components within the computer system. They consist of address buses, data buses, and control buses, each serving a specific purpose. Address buses transmit memory addresses, data buses carry actual data, and control buses manage the flow of information andcoordinate the activities of various components.6. Cache Memory:Cache memory is a small, high-speed memory unit located within the CPU or close to it. It stores frequently accessed data and instructions, speeding up the execution of programs by reducing the latency associated with accessing main memory. Cache memory operates on the principle of locality, exploiting the tendency of programs to access the same data and instructions repeatedly.Conclusion:Computer architecture forms the foundation of modern computing systems, shaping their performance, reliability, and efficiency. By understanding its key components and principles, we gain insight into how computers function and evolve. As technology advances, computer architects continue to innovate, designing ever more powerful and sophisticated systems to meet the demands of the digital age.。
计算机体系结构
计算机体系结构计算机体系结构是指计算机系统中各个硬件组件之间的连接方式和数据传输路径，以及软件系统对硬件的组织和管理方式。
它主要包括计算机的硬件结构和软件结构两个方面。
一、计算机的硬件结构计算机的硬件结构是指计算机系统中各个硬件组件的组成和相互连接方式。
通常包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备（I/O设备）、总线等。
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据，内存用于存储程序和数据，输入输出设备用于与外部环境进行信息交互，总线则是连接各个硬件组件之间的通信通道。
在计算机的硬件结构中，中央处理器起着至关重要的作用。
它由运算器和控制器组成，分别负责算术逻辑运算和指令控制。
中央处理器和内存之间通过总线进行数据传输，而输入输出设备则通过I/O接口与中央处理器相连，实现数据的输入输出。
二、计算机的软件结构计算机的软件结构是指计算机系统中各种软件之间的关系和协作方式。
主要包括操作系统、应用软件和系统软件等。
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的各项资源，为用户提供一个友好的操作界面。
应用软件则是根据用户需求设计开发的软件，用于实现各种应用功能。
系统软件则是为应用软件提供支持的基础软件，如编译器、数据库管理系统等。
在计算机体系结构中，软件与硬件相辅相成，共同构建了一个完整的计算机系统。
软件通过控制硬件来实现各种功能，硬件则为软件提供了运行的基础。
计算机的性能和功能取决于硬件和软件的协同工作。
总的来说，计算机体系结构是计算机系统中硬件和软件各个组成部分之间的组织和管理方式。
它决定了计算机系统的性能、可靠性和扩展性，是计算机科学和工程领域的重要研究内容。
通过不断地优化和改进计算机体系结构，可以实现更高效、更稳定的计算机系统，服务于人类社会的发展进步。
ComputerArchitecture计算机系统结构知识点详解
ComputerArchitecture计算机系统结构知识点详解Computer Architecture计算机系统结构1. Fundamentals of Computer Architecture 计算机系统结构的基本原理1.1 Layers of Computer System计算机的层次Application Language Machine M5 应⽤语⾔机High-Level Language Machine M4 ⾼级语⾔机Assembly Language Machine M3 汇编语⾔机Operating System Machine M2 操作系统机Conventional Machine M1 传统机Microprogram Machine M0 微程序机1. 每个层次执⾏相关的功能⼦集。
2. 每个层次要依赖于下⼀个低层去执⾏更原始的功能。
3. 这就将问题分解成更易处理的⼦问题。
4. 从M2到M5的层次是虚拟机。
5. 在传统机上的指令（算数、逻辑等）由微程序级的程序实现。
该程序是作为⼀个解释器，能理解⼀组简单的操作集合，称为微指令集。
1.2 Computer Architecture and Implementation计算机的系统结构和实现Computer Architecture 计算机系统结构Refers to those attributes of a system visible to a programmer, or those attributes have direct impact on logical execution of program.程序员可见，或者对程序执⾏有直接影响的属性Implementation 实现Two components: Organization and hardware. 两个组件:组织和硬件1. Organization(组织): includes high-level aspects of a computer’s design, such as: memory system, bus structure, internal CPU. 组织(组织):包括⾼级⽅⾯的计算机的设计,如:内存系统,总线结构、内部CPU。
