计算机系统结构基础知识PPT课件
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研究：实际器件技术和微组装技术 （是数字电路等课程主要研究的内容）
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第1章 计算机系统结构的基础知识
举例：我们要制造飞机。首先要确定载客人数、
速度、高度等技术指标，这就属于系统结构；然 后根据技术指标研究、设计座舱怎么安排才可以 满足载客数量，飞机外形怎么设计才符合空气动 力学，供油、发动机、控制系统等等怎样设计、 组成，从而形成设计图纸上的飞机，这属于组成； 最后，经过论证确定设计没有问题，把图纸交付 工厂，由工人开始生产，这就是实现了。
(1)固件：具有软件功能的硬件。 (2)翻译：是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地转 换成低一级机器级上可运行的等效程序，然后再在低一级机器 级上去实现的技术。 (3)解释：是在低一级机器级上用它的一串语句或指令来仿真 高一级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高一级机器语 言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。 (4) 分层的好处：
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第1章 计算机系统结构的基础知识
第1章 计算机系统结构的基础知识
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 计算机系统的软硬件功能分配、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
4
第1章 计算机系统结构的基础知识
第1章 计算机系统结构的基础知识
计算机系统结构
主讲
1
第1章 计算机系统结构的基础知识
一、课程目标
1、计算机系统结构的研究 掌握计算机系统结构基本概念、组成及相关设计原理； 掌握计算机系统结构各组成部分的相关技术、分析及设计
方法； 了解计算机系统设计的基本方法。
2、计算机并行处理技术的研究 流水线技术分析及设计； 互连网络技术研究； 并行处理机技术研究； 多处理机技术研究。
例如，高级程序员看不到各种不同类型机 器的差异性就是一个明显的例证。如编译程序 对用户是透明的，Cache对程序员是透明的。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
（3）计算机系统结构的属性
• 指令系统 • 数据表示 • 操作数的寻址方式 • 寄存器的构成定义 • 中断机构和例外条件 • 存储系统 • 输入输出结构 • 机器工作状态的定义和切换 • 信息保护
高 级 语 言 级M4 高级语言
5级
翻译(应用程序包)
4级 翻译(编译程序)
汇 编 语 言 级M3
3级
汇编语言
翻译(汇编程序)
操 作 系 统 级M2 作业控制语言
2级
用机器语言解释作
业控制语言
传 统 机 器 级M1 机器指令
微程序机器级M0 微指令系统
1级 0级
用微指令程序解 释机器语言
8
第1章 计算机系统结构的基础知识
A、有利于明确计算机各部分的地位和作用； B、有利于采用系统的方法，研究系统的整体性能及最佳组 合； C、有利于提高可靠性和开放性。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
1.2 计算机系统结构、组成与实现
1.2.1计算机系统结构、组成、实现的定义和内涵 1.计算机系统结构
（1）定义 计算机系统结构：指机器语言程序员或是编译程序设计
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第1章 计算机系统结构的基础知识
2、 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现。 内容：
数据通路的宽度 专用部件的设置 各功能部件的共享程度 功能部件的并行度 控制机构的组成方式 缓冲和排队技术 可靠性技术的采用和方式的选择 预估、预判、优化处理
3.计算机的实现 -指其计算机组成的物理实现
者所看到的计算机的基本属性，即计算机的概念性结构与功能
特性。 思考1：怎样理解概念性结构？系统的软、硬件功能界面
思考2：怎样理解功能特性？界面上的功能如何分配 （2）含义
系统结构实际上是研究计算机系统中软、硬件之间的界 面定义，以及其上下的功能分配。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
透明性
• 客观存在的事物和属性，从某种角度上看又好 像不存在的现象，被称为是“透明性” 。
1) 构成计算机的器件，是计算机发展的物质基础，是计算 机换代最突出的标志。 2) 计算机系统结构的发展：是计算机换代的重要标志。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
