计算机体系结构 量化研究法PPT课件
合集下载
浙江工商大学计算机体系结构第1章 计算机体系结构概述PPT课件
晶体管密度：由于芯片上单位面积晶体管数目由 单个晶体管表面积大小决定，所以晶体管密度 与特征尺寸大小的平方成反比
与晶体管性能改进相比，连线延迟改进空间更大
17
1.5 集成电路功耗的发展趋势
器件升级会对功耗产生影响 动态功率：主要能耗来自开关晶体管 动态功率计算：与电容电压频率有关
移动设备关注电池寿命，用能量单位度量：
10
1.3 计算机系统结构定义
2）存储器寻址 使用字节形式访问存储器中的操作数
3）寻址方式 寻址方式需要明确指出操作数的地址（特殊寄存器和 常量除外），有多种方式寻址，如寄存器寻址、立即数 寻址、相对寻址和变址寻址等
4） 操作数类型及大小 操作数大小有8位（ASCII码）、16位（unicode码或 半字）、32位（整型或字）和64位（长整型或双字）
带宽的提高速度明显优于时延的提高速度（P10 图1.8），带宽有了1000-2000倍的提高，时 延则改进20-40倍，经验法则是带宽的提高速 度至少相当于时延改进速度的平方
1.4 实现技术的发展趋势
晶体管性能与连线的规模
特征尺寸：表征集成电路的加工工艺，是晶体管 或连线在x或y方向上的最小尺寸，从1971年 到2006年，特征尺寸从10微米降到0.09微米
由于电容不变，电压的平方和频率之比为：
14
1.4 实现技术的发展趋势
4）网络实现技术 交换和传输的性能决定了网络的性能，网络的发展趋势 参考附录E
以上四种技术的快速发展，可使计算机设计 的生存周期延长至5年或更长
15
1.4 实现技术的发展趋势
性能的发展趋势：带宽优于时延
带宽或吞吐量：给定的时间内完成的工作总量 时延或响应时间：从事件开始到完成所需要的时间
与晶体管性能改进相比，连线延迟改进空间更大
17
1.5 集成电路功耗的发展趋势
器件升级会对功耗产生影响 动态功率：主要能耗来自开关晶体管 动态功率计算：与电容电压频率有关
移动设备关注电池寿命，用能量单位度量：
10
1.3 计算机系统结构定义
2）存储器寻址 使用字节形式访问存储器中的操作数
3）寻址方式 寻址方式需要明确指出操作数的地址（特殊寄存器和 常量除外），有多种方式寻址，如寄存器寻址、立即数 寻址、相对寻址和变址寻址等
4） 操作数类型及大小 操作数大小有8位（ASCII码）、16位（unicode码或 半字）、32位（整型或字）和64位（长整型或双字）
带宽的提高速度明显优于时延的提高速度（P10 图1.8），带宽有了1000-2000倍的提高，时 延则改进20-40倍，经验法则是带宽的提高速 度至少相当于时延改进速度的平方
1.4 实现技术的发展趋势
晶体管性能与连线的规模
特征尺寸：表征集成电路的加工工艺，是晶体管 或连线在x或y方向上的最小尺寸，从1971年 到2006年，特征尺寸从10微米降到0.09微米
由于电容不变，电压的平方和频率之比为：
14
1.4 实现技术的发展趋势
4）网络实现技术 交换和传输的性能决定了网络的性能，网络的发展趋势 参考附录E
以上四种技术的快速发展，可使计算机设计 的生存周期延长至5年或更长
15
1.4 实现技术的发展趋势
性能的发展趋势：带宽优于时延
带宽或吞吐量：给定的时间内完成的工作总量 时延或响应时间：从事件开始到完成所需要的时间
计算机系统结构量化研究法
没有阵列型数据表示，该语句经IBM370的PL/I优化编 译程序生成的目的码有6条机器指令，其中4条需循环执行 200×200=40000次。 有阵列型数据表示，则只需一条“阵列加”指令即可。 信息传送量仅取指就减少了4×40000=160000次;加法运算
就可以在这40000个加法器中一次完成;节省了大量的辅助
操作数的类型是否与运算符所要求的一致，若不一致，还需用
软件进行转换，这些都增加了编译的负担。
标志符数据表示的主要优点为：
(1)简化了指令系统和程序设计。 (2) 简化了编译程序。 (3) 便于实现一致性校验。 (4) 能由硬件自动完成数据类型的变换。 (5) 支持了数据库系统的实现与数据类型无关的要求。 (6) 为软件调试和应用软件开发提供了支持。
图 2－5 向量编址所用的参数
3.堆栈数据表示 作用：堆栈数据结构在编译和子程序调用中很有用，为 高效实现，不少机器都设有堆栈数据表示。有堆栈数据表示
的机器称为堆栈机器。
通用寄存器型机器对堆栈数据结构的支持是较差的：堆 栈操作用的机器指令数少，功能单一，堆栈置于存储器内， 访问堆栈的速度低，通常只用于保存子程序调用时的返回地 址，少量用堆栈来实现程序之间的参数传递。
图 2－6 用堆栈实现子程序的嵌套和递归调用
2.1.3
①一是看系统的效率是否提高，即是否减少了
实现时间和存储时间。 实现时间是否减少又主要看在主存和处理机
之间传送的信息量是否减少。传送的信息量减少， 实现时间就越少。 以A、B两个200×200的定点数二维数组相加 A=A+B
为例，用PL/I
B6700机的数据描述符和数据的形式分别如下所示： 描述符 101 各种标志符 长度 地址
计算机体系结构ppt课件
• 中央处理器和主存储器构成了计算机主体， 称为主机；相对地又把I/O设备称作外围设备或 外部设备，简称外设。
• 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。
软件资源的增多， 信息存储问题就十 分突出，促使由一 级存储发展到多级 存储，甚至在主存 储器一级也采用多 存储体交叉访问技 术，出现了以存储 系统为核心的计算 机系统结构。
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。
一、计算机系统的硬件结构
计算机系统包括大型计算机、中小型 计算机、微型计算机等各种不同的硬件结 构，不同种类的计算机硬件结构具有不同 的硬件体系和结构特点，本节简要介绍不 同计算机的硬件结构。
3.1.1 现代计算机结构的特点 3.1.2 计算机硬件的典型结构 3.1.3 微型计算机常见总线标准
3.1.1 现代计算机结构的特点
• 1．总线 • 所谓总线，就是CPU、内存储器和I/O接口之间相互交
换信息的公共通路，各部件通过总线连成一个整体。 所有的外围设备也通过总线与计算机相连。按传送信 息的类别，总线可以分为三种：地址总线（Address Bus 缩写为AB）、数据总线（Data Bus 缩写为DB）和 控制总线（Control Bus 缩写为CB）。地址总线传送存 储器和外围设备的地址，数据总线传送数据，控制总 线则是管理协调各部分的工作,图3-2所示。