计算机体系结构设计基础知识
计算机体系结构设计基础知识计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的结构和组织，它直接关系到计算机系统的性能、可扩展性和可靠性。
在设计计算机体系结构时，需要考虑多个因素，包括指令集体系结构、数据通路和控制、内存层次结构、并行处理等。
本文将介绍计算机体系结构设计的基础知识，以及一些常见的设计原则和方法。
一、指令集体系结构（Instruction Set Architecture）指令集体系结构是计算机体系结构中最重要的一个部分，它定义了计算机的指令集合、寻址方式和数据类型等。
常见的指令集体系结构包括精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
RISC指令集体系结构采用较为简单、固定长度和交互作用少的指令，它的设计思想是提高指令的执行速度。
而CISC指令集体系结构则提供了丰富的指令集合和复杂的寻址方式，以便于编程人员编写更为高级和复杂的指令序列。
二、数据通路与控制数据通路与控制是计算机体系结构中的核心部分，它包括执行指令所需的寄存器、算术逻辑单元（ALU）和数据通路等。
数据通路负责数据的传输和处理，而控制单元则负责指令的译码和控制。
在设计数据通路时，需要考虑数据的流向、寄存器的分配以及数据传输的方式等。
同时，控制单元需要能够根据指令的类型和操作码来产生相应的控制信号，以控制数据通路的工作。
三、内存层次结构计算机的内存层次结构是指计算机使用多种不同速度和容量的存储器来提高存取速度和存储容量。
常见的内存层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等。
寄存器是位于CPU内部的最快速和最小容量的存储器，它用于暂存指令和数据。
高速缓存是位于CPU和主存之间的存储器，它的容量较小但速度较快，用于提高访问主存的速度。
主存是计算机中容量最大的内存，用于存储程序和数据。
辅助存储器则是非常大容量的存储器，如硬盘驱动器和光盘等。
四、并行处理并行处理是指将多个处理单元同时工作来执行一个或多个任务，以提高计算机系统的性能和吞吐量。
ComuterArchitecture计算机结构
C o m p u t e r A r c h i t e c t u r eThis lear ning module is built around a micro-c on troller module called theMicroSta mp 11. The MicroSta mp11 module is really a compu ter. So let's talk briefly about compu ters. A compu ter is a mach ine that compu tes. A micro-co mpu ter is a compu ter that has bee n in tegrated into a very large-scale in tegrated circuit (VLSIC). There are all sorts of micro-co mpu ters, but one imp orta nt class ofmicro-co mpu ter is the micro-c on troller . A micro-c on troller is a micro-co mpu ter that has bee n sp ecially desig ned to in teract in a timely manner with differe nt types of devices in the outside world.All compu ter systems are characterized by the same basic eleme nts. This is true of large compu ters like your lap-top as well as small embedded p rocessors likethe MicroSta mp 11. Figure 1 is a block diagram for a gen eric compu ter system. Thisfigure shows that a compu ter con sists of a cen tral p rocess ing unit (CP U), aclock , memory and peripheral or input/output (I/O) devices. All of thesesubsystems com muni cate over a CPU busFigure 1: Gen eric Compu ter ArchitectureThe CPU bus is, esse ntially, a p air of wires that all subsystems are conn ected to. In gen eral, only one p air of devices can talk to each other at a time, so com muni cati on of the bus must be coord in ated to p reve nt message collisi ons. This coord in atio n is ofte n han dled by the CPU.