1.1 计算机系统的多级层次结构
计算机系统的层次结构(从不同的层次看计算机系统）
应用软件
虚拟机
系统软件
软硬件界面
硬件
物理机
固件
应 用 语 言 级M5 应用语言
本章要点
• 计算机层次结构 • 计算机系统结构、组成和实现三者的
概念及联系 • 持续性能的三种表示方法 • 阿姆达尔(Amdahl)定律 • Flynn(弗林)分类法 • 软件可移植性的途径、方法、使用场
合、存在问题及对策
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第1章 计算机系统结构的基础知识
计算机的发展历程：
从器件发
磁介质存储
集成电路
大规模和超大规模集成电路
从结构的发展而言 :
单个CPU组成的单机系统
流水线机
多处理机
大规模的并行处理机
6
第1章 计算机系统结构的基础知识
从语言及应用方面而言 :
由汇编到高级语言从单用户到多用户，到并行处理 的语言、编译，操作系统，直到如今计算机网络、异构 系统处理等等 。
总结，计算机换代的标志：
2
第1章 计算机系统结构的基础知识
二、课程主线
在掌握系统结构组成基础上，研究各组成部分软、硬件功 能分配，软硬件界面的确定，及分配给软、硬件的功能的实现。
熟悉并行处理机和多处理机所采用技术的基础。
三、参考教材
1、 《计算机系统结构》，李学干等，西电出版社 2、《计算机系统结构》，张晨曦等，高等教育出版社 3、《计算机系统结构》，郑纬民等，清华大学出版社 4、《计算机系统结构》，陆鑫达等，高等教育出版社
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第1章 计算机系统结构的基础知识
14
第1章 计算机系统结构的基础知识
1.2.2 系统结构、组成与实现的相互关系
计算机系统的结构，组成，实现是三个完全不同的 概念，相互间有着十分密切的依赖关系和相互的影 响。
(1)相同结构的计算机因速度不同可采用不同的组成。 如指令可顺利执行，也可重叠执行，乘法指令可由乘 法器实现，也可由加法器-移位器实现。 （2）一种组成可有多种不同的实现 如器件可用单片大规模集成电路，也可用多片小规模 集成电路。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
举例：我们要制造飞机。首先要确定载客人数、
速度、高度等技术指标，这就属于系统结构；然 后根据技术指标研究、设计座舱怎么安排才可以 满足载客数量，飞机外形怎么设计才符合空气动 力学，供油、发动机、控制系统等等怎样设计、 组成，从而形成设计图纸上的飞机，这属于组成； 最后，经过论证确定设计没有问题，把图纸交付 工厂，由工人开始生产，这就是实现了。
(1)固件：具有软件功能的硬件。 (2)翻译：是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地转 换成低一级机器级上可运行的等效程序，然后再在低一级机器 级上去实现的技术。 (3)解释：是在低一级机器级上用它的一串语句或指令来仿真 高一级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高一级机器语 言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。 (4) 分层的好处：
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第1章 计算机系统结构的基础知识
第1章 计算机系统结构的基础知识
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 计算机系统的软硬件功能分配、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
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第1章 计算机系统结构的基础知识
第1章 计算机系统结构的基础知识
计算机系统结构
主讲
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第1章 计算机系统结构的基础知识
一、课程目标
1、计算机系统结构的研究 掌握计算机系统结构基本概念、组成及相关设计原理； 掌握计算机系统结构各组成部分的相关技术、分析及设计
方法； 了解计算机系统设计的基本方法。
2、计算机并行处理技术的研究 流水线技术分析及设计； 互连网络技术研究； 并行处理机技术研究； 多处理机技术研究。
例如，高级程序员看不到各种不同类型机 器的差异性就是一个明显的例证。如编译程序 对用户是透明的，Cache对程序员是透明的。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
（3）计算机系统结构的属性
