计算机系统结构图
计算机组成与系统结构图文 (1)
⑦ HPCC:利用双精度矩阵乘法、傅立叶变换、并行矩阵 转置等七个子项全面评价系统的性能。
⑧ SAP SD:测试系统的响应时间及每小时完成的订单数， 用以衡量系统同时执行应用程序及数据库的能力。
第1章 绪 论
32
2) SPEC CPU 2000基准测试程序 SPEC成立于1988年，其全称最初是System Performance Evaluation Cooperative(系统性能评估合作社)，现在已经更名 为Standard Performance Evaluation Corporation(系统性能评估 公司),先后开发出一系列的测试程序，其主要版本有SPEC CPU 89、SPEC CPU 92、SPEC CPU 95、SPEC CPU 2000等。
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1.3 计算机的层次概念
1.3.1 计算机系统的层次结构 计算机系统的层次结构可用图1.2来表示。
第1章 绪 论
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图 1.2 计算机系统的层次结构
第1章 绪 论
11
1.3.2 计算机系统结构、组成与实现 1. 计算机系统结构 今天的计算机系统结构所指的计算机的属性主要包括: ·数据的表示形式; ·寻址方式; ·内部寄存器组; ·指令集; ·中断系统; ·处理器工作状态及其切换; ·存储系统; ·输入/输出结构; ·信息保护及特权; ·高性能设计等。
解 因为
所以
PA TB 20 4 PB TA TA
即A完成该任务用时5 s。
TA=5 s
第1章 绪 论
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3. 用测试程序来测评计算机系统性能
1) 基准测试程序 以往对计算机的测试采用过如下几种程序: ① 实际应用程序，即计算机工作的真实程序。 ② 修正的实际应用程序，即对真实程序进行其些修改构
计算机系统结构PPT课件
流 水 线 周 期 主时 钟 周期
IF IS RF EX DF DS TC WB
IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB
当前CPU周期
如果在LOAD指令之后的两条指令中， 任何一条指令要在它的EX流水级使 用这个数据，则指令流水线要暂停一 个时钟周期 采用顺序发射方式
把超标量与超流水线技术结合在一 起，就成为超标量超流水线处理机
5.5.1 指令执行时序 5.5.2 典型处理机结构
5.5.3 超标量超流水线处理机性能
5.5.4 三种指令级并行性处理机性能比较
5.5.1 指令执行时序
超标量超流水线处理机在一个时钟周 期内分时发射指令n次，每次同时发 射指令m条，每个时钟周期总共发射 指令m n条。
5.4 超流水线处理机
两种定义： 一个周期内能够分时发射多条指 令的处理机称为超流水线处理机 指令流水线有8个或更多功能段的 流水线处理机称为超流水线处理机 提高处理机性能的不同方法： 超标量处理机是通过增加硬件资 源为代价来换取处理机性能的 超流水线处理机则通过各硬件部 件充分重叠工作来提高处理机性能
关性允许，IBOX就把两条指令同时发 射给EBOX、ABOX和FBOX三个指令 执行部件中的两个。 指令流水线采用顺序发射乱序完成的控 制方式。在指令Cache中有一个转移 历史表，实现条件转移的动态预测。 在EBOX内还有多条专用数据通路， 可以把运算结果直接送到执行部件。 Alpha 21064处理机共有三条指令流水线 整数操作流水线和访问存储器流水线 分为7个流水段，其中，取指令和分
计算机组成原理：第一章-计算机系统体系结构
一计算机系统体系结构1.1 什么是计算机体系结构本章的第一个概念是计算机系统(computer system)。
计算机系统包括读取并执行程序的中央处理单元(CPU，保存程序和数据的存储器以及将芯片转换为实用系统的其他子系统。
这些子系统会使CPU与显示器、打印机、Internet等外部设备之间的通信变得更加容易。
•cpu(处理器): 计算机实际执行程序的部分•微处理器: 在单个硅片上实现的CPU•微机: 围绕微处理器构建的计算机计算机的性能既取决于CPU；也取决于其他子系统。
如果不能高效进行数据传输，仅仅提高CPU的性能是毫无意义的。
Figure 1:•信息(程序和数据): 保存在存储器中；计算机会使用不同类型的存储器，达到不同的目的。