(EPROM) or electrically erasable programmable read-only memoryprograms. EPROM and EEPROM arenon-volatile memories. This means that once written into, the data stays in memory even if power is removed from the device.Therefore if you load a program into EEPROM and then remove the battery from your computer system, the program you loaded will still be there. In this way, the next time you power up your system, the program will already be there, ready to begin executing.The central processing unit (CPU) executes instructions contained in memory.These instructions are executed at a rate specified by the computer's clock.Instructions contained in memory original in acomputer program that has beenloaded into the computer's memory. Computational memory is arranged as bits . A bit is a single digital variable witha value of either zero or one. Bits are grouped intobytes consisting of eight bits. Bits are also arranged as words . The number of bits in a word is oftendependent on the actual micro-computer, with common values being 16 or 32 bitsper word.The CPU needs to access two different types of memory in order to execute aprogram. There are two types of memories used in micro-controllers. These areread-only memory (ROM) and random access memory (RAM).In a micro-controller, read-only memory (ROM) is used to store permanent programsand data. Many micro-controllers useerasable programmable read-only memory(EEPROM) to storeRandom access memory or RAM is used to temporarily store data andinstructions.RAM is like a scratchpad that stores variables than an executing programmightgenerate. Unlike EEPROM, random access memory is volatile , so when power isremoved from the module, everything stored in RAM islost.In general micro-controllers have a very limited amount of RAM and somewhatmoreROM. As an example, the MicroStamp11 module has 256 bytes of RAM and 32 kilo-bytes of EEPROM. This mix of RAM and EEPROM is somewhat standard for 8-bit micro-controllers like the68HC11.In addition to CPU and memory, computers have peripheral or input/output (I/O)devices. These devices are used to get information into and out of thecomputer.There are a variety of I/O devices. Common input devices are keyboards,sesnorssuch as digital thermometers, position encoders, or potentiometers.Outputdevices include video displays, LCD (liquid crystal devices), servo-motors, orsimply a single LED (light emittingdiode).The CPU can access the peripheral device by sending a request to the deviceovermicro-controllers , however, I/O the CPU bus and then waiting for a response.Indevices are directly mapped into RAM. This means that a micro-controllercanaccess an I/O device by simply reading from or writing to a memorylocation inmemory-mappedI/O or direct memory access DMA. RAM. We often refer to thisasMemory-mapped I/O is a feature that distinguishes micro-controllers fromgenericmicro-computers. Micro-controllers have a rich set of subsystems thatfacilitatecom muni cati on with exter nal modules. Certai n micro-co ntrollers have built inserial com muni cati on in terfaces and many un its have in