• 指令系统 • 数据表示 • 操作数的寻址方式 • 寄存器的构成定义 • 中断机构和例外条件 • 存储系统 • 输入输出结构 • 机器工作状态的定义和切换 • 信息保护
高 级 语 言 级M4 高级语言
5级
翻译(应用程序包)
4级 翻译(编译程序)
汇 编 语 言 级M3
3级
汇编语言
翻译(汇编程序)
操 作 系 统 级M2 作业控制语言
2级
用机器语言解释作
业控制语言
传 统 机 器 级M1 机器指令
微程序机器级M0 微指令系统
1级 0级
用微指令程序解 释机器语言
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第1章 计算机系统结构的基础知识
A、有利于明确计算机各部分的地位和作用； B、有利于采用系统的方法，研究系统的整体性能及最佳组 合； C、有利于提高可靠性和开放性。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
1.2 计算机系统结构、组成与实现
1.2.1计算机系统结构、组成、实现的定义和内涵 1.计算机系统结构
（1）定义 计算机系统结构：指机器语言程序员或是编译程序设计
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第1章 计算机系统结构的基础知识
2、 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现。 内容：
数据通路的宽度 专用部件的设置 各功能部件的共享程度 功能部件的并行度 控制机构的组成方式 缓冲和排队技术 可靠性技术的采用和方式的选择 预估、预判、优化处理
3.计算机的实现 -指其计算机组成的物理实现
者所看到的计算机的基本属性，即计算机的概念性结构与功能
特性。 思考1：怎样理解概念性结构？系统的软、硬件功能界面
思考2：怎样理解功能特性？界面上的功能如何分配 （2）含义
系统结构实际上是研究计算机系统中软、硬件之间的界 面定义，以及其上下的功能分配。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
透明性
• 客观存在的事物和属性，从某种角度上看又好 像不存在的现象，被称为是“透明性” 。
1) 构成计算机的器件，是计算机发展的物质基础，是计算 机换代最突出的标志。 2) 计算机系统结构的发展：是计算机换代的重要标志。
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第1章 计算机系统结构的基础知识
1.1 计算机系统的多级层次结构
计算机系统的层次结构(从不同的层次看计算机系统）
应用软件
虚拟机
系统软件
软硬件界面
硬件
物理机
固件
应 用 语 言 级M5 应用语言
本章要点
• 计算机层次结构 • 计算机系统结构、组成和实现三者的
概念及联系 • 持续性能的三种表示方法 • 阿姆达尔(Amdahl)定律 • Flynn(弗林)分类法 • 软件可移植性的途径、方法、使用场
合、存在问题及对策
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第1章 计算机系统结构的基础知识
计算机的发展历程：
从器件发
磁介质存储
集成电路
大规模和超大规模集成电路
从结构的发展而言 :
单个CPU组成的单机系统
流水线机
多处理机
大规模的并行处理机
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第1章 计算机系统结构的基础知识
从语言及应用方面而言 :
由汇编到高级语言从单用户到多用户，到并行处理 的语言、编译，操作系统，直到如今计算机网络、异构 系统处理等等 。
总结，计算机换代的标志：
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第1章 计算机系统结构的基础知识
二、课程主线
在掌握系统结构组成基础上，研究各组成部分软、硬件功 能分配，软硬件界面的确定，及分配给软、硬件的功能的实现。
熟悉并行处理机和多处理机所采用技术的基础。
三、参考教材
1、 《计算机系统结构》，李学干等，西电出版社 2、《计算机系统结构》，张晨曦等，高等教育出版社 3、《计算机系统结构》，郑纬民等，清华大学出版社 4、《计算机系统结构》，陆鑫达等，高等教育出版社
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第1章 计算机系统结构的基础知识
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第1章 计算机系统结构的基础知识
1.2.2 系统结构、组成与实现的相互关系
计算机系统的结构，组成，实现是三个完全不同的 概念，相互间有着十分密切的依赖关系和相互的影 响。
(1)相同结构的计算机因速度不同可采用不同的组成。 如指令可顺利执行，也可重叠执行，乘法指令可由乘 法器实现，也可由加法器-移位器实现。 （2）一种组成可有多种不同的实现 如器件可用单片大规模集成电路，也可用多片小规模 集成电路。