• 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。
软件资源的增多， 信息存储问题就十 分突出，促使由一 级存储发展到多级 存储，甚至在主存 储器一级也采用多 存储体交叉访问技 术，出现了以存储 系统为核心的计算 机系统结构。
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。
一、计算机系统的硬件结构
计算机系统包括大型计算机、中小型 计算机、微型计算机等各种不同的硬件结 构，不同种类的计算机硬件结构具有不同 的硬件体系和结构特点，本节简要介绍不 同计算机的硬件结构。
3.1.1 现代计算机结构的特点 3.1.2 计算机硬件的典型结构 3.1.3 微型计算机常见总线标准
3.1.1 现代计算机结构的特点
• 1．总线 • 所谓总线，就是CPU、内存储器和I/O接口之间相互交
换信息的公共通路，各部件通过总线连成一个整体。 所有的外围设备也通过总线与计算机相连。按传送信 息的类别，总线可以分为三种：地址总线（Address Bus 缩写为AB）、数据总线（Data Bus 缩写为DB）和 控制总线（Control Bus 缩写为CB）。地址总线传送存 储器和外围设备的地址，数据总线传送数据，控制总 线则是管理协调各部分的工作,图3-2所示。
计算机体系结构完整讲义ppt课件
• 计算机的更新换代
– 第一代：电子管计算机 – 第二代：晶体管计算机
硬件设计公理： 越小越快
– 第三代：中小规模集成电路
– 第四代：大或超大规模集成电路
– 第五代：VLSI(甚大规模集成电路)
计算机性能的大幅度提高和更新换代，一方面依靠 器件的不断更新，同时也依赖系统结构的不断改进。
30
二 按计算机系统成本分类
• 是对计算机系统中各机器级之间界面的划 分和定义，以及对各级界面上、下的功能 进行分配
– 1964年，IBM/360系列机的总设计工程师G.M. Amdahl、G.A. Blauw、F.P. Brooks等人提出。 也称体系结构。
– 是从程序员的角度所看到的系统的属性，是 概念上的结构和功能上的行为
• 1.2.2 计算机系统的设计方法
• ---软硬件舍取的基本原则 • ---计算机系统设计者的主要任务 • ---计算机系统设计的基本方法 （三种）
• 计算机语言：是用以描述控制流程的、 有一定规则的字符集合
– 语言不是专属软件范畴，可以介属于计算机 系统的各个层次，具有不同作用
4
1.1.1计算机系统的多级层次结构
从使用语言的角度上，将计算机系统 看成按功能划分的多级层次结构
机器、汇编、高级、应用语言
低级
高级
后者比前者功能更强、使用更方便；
而前者是后者发展的基础，在单条指令的 执行速度相比较，前者更快。
•第1章 •第2章 •第3章 •第4章 •第5章 •第6章
计算机系统设计基础 数据表示与指令系统性能分析 流水技术和向量处理 阵列计算机 多处理机系统 数据流计算机
1
第1章 计算机系统设计基础
• 1.1 计算机系统的基本概念 • 1.2 计算机系统的设计技术 • 1.3 计算机系统的性能评价 • 1.4 计算机系统结构的发展
《计算机体系结构》课件
ABCD
理解指令集体系结构、处 理器设计、存储系统、输 入输出系统的基本原理和 设计方法。
培养学生对计算机体系结 构领域的兴趣和热情，为 未来的学习和工作打下坚 实的基础。
CHAPTER
02
计算机体系结构概述
计算机体系结构定义
计算机体系结构是指计算机系统的整 体设计和组织结构，包括其硬件和软 件的交互方式。
CHAPTER
06
并行处理与多核处理器
并行处理概述
并行处理
指在同一时刻或同一时间间隔内 完成两个或两个以上工作的能力
。
并行处理的分类
时间并行、空间并行、数据并行和 流水并行。
并行处理的优势
提高计算速度、增强计算能力、提 高资源利用率。
多核处理器
1 2
多核处理器
指在一个处理器上集成多个核心，每个核心可以 独立执行一条指令。
间接寻址
间接寻址是指操作数的有效地址通过寄存器间接给出，计算机先取出 寄存器中的地址，再通过该地址取出操作数进行操作。
CHAPTER
04
存储系统
存储系统概述
存储系统是计算机体系结构中 的重要组成部分，负责存储和 检索数据和指令。
存储系统通常由多个层次的存 储器组成，包括主存储器、外 存储器和高速缓存等。
《计算机体系结构》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 计算机体系结构概述 • 指令系统 • 存储系统 • 输入输出系统 • 并行处理与多核处理器 • 流水线技术 • 计算机体系结构优化技术
CHAPTER
01
引言
课程简介
计算机体系结构是计算机科学的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本组成、组织结构、工作原 理及其设计方法。
计算机体系结构量化研究方法 中文版
2021弱电工程师真题模拟及答案(2)1、以下关于UPS工频机和高频机的说法错误的是（）（多选题）A. 高频机的逆变拓扑方式可以采用半桥架构也可采用全桥架构B. 高频机母线电压比工频机高，所以所需配置的蓄电池节数一定多于工频机C. 工频机内部一定有输出隔离变压器D. UPS工频机的功率器件的开关频率为工频50HzE. 工频机的输入功率因数一定比高频低试题答案：A,B,D,E2、船舶雾航中使用雷达助航时，应注意（）。
（单选题）A. 雷达量程档应远、近交替使用B. 保持对雷达进行仔细、连续的观测C. 对雷达回波应能准确识别D. 以上都对试题答案：D3、CAD中画多段线的命令是（）（单选题）A. MB. MLC. PLD. L试题答案：C4、下面哪个不能加强无线网络的安全（）（单选题）A. 数据加密B. 定向传输C. 更改SSIDD. 更改默认用户名与密码试题答案：B5、根据能见距离大小，将能见度分为十个等级，能见度恶劣其能见距离规定为（）（单选题）A. 小于0.5kmB. 小于0.05kmC. 小于1kmD. 小于2km试题答案：A6、为了消除相邻的地感线圈间的串扰，要保证线圈之间的最小距离为（）米。
（单选题）A. 1B. 2C. 3D. 4试题答案：B7、下列说法哪个不正确？（）（单选题）A. 航道弯曲半径越大越好B. 航道弯曲半径越小越好C. 航道弯曲中心角越大越好D. 航道弯曲系数越小越好试题答案：B8、为了解决（）的问题，采用了双技术探测器。