–如果不能叫信息保存在正确的存储器，那么CPU的速度再快也将毫无意义–Cache: 保存常用的数据是高速专用的存储器。
–主存: 存放大量的工作数据，断电消失–辅存: 指磁盘等，用于存储海量的数据。
永久存储•组成计算机的各个子系统通过总线连接在一起，数据通过总线从计算机中的一个位置传递到另一个位置。
什么是计算机Figure 2:•输入: 指用户交给计算机的信息•输出: 指计算机返回给用户的信息可编程计算机接收两种类型的输入: 它将要处理的数据，以及准确描述要如何处理输入数据的程序。
程序不过是计算机所执行的完成给定任务的操作序列。
Figure 3:•CPU读程序并完成程序指定的操作。
内部使用寄存器来保存数据•存储器系统保存两类信息:程序，程序处理或产生的数据计算机从存储器中读出指令并执行这些指令(即完成或执行指令定义的动作)。
执行指令时，可能要从存储器中读出数据，对数据进行操作，将数据写回存储器。
寄存器是CPU内部用来存放数据的存储单元。
时钟提供了脉冲流,所有内部操作都在时钟脉冲的触发下进行。
时钟频率是决定计算机速度的一个因素程序执行过程Figure 4:CPU先读取一条指令；在CPU分析或解码指令；从存储器中读出这条指令所需的所有数据。
计算机体系结构精选ppt
• 于是，计算机又被看成是由主机和外设两 大部分组成。但无论怎样划分，计算机的5大 部件始终是相对独立的子系统，缺一不可。
3.1.2 计算机硬件的典型结构
• 计算机系统的硬件结构包括各种形式的总线结构和通 道结构，它们是各种大、中、小、微型计算机的典型 结构体系。
第三章 计算机体系结构
• 硬件和软件是学习计算机知识经常遇到的术语。 硬件是指计算机系统中实际设备的总称。它可
以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件
或设备，或由它们组成的计算机部件或整个计 算机硬件系统。
• 计算机系统包括大型机、中小型机以及微机等 多种结构形式，其硬件主要包括: 运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备等部件。
息的通路叫输入/输出总线(I／O总线)，各种I/O设备通过
I/O接口连接在I/O总线上。
这种结构的优点是控
制线路简单，对I/O
总线的传输速率相对
地可降低一些要求。
缺点是I/O设备与主
存储器之间交换信息
一律要经过CPU，将
耗费CPU大量时间，
降低了CPU的工作效
率。
3．小型机的总线型结构
（3）以存储器为中心的双总线结构
备之间均可以通过系统总线交换信息。
备与主存储器交换信息时，
CPU还可以继续处理默认的不
需要访问主存储器或I/O设备
的工作。缺点是同一时刻只允
许连接到单总线上的某一对设
备之间相互传递信息，限制了
信息传送的吞吐量(或称速率)。
此外，单总线控制逻辑比专用
的存储总线控制逻辑更为复杂，
计算机硬件体系结构_图文
3.2 微型计算机主机结构
3.2.4 内存储器 内存储器在主机内部(简称内存)，一般由半
导体材料构成。内存储器可分为只读存储器和 随机读写存储器。
内存储器分类
3.2 微型计算机主机结构
1. 只读存储器 •特点：存储的信息只能读出，不能随机改写或 存入，断电后信息不会丢失，可靠性高。 •ROM分类
3.1 计算机系统的构成 典型的计算机硬件体系结构如下 ：
CPU
（含运算 器和控制
器）
地址总线（AB ）
数据总线（DB）
控制总线（CB）
RAM
ROM
I/O接口
I/O设备
3.1计算机系统的构成
冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点是： (1) 采用二进制形式表示程序和数据。 (2) 计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输 入设备和输出设备五大部分组成 。 (3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。 (4) 控制器根据存放在存储器中的指令 (程序) 工作 。
② 数据总线。传输的是数据，一般是双向传输 。CPU进行“读”时，数据由外设流向CPU，当CPU进 行“写”时，数据由CPU流向外设。
③ 控制总线。传输的是对外设进行控制和状态 检测的信号，有的是CPU向内存或外部设备发出的信 号；有的是内存或外部设备向CPU发出的信号。对每 条控制线而言信号是单向传送，但作为整体是双向的 。
3.2 微型计算机主机结构