ternal an alog-to-digital con verters. As a result, the gen eric compu ter architecture show n in figure be sp ecialized for a micro-co ntroller. This sp ecialized micro-co ntroller 2. In this figure, we see that the micro-con troller has more perip herals tha n the gen eric compu ter. Moreover, we see thatthe perip herals are conn ected by their own sep arate DMA bus to RAM. This architecture frees the CPU from hav ing to coordi nate bus traffic gen erated by perip heral devices.Figure 2: Micro-c on troller Architecture1 can architecture is show n in figure。
计算机体系结构(全书1)
主要缺点：
（1）不同指令的速度差别很大 （2）指令使用频度差别很大 （3）有相当多的非功能性指令
3. 等效指令速度：吉普森（Gibson）法
其中， Wi：指令使用频度，i：指令种类 静态指令使用频度：在程序中直接统计
动态指令使用频度：在程序执行过程中统计在计算机发展 的早期，用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度。通 常：加、减法50％，乘法15％，除法5％，程序控制15％， 其他15％
传统的计算机系统结构的定义是指计算机系统多级层次结构中机器 语言机器级的结构，它是软件和硬件/固件的主要交界面，是由机器语 言程序、汇编语言源程序和高级语言远程需翻译生成的机器语言目标程 序能在机器上正确运行所应具有的界面结构和功能。
2.计算机组成与实现
计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，它主要研究硬件系统在 逻辑上是如何组织的，机器级内部数据流和控制流的组成与逻辑设计。 计算机实现是指计算机组成的物理实现，主要着眼于器件技术和微组装 技术。
序。称为基准程序(benchmark) 整数测试程序：Dhrystone
用C语言编写，100条语句。包括：各种赋值语句，各种数据类型和数据区，各 种控制语句，过程调用和参数传送，整数运算和逻辑操作。 VAX-11/780的测试结果为每秒1757个Dhrystones，即：1VAX MIPS＝ 1757Dhrystones/Second
高等计算机系统结构
Hale Waihona Puke 计算机系统结构课程介绍Computer Architecture “建筑学”、“建筑物的设计或式
样”，通常是指一个系统的外貌。
研究内容 从外部来研究计算机系统 使用者所看到的物理计算机的抽象
编写出能够在机器上正确运行的程 序所必须了解到的计算机的属性。 软硬件功能分配及分界面的确定
计算机体系结构课程大纲
计算机体系结构( Computer Architecture )学分数 3 周学时3+0 课程性质：专业基础课预修课程：计算机原理教学目的：通过本课程的学习，使学生对计算机系统的概念性结构、设计原理、关键技术以及这一领域的先进技术和发展趋势有所了解，并掌握基本的对计算机系统进行性能分析的方法，构筑起了解、学习、研究计算机系统的必备基础知识。
基本内容：计算机系统的概念结构、指令集结构、流水线技术、指令级并行、存储层次、输入输出系统、多处理机技术。
基本要求：学生应按本大纲具体要求，通过对计算机系统的概念性结构、设计原理、关键技术以及发展趋势的学习，掌握计算机体系结构领域的基本概念、基本原理，具备对计算机系统的性能进行基本分析的方法和手段，为在计算机领域的进一步深入研究打下必备的知识基础。
教学用书：张晨曦主编《计算机体系结构》，高等教育出版社，2001年1月教学内容、要求和课时安排：一、计算机体系结构的基本概念（学时数：9）教学内容1. 计算机性能的高速增长的原因及体系结构技术对计算机性能发展的影响2. 计算机系统中的层次概念3. 经典计算机体系结构定义4. 体系结构与组成、实现之间的关系5. 广义计算机体系结构定义6. 系列机、兼容机概念及软件兼容概念7. 计算机体系结构的发展以及其中的并行性发展并行性概念；并行性等级。
8. 定量分析技术响应时间；流量；CPU时间；系统加速比；可改进比例；部件加速比；CPU的性能(如何衡量、CPU时间、CPI、时钟频率之间关系)教学要求1.理解计算机体系结构的基本概念，以及与组成、实现之间的关系；2.理解计算机系统的层次概念；3.了解系列机、兼容机概念及软件兼容概念；4.了解计算机体系结构的发展以及其中的并行性发展，理解并行性及并行性等级概念；5.掌握基本的定量分析技术；二、计算机指令集结构设计（学时数：9）教学内容1. 指令集结构分类2. 指令集结构最主要的分类方法: CPU中操作数的存储方法3. 通用寄存器型指令集结构的分类、优缺点4. 寻址技术:各种寻址方式、使用情况统计5. 指令集结构的功能设计：操作的分类6. CISC与RISC7. 控制指令:表示分支条件的技术及其优缺点8. 操作数的类型、表示和大小9. 指令集格式的设计10. 编译技术与计算机体系结构设计编译技术及优化技术的关系、编译技术对体系结构的影响、体系结构对编译技术的影响11. DLX指令集教学要求1.理解指令集结构的各种分类方法以及最主要的分类方法；2.理解通用寄存器型指令集结构的分类、特点；3.了解各种寻址方式及基本使用情况；4.了解指令集结构中常用的操作类型；5.了解CISC、RISC技术的思想及特点；6.理解各种表示分支条件的技术及其优缺点；7.了解操作数的类型、表示、大小、使用频率以及指令集格式的设计思想；8.了解编译技术与计算机体系结构设计之间的关系；三、流水线技术（学时数：9）教学内容1. 流水线的基本概念、特点、分类、时－空图2. DLX基本流水线3. 流水线性能分析：吞吐率、效率、加速比4. 流水线中的相关结构相关、数据相关、控制相关、解决方法、时－空图情况、数据相关的进一步分类5. 流水线计算机实例MIPS R40006. 向量计算机中的流水线教学要求1.理解并掌握流水线的基本概念、特点、分类及时－空图分析方法；2.