（单选题）A. 误报B. 漏报C. 干扰D. 辐射试题答案：A9、综合布线系统划分成子系统（）（单选题）A. 4个子系统B. 5个子系统C. 6个子系统D. 4个子系统试题答案：C10、造成极板弯曲，主要原因有以下哪几个方面（）（多选题）A. 蓄电池中含有杂质，在引起局部作用时，仅有小部分活性物质变成硫酸铅，致使整个极板的活性物质体积变化不一致，造成弯曲B. 极板活性物质在制造过程中因形成或涂膏分布不均匀，因此，在充放电时极板各部分所起的电化作用强弱不均匀，致使极板上活性物质体积的膨胀和收缩不一致而引起弯曲，有的造成开裂C. 过量充电或过量放电，增加了内层活性物质的膨胀和收缩，恢复过程不一致，造成极板的弯曲D. 大电流放电或高温放电时，极板活性物质反应较激烈，容易造成化学反应不均匀而引起极板弯曲试题答案：A,B,C,D11、楼宇自动化系统的功能有（）（多选题）A. 监控功能B. 环保功能C. 管理功能D. 服务功能试题答案：A,C,D12、河流中某河段水位站设置多少是根据河段中（）大小确定的（单选题）A. 流速B. 比降C. 流量D. 水位试题答案：B13、下面哪个设备可以做为无线AP。
计算机体系结构量化研究方法
计算机体系结构量化研究方法随着科技的发展，计算机体系结构的量化研究方法在当今的研究领域中越来越受到关注。
计算机体系结构的量化研究中，对采用有效的研究方法至关重要。
这些研究方法可以帮助我们更加深入和准确地了解计算机体系结构特征，以更好地改进和实现其研究意图。
一般来说，计算机体系结构量化研究的方法可以归纳为三大类：方法分析，结构分析和数值分析。
方法分析是从方法角度对计算机体系结构进行分析，主要研究计算机体系结构量化方法，包括度量改进，结构设计，优化算法等，以及模拟计算机体系结构设计模型。
结构分析是从结构角度对计算机体系结构进行分析，主要关注计算机体系结构的内部构造，比如模块结构、网络拓扑结构等，进行结构优化的研究。
最后，数值分析是从数值角度对计算机体系结构进行分析，采用数学工具和技术来综合分析计算机体系结构的数值模型，包括数值计算、数据分析、优化技术、设计理论与方法等。
方法分析、结构分析和数值分析是计算机体系结构量化研究中使用最多的三种研究方法，而且也是最有效的方法。
它们可以帮助我们更准确、更深入地揭示计算机体系结构的结构特征，并且可以运用这些研究方法来改进和优化计算机体系结构。
首先，方法分析可以有效地提高计算机体系结构的拓扑性能和可扩展性，通过度量改进、结构设计和优化算法的研究，可以有效地提高计算机体系结构的效能。
其次，结构分析可以帮助我们深入探索计算机体系结构的内部构造，以有效研究计算机体系结构的结构优化问题，提高系统的可靠性、可扩展性和可维护性。
最后，数值分析可以使用数学工具和技术，研究计算机体系结构的数值模型，以及改进计算机体系结构的设计理论与方法。
从上述方法可以看出，采用有效的计算机体系结构量化研究方法，不仅可以提高计算机体系结构的性能，而且可以有效地改进和优化计算机体系结构。
因此，有必要继续开展计算机体系结构量化研究，以推动计算机体系结构发展，并实现计算机体系结构研究的目标。
总之，计算机体系结构量化研究方法在计算机体系结构中发挥着重要作用，它可以帮助我们更深入地了解计算机体系结构特征，从而更有效地实现计算机体系结构研究的目标。
计算机体系结构 量化研究方法
在本书中，量化研究方法贯穿始终，包括数据收集、模型建立、数据分析等多个环节。作者通过 这种方法对计算机体系结构的各个方面进行了深入的研究和分析，从而为读者提供了更为具体和 细致的学习资料。
从目录来看，本书的内容共分为四个部分。第一部分“引言”介绍了计算机体系结构的基本概念 和量化研究方法的重要性。第二部分“量化研究方法”详细阐述了量化研究方法的各个环节，包 括数据收集、模拟、性能评估等。第三部分“计算机体系结构要素”则对计算机体系结构的各个 要素进行了分析，包括处理器、内存、I/O系统等。最后一部分“优化计算机体系结构”介绍了 如何运用量化研究方法来优化计算机体系结构，提高系统性能。
在这本书中，作者们不仅介绍了计算机体系结构的基本知识，还深入探讨了并行计算、流水线技 术、超标量技术等前沿领域。同时，书中还提供了大量的案例和实际应用场景，帮助读者更好地 理解和应用这些理论知识。
阅读感受
作者们在书中还提出了一些具有挑战性的问题，引导读者进一步思考和研究。 在阅读这本书的过程中，我不禁回想起自己在学习计算机组成原理时遇到的困扰。虽然那本书详 细介绍了计算机的各个硬件组成部分，以及它们之间的关系和连接方式，但对于如何配置和处理 器的各个寄存器，却没有提供一套成型的理论。而《计算机体系结构：量化研究方法》则填补了 这一空白，它为我们提供了如何根据应用场景去合理地规划各个功能模块的特性的方法。 《计算机体系结构：量化研究方法》是一本令人叹为观止的佳作，它让我重新审视计算机体系结 构这一领域。这本书的深度和广度，以及作者们的专业知识和见解，都为我们提供了宝贵的学习 和研究资源。我相信这本书不仅适合计算机专业的学生和研究者阅读，对于广大计算机爱好者来 说，也是一本值得收藏的经典之作。
阅读感受
阅读感受
《计算机体系结构：量化研究方法》是一本我读过的极具启发性的计算机科学书籍。这本书以其 系统、深入的视角，向我们展示了计算机体系结构的各个方面，包括设计基础、存储器层次结构 设计、指令级并行及其开发、数据级并行、GPU体系结构、线程级并行和仓库级计算机等。通过 阅读这本书，我对计算机体系结构有了更深入的理解，也掌握了一些实用的量化研究方法。
从目录来看，本书的内容共分为四个部分。第一部分“引言”介绍了计算机体系结构的基本概念 和量化研究方法的重要性。第二部分“量化研究方法”详细阐述了量化研究方法的各个环节，包 括数据收集、模拟、性能评估等。第三部分“计算机体系结构要素”则对计算机体系结构的各个 要素进行了分析，包括处理器、内存、I/O系统等。最后一部分“优化计算机体系结构”介绍了 如何运用量化研究方法来优化计算机体系结构，提高系统性能。
在这本书中，作者们不仅介绍了计算机体系结构的基本知识，还深入探讨了并行计算、流水线技 术、超标量技术等前沿领域。同时，书中还提供了大量的案例和实际应用场景，帮助读者更好地 理解和应用这些理论知识。
阅读感受