3.2.5 总线 总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计 算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通 道，是计算机硬件的一个重要组成部分。 总线按所传输信号不同可分为： 数据总线 地址总线 控制总线。
3.2 微型计算机主机结构
① 地址总线。传输的是地址信号，一般是单向 传输。当CPU需要访问某个外设时，它向地址总线发 出相应外设的地址信号，以选择某个外设。
计算机体系结构(计算机软、硬件的系统结构)
计算机体系结构发展的第四代从20世纪80年代中期开始，一直持续到现在。这个阶段，人们感受到的是硬件 和软件的综合效果。由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网，与先进的应用软件相配合，已经成 为当前的主流。计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机/服务器(或浏览器/服务器)环境。 世界范围的信息网为人们进行广泛交流和资源的充分共享提供了条件。软件产业在世界经济中已经占有举足轻重 的地位。随着时代的前进，新的技术也不断地涌现出来。面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件 开发方法。
概念性结构与功能特性，这是从程序设计者角度所看到的计算机属性。它包括机器内的数据表示、寻址方式 以及对这些数据的运算和控制这些运算的执行等(即指令系统)。对于通用型机器，一般包括数据表示、寻址方式、 寄存器定义、指令系统、中断机构、机器工作状态的定义和状态切换、机器级的输入、输出结构以及对信息保护 的支持等 。
计算机系统的组成
计算机应用基础02--计算机系统的组成系统一词是指由若干相互独立而又相互有联系的部份组成的整体。
从这个角度而言，计算机是由硬件和软件两大部份组成，如下图示。
在计算机系统中，硬件是计算机的躯体，软件是计算机的灵魂。
没有躯体计算机软件就无用武之地；没有灵魂，计算机硬件只能是一台毫无意义的机器。
所以，软件和硬件是相辅相成的，缺一不可。
没有软件的计算机称为裸机。
计算机应用基础03—硬件系统的基本组成硬件是指构成计算机的物理装置，看得见，摸得着，是一些实实在在在的实体。
通常，硬件都是指计算机本身。
半个多世纪以来，虽然计算机发展很快，其性能指标，运算速度，工作方式等都有了巨大的变化，但计算机的基本结构一直没有改变，如下图示计算机硬件系统的基本组成都是由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备这五大部件构成，一个都不能少。
图中实线为数据流，代表数据或指令，在机内表现为二进制数形式；虚线为控制流，代表控制信号，在机内呈现高低电平形式，起控制作用。
1、运算器（ALU-Arithmetic Logic Unit）运算器又称算术逻辑部件，简称ALU，是计算机用来进行算术运算和逻辑运算的部件。
算术运算是指加，减，乘，除（有些ALU无乘除运算功能，乘除运算是通过加减运算和移位实现的），逻辑运算是指与，或，非，比较，移位等操作。
正是因为运算器的逻辑运算功能使得计算机具有因果关系分析的能力。
运算器的工作是在控制器的控制下对取自内存或内部寄存器的数据进行算术或逻辑运算。
2存储器（Memory）存储器是计算中具有记忆能力的部件，用来存放程序或数据。
程序中的指令总是被送到控制器解释执行，数据则总是被送到运算器进行运算。
存储器就是一种能根据地址存取指令和数据的装置。
存储器分为内存器和外存储器两种。
计算机基本组成中的存储器大多是指内存储器，而外存储器一般是作为输入输出设备使用。
内存储器简称内存或主存，一般是由半导体器件构成，存取速度快。
计算机系统组成
内存的选购
目前市场上内存条分为有品牌和无品牌两种，品牌 内存一般都有外包装，如：金士顿（kingmax）。 无品牌内存多为散装，只依内存条上的内存芯片的 品牌命名，如：现代（HY）。 在选购内存时，还要注意它的兼容性，某些品牌的 内存在有些主板上会造成无法开机、运行时死机、 不稳定等现象。
内存条的安装
内存