理解DLX基本流水线的实现思想及分析方法；3.掌握基本的流水线性能分析方法；4.掌握基本的流水线相关性的分析方法；5.了解MIPS R4000和向量计算机中的流水线技术；四、指令级并行（学时数：9）教学内容1. 指令级并行的概念2. 提高指令级并行的基本技术：循环展开、重命名3. 程序代码中的相关性：数据相关、名相关、控制相关4. 指令的动态调度：记分牌、保留站5. 控制相关的动态解决技术：分支预测缓冲技术、分支目标缓冲技术、推断执行6. 多指令流出技术：基本思想教学要求1.理解指令级并行的概念；2.掌握循环展开、重命名等提高指令级并行的基本技术；3.具备对程序代码中的相关性进行分析的能力；4.了解指令动态调度技术和控制相关动态解决技术的基本思想、解决的问题；5.了解多指令流出技术思想；五、存储器的层次结构（学时数：9）教学内容1. 多级存储器的基本思想2. 多级存储器的性能分析方法3. 设计存储层次要考虑的问题4. Cache基本知识：映象规则、查找算法、替换算法、写策略5. Cache的结构、性能分析7. Cache的失效分类及解决方法8. Victim Cache、伪相联Cache、预取9. 减少命中时间、失效率、失效开销的技术10. 主存：提高主存性能的一些结构11. 虚存：基本原理、实现原理及技术、设计思想、快表、页面大小问题12. 进程保护与虚存实例教学要求1.掌握多级存储器的基本思想和性能分析方法；2.掌握Cache基本知识、结构、性能分析以及提高性能的技术；3.了解主存、虚存的原理、结构、分类以及提高性能的技术；4.了解进程保护的原理及虚存实例；六、输入输出系统（学时数：9）教学内容1. I/O设备2. I/O设备与处理机的连接方式3. 存储设备4. 总线：分类、原理、实例5. 通道处理机的分类、作用、工作过程、流量分析6. I/O与操作系统：I/O与Cache数据一致性、DMA与虚存7. I/O系统设计教学要求1.了解常用的I/O设备及I/O设备与处理机的连接方式；2.了解常用的存储设备；3.了解总线的分类、原理以及一些实例；4.了解通道处理机的分类、作用、工作过程，掌握流量分析方法；5.了解I/O与Cache数据一致性、DMA与虚存之间的关系以及I/O系统设计中考虑的问题；七、多处理机（学时数：6）教学内容1.并行计算机体系结构的分类2.存储器的结构和分类：集中式共享存储器结构、分布式存储器结构3.通信模型与存储器的结构模型之间的关系4.并行计算机性能面临的问题5.Cache一致性问题：两种协议(目录、监听)6.互连网络(静态、动态)7.同步技术教学要求1.了解并行计算机体系结构及其分类；2.了解集中式共享存储器结构和分布式存储器结构；3.了解通信模型以及与存储器结构模型之间的关系；4.了解并行计算机性能面临的问题；5.了解Cache一致性问题及解决方法；6.了解静态、动态互连网络及同步技术；编写者：吴百锋（教授）编写时间：2003年6月。
计算机系统结构(ComputerArchitecture)
02 中央处理器(CPU)
CPU的基本组成
运算器
执行算术和逻辑运算操作，处理数据。
寄存器
存储数据和指令，提供快速访问。
控制器
控制计算机各部件协调工作，发出控制信号。
指令集
一组指令集合，用于实现计算机的基本操作。
CPU的主要功能
数据处理
执行算术和逻辑运算，处理数据。
指令执行
解释和执行程序中的指令。
通道方式：通过独立的通道处 理输入输出操作，提高系统的 效率。
I/O设备的发展趋势
高速化
提高设备的传输速度，满足大数据处理的需 求。
智能化
设备具有更高的自主性和智能性，能够自动 完成更多的任务。
网络化
设备通过多个设备共享物理设备 的资源，提高设备的利用率。
CPU的发展趋势
多核化
通过增加核心数量提高处理能力。
并行化
采用多线程、多进程等技术提高并行 处理能力。
微处理器定制化
根据特定应用需求定制处理器。
节能环保
降低功耗，提高能效比，实现绿色计 算。
03 存储器系统
存储器的基本组成
数据存储单元
用于存储二进制数据，通常由晶体管组成。
地址存储单元
用于存储存储单元的地址，通过地址码来识别存 储单元。
计算机系统结构 (computerarchitecture)
contents
目录
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 计算机系统结构的发展趋势
01 计算机系统概述
计算机系统的基本组成
01
02
03
硬件
包括中央处理器、存储器、 输入输出设备等，是计算 机系统的物理基础。
计算机专业英语 unit 2 Computer Architecture
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尽管微处理器在技术上仍被认为是硬件，但其部分功能也与计算机 软件有关系 。
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1. Introduction
Since microprocessors have both hardware and software aspects, they are therefore often referred to as firmware.
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既然微处理器同时具有硬件与软件的特征，它们因此经常被称作固 件。
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2. Input Hardware
Input hardware consist of external devices –that is, components outside of the computer’s CPU– that provide information and instructions to the computer.
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另一方面，软件是计算机用来处理数据的一套指令，如文字处理 程序或电子游戏.
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1. Introduction
These programs are usually stored and transferred via the computer’s hardware to and from the CPU.