作者们在书中还提出了一些具有挑战性的问题，引导读者进一步思考和研究。 在阅读这本书的过程中，我不禁回想起自己在学习计算机组成原理时遇到的困扰。虽然那本书详 细介绍了计算机的各个硬件组成部分，以及它们之间的关系和连接方式，但对于如何配置和处理 器的各个寄存器，却没有提供一套成型的理论。而《计算机体系结构：量化研究方法》则填补了 这一空白，它为我们提供了如何根据应用场景去合理地规划各个功能模块的特性的方法。 《计算机体系结构：量化研究方法》是一本令人叹为观止的佳作，它让我重新审视计算机体系结 构这一领域。这本书的深度和广度，以及作者们的专业知识和见解，都为我们提供了宝贵的学习 和研究资源。我相信这本书不仅适合计算机专业的学生和研究者阅读，对于广大计算机爱好者来 说，也是一本值得收藏的经典之作。
阅读感受
阅读感受
《计算机体系结构：量化研究方法》是一本我读过的极具启发性的计算机科学书籍。这本书以其 系统、深入的视角，向我们展示了计算机体系结构的各个方面，包括设计基础、存储器层次结构 设计、指令级并行及其开发、数据级并行、GPU体系结构、线程级并行和仓库级计算机等。通过 阅读这本书，我对计算机体系结构有了更深入的理解，也掌握了一些实用的量化研究方法。
第5章-计算机体系结构-95页PPT资料
一种最简单的流水线方式 如果两个过程的时间相等，则执行n条指
令的时间为：T=(1+2n)t
取指 分析 执行 取指 分析 执行 取指 分析 执行
主要优点： 指令的执行时间缩短 功能部件的利用率明显提高
主要缺点： 需要增加一些硬件 控制过程稍复杂
3、二次重叠执行方式
如果三过程的时间相等，执行n条指令的 时间为：T=(2+n)t
5.2.1 流水线工作原理
1、简单流水线
输 分析器 流水 执行部件 流水 输 入 分析k+1 锁存器 执行k 锁存器 出
t1
t2
流水线的每一个阶段称为流水步、流水
步骤、流水段、流水线阶段、流水功能
段、功能段、流水级、流水节拍等。`
在每一个流水段的末尾或开头必须设置一个寄 存器，称为流水寄存器、流水锁存器、流水闸 门寄存器等。会增加指令的执行时间。
时间
静态流水线时空图
空间
浮点加法 定点乘法
输出
1 2 3 …… n 1 2 3 …
累加
1 2 3 4…
尾数乘
1 2 3 4 5…
规格化
1 2 3 …… n
尾数加
1 2 3 …… n
对阶
1 2 3 …… n
求阶差 1 2 3 … … n
输入 1 2 3 … … n
1 2 3 4 5 6…
0
时间
动态流水线时空图
动态流水线： 在同一段时间内，多功能流水线中的各段可以按 照不同的方式连接，同时执行多种功能。
空间
浮点加法 定点乘法
输出
1 2 3…n
1…
累加
1 2…
尾数乘
1 2 3…
令的时间为：T=(1+2n)t
取指 分析 执行 取指 分析 执行 取指 分析 执行
主要优点： 指令的执行时间缩短 功能部件的利用率明显提高
主要缺点： 需要增加一些硬件 控制过程稍复杂
3、二次重叠执行方式
如果三过程的时间相等，执行n条指令的 时间为：T=(2+n)t
5.2.1 流水线工作原理
1、简单流水线
输 分析器 流水 执行部件 流水 输 入 分析k+1 锁存器 执行k 锁存器 出
t1
t2
流水线的每一个阶段称为流水步、流水
步骤、流水段、流水线阶段、流水功能
段、功能段、流水级、流水节拍等。`
在每一个流水段的末尾或开头必须设置一个寄 存器，称为流水寄存器、流水锁存器、流水闸 门寄存器等。会增加指令的执行时间。
时间
静态流水线时空图
空间
浮点加法 定点乘法
输出
1 2 3 …… n 1 2 3 …
累加
1 2 3 4…
尾数乘
1 2 3 4 5…
规格化
1 2 3 …… n
尾数加
1 2 3 …… n
对阶
1 2 3 …… n
求阶差 1 2 3 … … n
输入 1 2 3 … … n
1 2 3 4 5 6…
0
时间
动态流水线时空图
动态流水线： 在同一段时间内，多功能流水线中的各段可以按 照不同的方式连接，同时执行多种功能。
空间
浮点加法 定点乘法
输出
1 2 3…n
1…
累加
1 2…
尾数乘
1 2 3…
《计算机体系结构》PPT课件
例：
ATM系统用例图
第5章 软件体系结构与UML
☆ 寻找用例的方法：
（1）找出系统外部的参与者和外部系统，确定系统的边界和范围 （2）确定每一个参与者所期望的系统行为 （3）把这些系统行为命名为用例 （4）使用泛化，包含，扩展等关系处理系统行为的公共或变更部 分 （5）编制每一个用例的脚本 （6）绘制用例图 （7）区分主事件流和异常情况的事件流，如果需要，可以把表示 异常情况的事件流作单独的用例处理 （8）细化用例图，解决用例间的重复与冲突问题
第5章 软件体系结构与UML 一、UML的概念
UML简介
◎ UML(Unified Modeling Language)是下面这些最
好的建模方法中最好部分的集成: ◇ 商务流程模型(Work Flow) ◇ 对象建模方法 ◇ 软构件建模思想
◎ UML是一种用可视化方法对软件系统进行描述、实
施和说明的标准语言。
Schedule Course
add（C：Course） remove（C：Course）
第5章 软件体系结构与UML
☆ UML中主要的类版型 ◎ 边界类：位于系统与边界的交界处。
《boundary》 ClassName
ClassName
ClassName
第5章 软件体系结构与UML
◎ 实体类：保存要放进持久存储体的信息。
EnginePart
1
0..n
Year
season Team n team n goalkeeper n Player
Record
第5章 软件体系结构与UML
◎ 聚集和组合 ◆ 聚集：表示类之间整体和部分的关系。 ◆ 组合：表示的也是类之间整体和部分的关系，但组合 关系中的整体和部分具有相同的生存期。 Style Circle radius color isFilled
ATM系统用例图
第5章 软件体系结构与UML
☆ 寻找用例的方法：
（1）找出系统外部的参与者和外部系统，确定系统的边界和范围 （2）确定每一个参与者所期望的系统行为 （3）把这些系统行为命名为用例 （4）使用泛化，包含，扩展等关系处理系统行为的公共或变更部 分 （5）编制每一个用例的脚本 （6）绘制用例图 （7）区分主事件流和异常情况的事件流，如果需要，可以把表示 异常情况的事件流作单独的用例处理 （8）细化用例图，解决用例间的重复与冲突问题
第5章 软件体系结构与UML 一、UML的概念
UML简介
◎ UML(Unified Modeling Language)是下面这些最
好的建模方法中最好部分的集成: ◇ 商务流程模型(Work Flow) ◇ 对象建模方法 ◇ 软构件建模思想