内存泛指计算机系统中存放数据与指令的半导体存储单元，包括RAM（随机存储器，随机存取存储 器） 按内存的工作原来分类 按内存的工作原理可分为只读存储器ROM（只读记忆）和随机存储器（随 机存储器）。 1. 只读存储器（ROM） 是计算机厂商用特殊的装置把内容写在芯片中，只能读取， 不能随 意该变内容的一种储存器，如基本输入输出系统 （1）EPROM 它与一般ROM不同点在与，EPROM可以用特殊的装置擦除和重写的内容如早 期主板上的基本输入输出系统。 （2）闪电存储器（闪光记忆） 使用闪速存储器的主要特点是在不加电的情况下能长期存储 的信息。 2， 随机存储器（RAM） RAM就是平常所说的内存，系统运行时，将所需的指令和数据从外 部存储器调入内存中，CPU再从内存中读取指令或数据进行运算，并将运算结果存入内存中，根据其 制造原理不同，现在的RAM多为MOS型半导体电路，它分为静态和动态两种。 （1）静态存储器（SRAM） SRAM的一个存储单元的基本结构是一个双稳态电路，读写速度很快 这样一方面降低了SRAM 的集成度，另一方面也增加了生产成本。 （2） 动态RAM（DRAM） 一个DRAM单元由一个晶体管和一个小电容组成，所以DRAM中存储的数据需要不断的刷新。 根据DRAM不同的标准又可分为多种类型的DRAM，如SDRAM（同时的DRAM, 同步动态随机存储器 ）DDR SDRAM（两倍数据比率SDRAM, 双倍数据速度 SDRAM）RDRAM（RambusDRAM），早期 还有一种RDR内存，发热量比较大，两面都有散热片，并且必须要插满插槽。
第2章 微型计算机系统的组成
第2章微型计算机系统的组成2.1 微型计算机系统的基本组成微型计算机系统包括硬件系统和软件系统，如图2.1所示。
硬件系统是看得见、摸得着的实体部分；而软件系统是为了更好地利用计算机而编写的程序及文档。
它们之间的关系犹如一个人的躯体和思想一样，躯体是硬件，思想则是软件。
图2.1 微型计算机系统结构图几乎所有的微型计算机都把主机部分、软盘驱动器、硬盘驱动器及电源等封装在主机箱内。
从外观上看，有卧式、立式和笔记本等几种机型。
典型的微型计算机如图2.2所示。
图2.2 微型计算机照片计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制，并实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。
虽然计算机的制造技术从计算机出现到今天已经发生了很大的变化，但在基本的硬件结构方面，却一直沿袭着冯·诺伊曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件构成。
图2.3列出了一个计算机系统的基本硬件结构。
实线代表数据流，虚线代表指令流，计算机各部件之间的联系就是通过这两股信息流动来实现的。
原始数据和程序通过输入设备送入存储器，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的结果存入存储器，必要时再经输出设备输出。
指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器，由控制器控制各部件的工作。
由此可见，输入设备负责把用户的信息（包括程序和数据）输入到计算机中；输出设备负责将计算机中的信息（包括程序和数据）传送到外部媒介，供用户查看或保存；存储器负责存储数据和程序，并根据控制命令提供这些数据和程序，它包括内存（内存储器）和外存（外存储器）；运算器负责对数据进行算术运算和逻辑运算（即对数据进行加工处理）；控制器负责对程序所规定的指令进行分析，控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。
下面分别对其各部分进行介绍。
2.2 微型机的硬件系统2.2.1 微型机的硬件设备1. 主板主机由中央处理器和内存储器组成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。
计算机体系结构知识点总结
计算机体系结构知识点总结————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章计算机体系结构的基本概念1.计算机系统结构的经典定义程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
（计算机组成：指计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现：计算机组成的物理实现）2.计算机系统的多级层次结构：1.虚拟机：应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器2.物理机：传统机器语言机器->微程序机器3.透明性：在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
4.编译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序5.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都转去执行低一级机器上的一段等效程序。