UNIT 2 Computer Architecture (计算机体系结构)
Section A Computer Hardware I. Introduction
II. Input Hardware III. Output Hardware IV. Hardware Connections
计算机体系结构 书单
计算机体系结构书单
1.《深入理解计算机系统》（原书名：Computer Systems: A Programmer's Perspective）
2.《计算机组成与设计：硬件/软件接口》（原书名：Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface）
3.《现代操作系统》（原书名：Modern Operating Systems）
4.《计算机网络：自顶向下方法》（原书名：Computer Networking:
A Top-Down Approach）
5.《计算机体系结构：量化研究方法》（原书名：Computer Architecture: A Quantitative Approach）
6.《高级计算机体系结构》（原书名：Advanced Computer Architecture）
7.《计算机体系结构导论》（原书名：Introduction to Computer Architecture）
8.《计算机体系结构设计》（原书名：Computer Architecture: Design and Performance）
9.《嵌入式系统：实时操作系统的设计和实现》（原书名：Embedded Systems: Design and Implementation of Real-Time Operating Systems）
10.《操作系统概念》（原书名：Operating System Concepts）。
- 1 -。
考研计算机体系结构知识点梳理
考研计算机体系结构知识点梳理计算机体系结构是计算机科学与技术中的重要分支，涵盖了计算机硬件和软件之间的接口设计、计算机系统的层次结构、指令集架构等内容。
考研中，对计算机体系结构的掌握是非常重要的，本文将对考研计算机体系结构的知识点进行梳理和总结。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构（Computer Architecture）是指计算机硬件与软件之间接口规格定义的集合，它包括计算机硬件的组成和工作原理，以及指令集架构和计算机系统的层次结构。
1.1 计算机硬件的组成计算机硬件由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入输出设备（I/O）等组成。
其中，中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
1.2 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构包括硬件层次结构和软件层次结构。
硬件层次结构包括处理器、存储器、总线等组成部分；软件层次结构包括操作系统、编译系统、应用软件等。
1.3 指令集架构指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA）定义了计算机系统的指令集合和指令的编码格式。
常见的指令集架构包括精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
二、计算机的性能指标在计算机体系结构中，常用的性能指标有时钟周期、时钟频率、执行时间和吞吐量等。
2.1 时钟周期和时钟频率时钟周期是指计算机系统中最小的时间单位，是计算机进行一次简单操作所需要的时间。
时钟频率是指计算机系统每秒钟进行时钟周期的次数。
2.2 执行时间执行时间是指计算机完成一个程序的时间，它等于指令执行的总周期数乘以时钟周期。
执行时间是衡量计算机性能的重要指标，通常以秒为单位。
2.3 吞吐量吞吐量是指计算机系统在单位时间内完成的任务数量。
吞吐量大表示计算机系统的处理能力强，可以同时处理更多的任务。
三、指令的执行流程计算机处理器执行指令的流程包括指令获取、指令译码、指令执行和结果写回等步骤。
3.1 指令获取指令获取是指计算机从存储器中获取指令的过程。
计算机体系结构和组织
计算机体系结构和组织是计算机科学与技术的重要基础课程之一，也是计算机专业的核心课程之一。
研究的是计算机硬件的结构、功能、性能和实现原理，是计算机科学的重要分支之一。
本文将从的概念、基础知识、发展历程、现状和未来发展等方面进行论述。
一、的概念（Computer Architecture and Organization）是指计算机硬件和软件之间的关系，包括计算机硬件的结构和功能、指令系统、存储系统、输入输出系统、中央处理器、总线、操作系统等内容。
研究的是计算机系统的功能、性能和可靠性等方面，是计算机系统设计的基础。
的发展和进步，直接影响着计算机系统的性能和技术水平。
因此，掌握的理论知识和技术应用，对于计算机专业的学生来说是至关重要的。
二、的基础知识的基础知识包括计算机硬件的结构、功能和实现原理等内容。
1. 计算机硬件的结构计算机硬件的结构包括处理器、存储器、输入输出设备和总线等部分。
处理器是计算机的执行单元，主要由控制器和运算器两个部分组成，控制器负责指令的识别和调度，运算器负责算术逻辑运算和数据处理。
存储器是计算机的主要存储介质，包括内存和外存两部分。
内存是计算机的主存储器，存放正在运行和处理的数据和程序，外存是辅助存储器，用于长期保存数据和程序。
输入输出设备是计算机与外部环境交互的接口，包括键盘、鼠标、打印机、显示器等。
总线是计算机内部各部分之间的通信线路，用于传递数据和控制信号。
2. 计算机硬件的功能计算机硬件的功能主要包括数据处理、数据存储和数据传输等。
数据处理是计算机最基本的功能，包括算术逻辑运算和控制操作等。
数据存储是计算机存储和访问数据和程序的功能，包括内存和外存两部分。
数据传输是计算机内部各部分之间数据和控制信息传递的功能。
3. 计算机硬件的实现原理计算机硬件的实现原理包括数字电路、逻辑电路、微处理器等内容。
数字电路是由数字信号作为输入输出的电路，由数字电子元器件构成。
逻辑电路是数字电路的一种，是指由逻辑门器件组合而成的电路，可以实现布尔运算。
计算机组成与体系结构英文版教学设计
Computer Organization and Architecture Course Design IntroductionThis course is designed to introduce the students to the fundamentals of computer organization and architecture. It focuses on the internal structure of computers and how they process data. The course will cover topics such as digital logic, assembly language programming, memory hierarchy, instruction set architectures, and operating systems. This course is suitable for students who have a basic understanding of programming and want to deepen their knowledge of how computers work.Course Objectives•Develop an understanding of the internal workings of a computer and its components.•Learn the principles of digital logic and how it is used in computer design.•Gn the skills to read and write assembly language programs.•Understand the memory hierarchy and how it affects program performance.