◎ UML是一种用可视化方法对软件系统进行描述、实
施和说明的标准语言。
Schedule Course
add（C：Course） remove（C：Course）
第5章 软件体系结构与UML
☆ UML中主要的类版型 ◎ 边界类：位于系统与边界的交界处。
《boundary》 ClassName
ClassName
ClassName
第5章 软件体系结构与UML
◎ 实体类：保存要放进持久存储体的信息。
EnginePart
1
0..n
Year
season Team n team n goalkeeper n Player
Record
第5章 软件体系结构与UML
◎ 聚集和组合 ◆ 聚集：表示类之间整体和部分的关系。 ◆ 组合：表示的也是类之间整体和部分的关系，但组合 关系中的整体和部分具有相同的生存期。 Style Circle radius color isFilled
计算机体系结构课件
详细描述
输入输出系统是计算机中用于接收外部输入（如键盘、鼠标、传感器等）和输 出数据（如显示器、打印机、音响等）的硬件设备。输入输出系统的性能和可 靠性对计算机的整体性能和使用体验至关重要。
总线与接口
总结词
总线与接口是计算机中用于连接各个部件并进行通信的通道。
详细描述
总线与接口是计算机中各个部件之间进行通信的通道。总线是连接各个部件的公共通道，而接口则是 连接外部设备和计算机的通道。通过总线与接口，各个部件之间可以相互通信并协同工作，实现计算 机的整体功能。总线与接口的性能和稳定性对计算机的整体性能和使用体验至关重要。
长电池寿命。
扩展功能
03
通过增加输入输出接口、支持多种数据类型等，可以扩展计算
机的功能和应用范围。
计算机体系结构的分类
1 2
按指令集分类
可以分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令 集计算机（RISC）。
按数据类型分类
可以分为固定长度数据和可变长度数据。
3
按寻址方式分类
可以分为直接寻址、间接寻址和基址加变址寻址 等。
03
计算机指令系统
指令集架构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复杂指令集架构 (CISC)
提供了许多复杂的指令，能够执行各种高级操作。
精简指令集架构 (RISC)
只包含简单的、基本的指令，强调通过并行处理加快执行速度。
超长指令集架构 (VLIW)
通过将多个操作数和操作码放入一个指令，实现并行处理。
指令格式与寻址方式
固定长度的指令格式
可重构计算面临着能效、可扩展性、编程模型等方面的挑 战，如何设计更高效的
THANKS
感谢观看
详细描述
存储器是计算机中用于存储数据和程序的硬件设备。根据存储速度、容量和价格的不同，计算机中存在多种类型 的存储器，如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、高速缓存（Cache）等。存储器的容量和速度 对计算机的性能有很大的影响。
输入输出系统是计算机中用于接收外部输入（如键盘、鼠标、传感器等）和输 出数据（如显示器、打印机、音响等）的硬件设备。输入输出系统的性能和可 靠性对计算机的整体性能和使用体验至关重要。
总线与接口
总结词
总线与接口是计算机中用于连接各个部件并进行通信的通道。
详细描述
总线与接口是计算机中各个部件之间进行通信的通道。总线是连接各个部件的公共通道，而接口则是 连接外部设备和计算机的通道。通过总线与接口，各个部件之间可以相互通信并协同工作，实现计算 机的整体功能。总线与接口的性能和稳定性对计算机的整体性能和使用体验至关重要。
长电池寿命。
扩展功能
03
通过增加输入输出接口、支持多种数据类型等，可以扩展计算
机的功能和应用范围。
计算机体系结构的分类
1 2
按指令集分类
可以分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令 集计算机（RISC）。
按数据类型分类
可以分为固定长度数据和可变长度数据。
3
按寻址方式分类
可以分为直接寻址、间接寻址和基址加变址寻址 等。
03
计算机指令系统
指令集架构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复杂指令集架构 (CISC)
提供了许多复杂的指令，能够执行各种高级操作。
精简指令集架构 (RISC)
只包含简单的、基本的指令，强调通过并行处理加快执行速度。
超长指令集架构 (VLIW)
通过将多个操作数和操作码放入一个指令，实现并行处理。
指令格式与寻址方式
固定长度的指令格式
可重构计算面临着能效、可扩展性、编程模型等方面的挑 战，如何设计更高效的
THANKS
感谢观看
详细描述
存储器是计算机中用于存储数据和程序的硬件设备。根据存储速度、容量和价格的不同，计算机中存在多种类型 的存储器，如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、高速缓存（Cache）等。存储器的容量和速度 对计算机的性能有很大的影响。
计算机系统结构 量化研究法135页
①一种办法是让操作数和指令分别存放于两个独立编址 且可同时访问的存储器中，这有利于实现指令的保护，但是 增加了主存总线控制的复杂性及软件设计的麻烦。
②另一种办法仍维持指令和操作数混存，但采用多体交
叉主存结构，只要第k条指令的操作数与第k+1条指令不在同
一个体内，仍可在一个主存周期取得，从而实现“分析k”
图5-2 (a)顺序解释
第 5 章 流水和指令级高度并行的超级机
指令的重叠解释是在解释第K指令的操作完 成之前，就开始解释第K+1条指令。图5-2(b)
图5-2 (b)重叠解释的一种方式
第 5 章 流水和指令级高度并行的超级机
2、实现“取指k+1”与“分析k”的重叠需解决好
访主存的冲突问题的方法
与“
k+1”重叠。然而，这两者若正好共存于一个体
内时就无法重叠。
第 5 章 流水和指令级高度并行的超级机
③第三种办法是增设采用先进先出方式工作的指令缓 冲寄存器(简称指缓)。
由于大量中间结果只存于通用寄存器中，因此主存并 不是满负荷工作的。设置指缓就可乘主存有空时，预取下 一条或下几条指令存于指缓中。这样，“分析k”与“取指 k+1”就能重叠了。
第 5 章 流水和指令级高度并行的超级机
5.1.2
1. 转移指令的处理 2. 指令相关的处理 3. 主存空间数相关的处理 4.