6.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、冯氏分类法（按系统并行度P m:计算机系统在单位时间内能处理的最大二进制位数）进行分类。
Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类：单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)IS指令流，DS数据流，CS（控制流），CU（控制部件），PU（处理部件），MM，SM（表示存储器）7.计算机设计的定量原理：1.大概率事件优先原理（分配更多资源，达到更高性能）2.Amdahl定理：加速比：S n=T0(加速前）T n（加速后）=1(1−Fe)+Fe/Se(Fe为可改进比例（可改进部分的执行时间/总的执行时间），Se为部件加速比（改进前/改进后）3.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将使用的信息很可能是目前使用的信息。
空间局部性：即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间上相邻或相近。
4.CPU性能公式：1.时钟周期时间2.CPI：CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC3.IC(程序所执行的指令条数)8.并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
计算机系统结构图
运算器(产生控制信号,控制整个计算机工作) 控制器(执行算术运算和逻辑运算)
硬 主机 件
存储系统
只读存储器(ROM) 随机存取存储器(RAM)
系 统
外部设备
输入设备(鼠标、键盘、扫描仪、手写板、数码相机等) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、音箱等)
外存储器(硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘、移动存储设备等)
装在板上 硬盘驱动器
装 在 主 机
箱
软盘驱动器
内
外存储器
光盘驱动器 U盘及其它移动设备 ……
输入设备
鼠标、键盘、扫描仪、手写板、数码相机等
输出设备
显示器、打印机、绘图仪、音箱等
微机硬件系统逻辑结构与物理部件对应简图
计
算 机
DOS操作系统 操作系统 Windows操作系统
系
网络操作系统(UNIX，Linux)
统
系统软件
编译程序
语言处理程序 解释程序
软
汇编程序
件
数据库管理系统
系
……
统
文字处理程序
图形处理软件
应用软件 多媒体处理软件
财务软件
辅助设计软件
……
——计算机系统组成原理简图
控制器
运算器 存储器
CPU 内存储器
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中央处理器(CPU)
运算器(产生控制信号,控制整个计算机工作) 控制器(执行算术运算和逻辑运算)
硬 主机
只读存储器(ROM)
件
存储系统 随机存取存储器(RAM)
系 统
外部设备
输入设备(鼠标、键盘、扫描仪、手写板、数码相机等) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、音箱等)
外存储器(硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘、移动存储设备等)
装
在
主
存储器
硬盘驱动器
机 箱
软盘驱动器
内
外存储器
光盘驱动器
U盘及其它移动设备 ……
输入设备
鼠标、键盘、扫描仪、手写板、数码相机等
输出设备
显示器、打印机、绘图仪、音箱等
微机硬件系统逻辑结构与物理部件对应简图
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2
系统软件
软 件 系 统
应用软件
操作系统
DOS操作系统 Windows操作系统 网络操作系统(UNIX，Linux)
编译程序
语言处理程序 解释程序
汇编程序
数据库管理系统
……
文字处理程序
图形处理软件
多媒体处理软件
财务软件
辅助设计软件
……
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——计算机系统组成原理简图 1
控制器
运算器
CPU 内存储器
装在主板上