•Learn about different instruction set architectures and their advantages and disadvantages.•Gn an understanding of operating systems and their roles in computer systems.Course OutlineUnit 1: Digital Logic and Computer Design•Introduction to digital logic and Boolean algebra•Combinational and sequential logic circuits•Introduction to the basics of computer design and organization•Data representation and binary arithmetic•Performance measurement and benchmarkingUnit 2: Assembly Language Programming•Introduction to assembly language programming•Basic arithmetic and logical operations•Data transfer instructions•Branching and looping instructions•Introduction to subroutine calls and return instructions Unit 3: Memory Hierarchy and Cache Design•The memory hierarchy and its performance characteristics •The concept of locality and its impact on program performance•The different types of memory in a computer system•The design of cache memory and its impact on program performanceUnit 4: Instruction Set Architectures•The different types of instruction set architectures•The advantages and disadvantages of different instruction set architectures•Introduction to pipelining and its impact on program performanceUnit 5: Operating Systems•Introduction to operating systems•The role of the operating system in a computer system•Memory management•Process management and scheduling•Input/output managementCourse DeliveryThis course will be delivered through a combination of lectures, tutorials, and practical labs. The lectures will cover the theoretical concepts, while tutorials will provide an opportunity for students toask questions and clarify their understanding. The practical labs will give students the opportunity to apply their knowledge to real-world problems and gn hands-on experience with programming and computer hardware.AssessmentAssessment for this course will be based on the following components: •Assignments: 30%•Mid-term Exam: 30%•Final Exam: 40%ConclusionThis course provides a comprehensive introduction to computer organization and architecture, covering topics such as digital logic, assembly language programming, memory hierarchy, instruction set architectures, and operating systems. By the end of the course, students will have a deep understanding of how computers work and the skills to write efficient and effective programs. The course will provide a solid foundation for further study in computer science and related fields.。
57计算机体系结构学习指导
《计算机体系结构》学习指导温东新课程名称：计算机体系结构英文名称：COMPUTER ARCHITECTURE开课院系：远程教育学院开课学时：50学分：3授课对象：远程教育学院专升本计算机科学与技术专业学生一、教学目的与课程性质、任务。
教学目的：通过本课程的学习，能够帮助学生建立计算机系统的整体概念，树立按最合理的软硬件功能分配原则去设计开发计算机系统的思想，为今后学习并行计算机系统结构打下基础。
计算机体系结构课程是计算机科学与技术专业本科教学中一门重要的技术专业课。
计算机体系结构课程学习的主要任务是计算机体系结构的基本概念，基本原理，基本结构和基本分析方法，还应该清楚认识到涉及操作系统，程序语言及其编译，数据结构等内容与计算机体系结构的相互影响和相互促进。
二、教学要求该课程开设位于整个本科教学的后期，课程的教学不仅讲授计算机体系结构的基本概念，基本原理，基本结构，和基本分析方法，还要在教学过程中将原学习过的专业课结合起来，例如操作系统，程序设计语言及其编译，数据结构等内容与本课程结合起来，使学生清楚它们与计算机体系结构的相互影响和相互作用。
在教学环节上，对学生的学习提出“掌握”和“了解”两个层次上要求，所谓“掌握”，是指学生在课后，必须能将所学内容自己理解并解决实际问题，这是将所学知识熟练应用到实践中的基础。
所谓“了解”，是要求学生对所学内容有初步的认知，在遇到相关问题时要求能够辨识。
教学以课堂讲授为主，辅之以POWERPOINT方式。
三、教学进度表四、教学内容与讲授方法五、课程的重点、思考题第一章绪论本章学习重点：1、计算机系统层次结构组成，计算机系统结构,组成实现的定义和相互关系，2、软件硬件取舍原则及设计方法，软件移植手段3、应用与器件对体系结构的影响，并行性的分类与发展，计算机系统分类本章思考题：1、名词解释：翻译解释层次结构解释程序计算机系统结构固件工程软件兼容模拟仿真时间重叠资源共享同构型处理机异构型多处理机2、如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分4级，每一级为了执行一条指令需要下一条的N条指令解释。
introductiontocomputerarchitecture计算机体系结构概论