第 5 章 流水和指令级高度并行的超级机
1.转移指令的处理：通过延迟转移技术来解决
由编译程序生成目标程序时，将转移指令与条 件转移无关的第k-1条指令交换一下位置，这样， 即使条件转移成功也不会使重叠效率下降。如图5-5 所示。
第 5 章 流水和指令级高度并行的超级机 ⑶为了实现“分析k+1”和“执行k”的一次重叠，还需要
计算机体系结构.ppt
8种属性
• 1·机内数据表示：硬件能直接 辨识和操作的数据类型和格式 计算机体系结构 计算机体系结 构
• 2·寻址方式：最小可寻址单位、 寻址方式的种类、地址运算
• 3·寄存器组织：操作寄存器、 变址寄存器、控制寄存器及专 用寄存器的定义、数量和使用 规则
• 4·指令系统：机器指令的操作 类型、格式、指令间排序和控 制机构
基本概念
• 计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元 素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信 息的处理而完成预先定义的目标。通常包含的系统元素有： 计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。 其中，软件是程序、数据库和相关文档的集合，用于实现 所需要的逻辑方法、过程或控制；硬件是提供计算能力的 电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备(例如传感 器、马达、水泵等)；人员是硬件和软件的用户和操作者； 数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合；文 档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性 信息；过程是一系列步骤，它们定义了每个系统元素的特 定使用方法或系统驻留的过程性语境。
谢谢欣赏！
Байду номын сангаас
• 计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部数据流和控制 流的组成以及逻辑设计等。其目标是合理地把各种部件、 设备组成计算机，以实现特定的系统结构，同时满足所希 望达到的性能价格比。一般而言，计算机组成研究的范围 包括：确定数据通路的宽度、确定各种操作对功能部件的 共享程度、确定专用的功能部件、确定功能部件的并行度、 设计缓冲和排队策略、设计控制机构和确定采用何种可靠 技术等。计算机组成的物理实现。包括处理机、主存等部 件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、 底板的划分与连接，专用器件的设计，信号传输技术，电 源、冷却及装配等技术以及相关的制造工艺和技术。
计算机体系结构 量化研究法共97页
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。—成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。—成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
计算机系统结构一种定量的方法(第七章 存储系统)PPT课件
（可以加载6000个磁带，总容量是300TB）
25
26
7.2.6 闪存
闪存的原理与EEPROM类似
闪存与EEPROM的区别：闪存可以写多字节块
NOR闪存：构成一位的是“或非门” NAND闪存：构成一位的是“与非门”
NAND闪存比NOR闪存速度快10倍左右
例题7.2：比较64KB块大小的闪存和磁盘的读写时间
图7.17：RAID的级别
减少平均修复时间：
热备件：在正常情况下不被使用的磁盘 热交换：不中断计算机而更换组件
52
53
7.5.1 无冗余（RAID 0）
磁盘阵列中的数据是带状分布的，但没 有冗余容错的功能
54
7.5.2 镜像（RAID 1）
使用两倍与RAID 0的磁盘进行镜像
8个盘（其中4个存放数据，4个备份）
方式1：将磁盘分为4对（RAID 0），每对按照 RAID 1方式组织，RAID1+0，RAID10 （11 22 33 44）
方式2：将磁盘分为2对（RAID 1），每对按照 RAID 0方式组织，RAID0+1，RAID01 （1234 1234）
55
7.5.3 位交错奇偶校验（RAID 3）
13
14
图7.2：3种磁盘的特征参数
RLLC：游程程度受限码（Run Length Limited Code）
寻道时间：seek time 平均寻道时间：5-12ms
平均等待时间（rotation latency）或旋转延迟 （rotational delay）：扇区旋转到磁头下的时间， 是绕磁盘一周所花费时间的一半
高级计算机体系结构 (第七讲)
1
第一部分
整体概述
25
26
7.2.6 闪存
闪存的原理与EEPROM类似
闪存与EEPROM的区别：闪存可以写多字节块
NOR闪存：构成一位的是“或非门” NAND闪存：构成一位的是“与非门”
NAND闪存比NOR闪存速度快10倍左右
例题7.2：比较64KB块大小的闪存和磁盘的读写时间
图7.17：RAID的级别
减少平均修复时间：
热备件：在正常情况下不被使用的磁盘 热交换：不中断计算机而更换组件
52
53
7.5.1 无冗余（RAID 0）
磁盘阵列中的数据是带状分布的，但没 有冗余容错的功能
54
7.5.2 镜像（RAID 1）
使用两倍与RAID 0的磁盘进行镜像
8个盘（其中4个存放数据，4个备份）
方式1：将磁盘分为4对（RAID 0），每对按照 RAID 1方式组织，RAID1+0，RAID10 （11 22 33 44）
方式2：将磁盘分为2对（RAID 1），每对按照 RAID 0方式组织，RAID0+1，RAID01 （1234 1234）
55
7.5.3 位交错奇偶校验（RAID 3）
13
14
图7.2：3种磁盘的特征参数
RLLC：游程程度受限码（Run Length Limited Code）
寻道时间：seek time 平均寻道时间：5-12ms
平均等待时间（rotation latency）或旋转延迟 （rotational delay）：扇区旋转到磁头下的时间， 是绕磁盘一周所花费时间的一半
高级计算机体系结构 (第七讲)
1
第一部分
整体概述
计算机体系结构 量化研究法PPT课件
MPY
E, F, D
.
32
4. 反过来，组成也会影响结构，微程序控制就是 一个典型的例子。
5.三者在不同时期所包含的具体内容不同。在某 些系统中作为结构的内容，在另些系统中可能 是组成和实现的。
6.计算机组成和实现关系密切，都可称为计算机 实现。即计算机系统的逻辑实现和物理实现。
作业(1)：P29 6,7,8
可让各虚拟机器级用真正的实处理机代替，摆脱以往各级 功能都在同一台实际机器上实现的状况，发展多处理机、 分布处理、计算机网络等系统结构。
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采用，从而促进软件移植、 计算机系统性能评价、计算机设计自动化等技术的发展。
.
12
1.2计算机系统结构、组成与实现
⑸ DEC公司早先推出的PDP-11系列
➢ 以单总线结构著称的，实际上它不属于计算机系统结 构。是计算机组成，为适应不同速度和价格的要求，不同 型号机器仍使用多种不同的总线。
➢ 它们都具有相同的I/O连接和使用方式，将I/O设备端口 寄存器在逻辑上看做是主存的一部分，与主存统一编址， 通过访问主存这些指定单元来实现与指定的I/O设备通信， 完成对该设备的读/写等。属于计算机系统结构，是程序设 计者编写I/O程序时应当看到的。
.
3
图 1.1 计算机系统. 的多级层次结构
4
2.各机器级的实现方式
翻译(Translation)是先用转换程序将高一级机器级上的程 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。
解释(Interpretation)则是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， 是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐 条解释来实现的技术。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 1 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 1.2 计算机系统结构、 组成与实现 1.3 计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响 1.5 系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类
.
1
1.1 计算机系统的多级层次结构
1.计算机系统的多级层次结构划分角度 2.各机器级间实现的主要方式 3.实际机器和虚拟机器 4. 多级层次结构划分的意义 Nhomakorabea.
9
传统机器级和微程序机器的实现
➢ 传统机器级 采用组合逻辑电路控制，其指令可直接用硬 件来实现,也可以采用微程序控制，用微指令(L0)程序来解 释实现。 ➢ 微指令 直接控制硬件电路的动作。
.
10
3. 实际机器和虚拟机器
所谓固件(Firmware),是一种具有软件功能的硬件，例如 将软件固化在只读存储器这种大规模集成电路的硬、器件 上，就是一种固件。
1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的 定义和内涵
1.2.2计算机系统结构、组成和实现的相 互关系
.
13
1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的定义和内涵
（一） 计算机系统结构
1系统结构定义：从计算机系统的层次结构定义，系统结构
(SystemArchitecture)是对计算机系统中各级界面的划分、定 义及其上下的功能分配。每级都有其自己的系统结构。
.
17
（二）计算机的组成
1. 计算机组成的定义：计算机组成（computer organization，又称计算机设计）是指计算机系统的逻辑 实现。包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑 设计等。它着眼于机器内各事件的排序方式与控制机构、 各部件的功能以及各部件间的联系。
可让各虚拟机器级用真正的实处理机代替，摆脱以往各级 功能都在同一台实际机器上实现的状况，发展多处理机、 分布处理、计算机网络等系统结构。
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采用，从而促进软件移植、 计算机系统性能评价、计算机设计自动化等技术的发展。
.
12
1.2计算机系统结构、组成与实现
4计算机系统结构研究的内容：是软、硬件之间的功能分配
以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言、汇编语言程
序设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在
机器上正确运行应看到和遵循的计算机属性。
.
15
5. 计算机系统结构的属性：
(1)硬件能直接识别和处理的数据类型及格式等的数据表示； (2)最小可寻址单位、寻址种类、 (3)通用/专用寄存器的设置、数量、字长、使用约定等的寄存
以软件为主实现的机器称为虚拟机器，以区别于由硬件 或固件实现的实际机器。
虚拟机器不一定全由软件实现，有些操作也可用固件或
硬件实现。例如操作系统的某些命令可用微程序或硬件实
现。
.
11
4.多级层次结构划分的意义
将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构推动了计 算机系统结构的发展。
例如，可以重新调整软、硬件比例，为各级提供更多更好的硬件支 持，改善硬、器件迅速发展而软件日益复杂、开销过大的状况；或直接 用硬件或固件实现，发展高级语言机器或操作系统计算机结构。
.
2
1.计算机系统的多级层次结构划分角度
从使用语言的角度进行划分： 可以将系统看成是按功能划分的多层机器
级组成的层次结构，层次结构由高到低分别为 应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言 机器级、 操作系统机器级、传统机器语言机器 级和微程序机器级。对于一个具体的计算机系 统，层次的多少会有所不同。
.
3
图 1.1 计算机系统. 的多级层次结构
4
2.各机器级的实现方式
翻译(Translation)是先用转换程序将高一级机器级上的程 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。
解释(Interpretation)则是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， 是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐 条解释来实现的技术。
➢解释实现 也可以用汇编语言(L3)程序、机器语言(L1)程序， 甚至微指令语言(L0)程序解释实现。
.
7
汇编语言(L3)源程序的实现
➢翻译实现 汇编语言(L3)源程序则是先用汇编程序整个将 它变换成等效的二进制机器语言(L1)目标程序，再在传统机 器级M1上实现。
.
8
操作系统程序的实现
➢解释实现 操作系统程序虽然已经发展成用高级语言(如C语 言)编写，但最终还是要用机器语言程序或微指令程序来解释。
.
5
应用语言虚拟机器级M5的实现
➢ 翻译实现 应用语言虚拟机器级M5是为满足专门 的应用设计的。使用面向某种应用的应用语言(L5)编 写的程序。一般是经应用程序包翻译成高级语言(L4) 程序后，再逐级向下实现。
.
6
高级语言机器级M4的实现
➢翻译实现 高级语言机器级M4上的程序可以先用编译程序 整个翻译成汇编语言(L3)程序或机器语言(L1)程序，再逐级 或越级向下实现.
.