Below is given annual work summary, do not need friends can download after editor deleted Welcome to visit againXXXX annual work summaryDear every leader, colleagues:Look back end of XXXX, XXXX years of work, have the joy of success in your work, have a collaboration with colleagues, working hard, also have disappointed when encountered difficulties and setbacks. Imperceptible in tense and orderly to be over a year, a year, under the loving care and guidance of the leadership of the company, under the support and help of colleagues, through their own efforts, various aspects have made certain progress, better to complete the job. For better work, sum up experience and lessons, will now work a brief summary.To continuously strengthen learning, improve their comprehensive quality. With good comprehensive quality is the precondition of completes the labor of duty and conditions. A year always put learning in the important position, trying to improve their comprehensive quality. Continuous learning professional skills, learn from surrounding colleagues with rich work experience, equip themselves with knowledge, the expanded aspect of knowledge, efforts to improve their comprehensive quality.The second Do best, strictly perform their responsibilities. Set up the company, to maximize the customer to the satisfaction of the company's products, do a good job in technical services and product promotion to the company. And collected on the properties of the products of the company, in order to make improvement in time, make the products better meet the using demand of the scene.Three to learn to be good at communication, coordinating assistance. On‐site technical service personnel should not only have strong professional technology, should also have good communication ability, a lot of a product due to improper operation to appear problem, but often not customers reflect the quality of no, so this time we need to find out the crux, and customer communication, standardized operation, to avoid customer's mistrust of the products and even the damage of the company's image. Some experiences in the past work, mentality is very important in the work, work to have passion, keep the smile of sunshine, can close the distance between people, easy to communicate with the customer. Do better in the daily work to communicate with customers and achieve customer satisfaction, excellent technical service every time, on behalf of the customer on our products much a understanding and trust.Fourth, we need to continue to learn professional knowledge, do practical grasp skilled operation. Over the past year, through continuous learning and fumble, studied the gas generation, collection and methods, gradually familiar with and master the company introduced the working principle, operation method of gas machine. With the help of the department leaders and colleagues, familiar with and master the launch of the division principle, debugging method of the control system, and to wuhan Chen Guchong garbage power plant of gas machine control system transformation, learn to debug, accumulated some experience. All in all, over the past year, did some work, have also made some achievements, but the results can only represent the past, there are some problems to work, can't meet the higher requirements. In the future work, I must develop the oneself advantage, lack of correct, foster strengths and circumvent weaknesses, for greater achievements. Looking forward to XXXX years of work, I'll be more efforts, constant progress in their jobs, make greater achievements. Every year I have progress, the growth of believe will get greater returns, I will my biggest contribution to the development of the company, believe in yourself do better next year!I wish you all work study progress in the year to come.。