14
3. 计 算 机 系 统 结 构 也 称 计 算 机 系 统 的 体 系 结 构 (ComputerArchitecture),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。它是软件和硬件/固件的交界面，是 机器语言、汇编语言程序设计者，或编译程序设计者看到的 机器物理系统的抽象。
2透明性：客观存在的事物或属性从某个角度看不到，简称 透明(Transparent)。不同机器级程序员所看到的计算机属性 是不同的，它就是计算机系统不同层次的界面。
3系统结构研究的内容：就是要研究对于某级，哪些属性应 透明，哪些属性不应透明。透明可简化该级的设计，但因 无法控制，也会带来不利影响。因此，要正确进行透明性 取舍。
(4)二进制或汇编级指令的操作类型、格式、排序方式、控制
.
16
(5)内存的最小编址单位、编址方式、容量、最大可编 址空间等的存储系统组织；
(6)中断的分类与分级、中断处理程序功能及入口地址
(7)系统机器级的管态和用户态的定义与切换； (8)输入/输出设备的连接、使用方式、流量、操作结束、 出错指示等的机器级I/O (9)系统各部分的信息保护方式和保护机构等属性。
1.1 计算机系统的多级层次结构 1.2 计算机系统结构、 组成与实现 1.3 计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响 1.5 系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类
.
1
1.1 计算机系统的多级层次结构
1.计算机系统的多级层次结构划分角度 2.各机器级间实现的主要方式 3.实际机器和虚拟机器 4. 多级层次结构划分的意义 Nhomakorabea.
9
传统机器级和微程序机器的实现
➢ 传统机器级 采用组合逻辑电路控制，其指令可直接用硬 件来实现,也可以采用微程序控制，用微指令(L0)程序来解 释实现。 ➢ 微指令 直接控制硬件电路的动作。
.
10
3. 实际机器和虚拟机器
所谓固件(Firmware),是一种具有软件功能的硬件，例如 将软件固化在只读存储器这种大规模集成电路的硬、器件 上，就是一种固件。
1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的 定义和内涵
1.2.2计算机系统结构、组成和实现的相 互关系
.
13
1.2.1 计算机系统结构、组成、实现的定义和内涵
（一） 计算机系统结构
1系统结构定义：从计算机系统的层次结构定义，系统结构
(SystemArchitecture)是对计算机系统中各级界面的划分、定 义及其上下的功能分配。每级都有其自己的系统结构。
.
17
（二）计算机的组成
1. 计算机组成的定义：计算机组成（computer organization，又称计算机设计）是指计算机系统的逻辑 实现。包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑 设计等。它着眼于机器内各事件的排序方式与控制机构、 各部件的功能以及各部件间的联系。
可让各虚拟机器级用真正的实处理机代替，摆脱以往各级 功能都在同一台实际机器上实现的状况，发展多处理机、 分布处理、计算机网络等系统结构。
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采用，从而促进软件移植、 计算机系统性能评价、计算机设计自动化等技术的发展。
.
12
1.2计算机系统结构、组成与实现
4计算机系统结构研究的内容：是软、硬件之间的功能分配
以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言、汇编语言程
序设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在
机器上正确运行应看到和遵循的计算机属性。
.
15
5. 计算机系统结构的属性：
(1)硬件能直接识别和处理的数据类型及格式等的数据表示； (2)最小可寻址单位、寻址种类、 (3)通用/专用寄存器的设置、数量、字长、使用约定等的寄存
以软件为主实现的机器称为虚拟机器，以区别于由硬件 或固件实现的实际机器。
虚拟机器不一定全由软件实现，有些操作也可用固件或
硬件实现。例如操作系统的某些命令可用微程序或硬件实
现。
.
11
4.多级层次结构划分的意义
将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构推动了计 算机系统结构的发展。
例如，可以重新调整软、硬件比例，为各级提供更多更好的硬件支 持，改善硬、器件迅速发展而软件日益复杂、开销过大的状况；或直接 用硬件或固件实现，发展高级语言机器或操作系统计算机结构。
.
2
1.计算机系统的多级层次结构划分角度
从使用语言的角度进行划分： 可以将系统看成是按功能划分的多层机器
级组成的层次结构，层次结构由高到低分别为 应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言 机器级、 操作系统机器级、传统机器语言机器 级和微程序机器级。对于一个具体的计算机系 统，层次的多少会有所不同。
.
3
图 1.1 计算机系统. 的多级层次结构
4
2.各机器级的实现方式
翻译(Translation)是先用转换程序将高一级机器级上的程 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。
解释(Interpretation)则是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， 是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐 条解释来实现的技术。
➢解释实现 也可以用汇编语言(L3)程序、机器语言(L1)程序， 甚至微指令语言(L0)程序解释实现。
.
7
汇编语言(L3)源程序的实现
➢翻译实现 汇编语言(L3)源程序则是先用汇编程序整个将 它变换成等效的二进制机器语言(L1)目标程序，再在传统机 器级M1上实现。
.
8
操作系统程序的实现
➢解释实现 操作系统程序虽然已经发展成用高级语言(如C语 言)编写，但最终还是要用机器语言程序或微指令程序来解释。
.
5
应用语言虚拟机器级M5的实现
➢ 翻译实现 应用语言虚拟机器级M5是为满足专门 的应用设计的。使用面向某种应用的应用语言(L5)编 写的程序。一般是经应用程序包翻译成高级语言(L4) 程序后，再逐级向下实现。
.
6
高级语言机器级M4的实现
➢翻译实现 高级语言机器级M4上的程序可以先用编译程序 整个翻译成汇编语言(L3)程序或机器语言(L1)程序，再逐级 或越级向下实现.
.
14
3. 计 算 机 系 统 结 构 也 称 计 算 机 系 统 的 体 系 结 构 (ComputerArchitecture),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。它是软件和硬件/固件的交界面，是 机器语言、汇编语言程序设计者，或编译程序设计者看到的 机器物理系统的抽象。
2透明性：客观存在的事物或属性从某个角度看不到，简称 透明(Transparent)。不同机器级程序员所看到的计算机属性 是不同的，它就是计算机系统不同层次的界面。
3系统结构研究的内容：就是要研究对于某级，哪些属性应 透明，哪些属性不应透明。透明可简化该级的设计，但因 无法控制，也会带来不利影响。因此，要正确进行透明性 取舍。
(4)二进制或汇编级指令的操作类型、格式、排序方式、控制
.
16
(5)内存的最小编址单位、编址方式、容量、最大可编 址空间等的存储系统组织；
(6)中断的分类与分级、中断处理程序功能及入口地址
(7)系统机器级的管态和用户态的定义与切换； (8)输入/输出设备的连接、使用方式、流量、操作结束、 出错指示等的机器级I/O (9)系统各部分的信息保护方式和保护机构等属性。