計算機組成原理第二講概論

計算機組成原理第二講概論第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容回顧諾依曼體制的主要思想信息的數(shù)字化表示用數(shù)字化方法表示信息的優(yōu)點存儲程序的核心內(nèi)容第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四計算機系統(tǒng)組織硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等構(gòu)成計算機硬件系統(tǒng)。中央處理器：運算器和控制器（加Cache）主機：CPU和存儲器（加I/O接口和系統(tǒng)總線）I/O設(shè)備：輸入設(shè)備和輸出設(shè)備第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)常見計算機硬件系統(tǒng)組成主存輔存CPU主機I/O硬件CU存儲器輸入設(shè)備運算器輸出設(shè)備控制器第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)常見計算機硬件系統(tǒng)組成ALUCPU主機I/OCU主存第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CPU主存接口接口

I/O

I/O系統(tǒng)總線（地址、數(shù)據(jù)、控制）第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用通道或輸入/輸出處理機的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CPU主存通道

I/O控制器

I/O通道

I/O

I/O

I/O

I/O控制器

I/O控制器第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多機系統(tǒng)—緊耦合系統(tǒng)：通過總線或交叉開關(guān)矩陣進行多機互連，通過共享存儲器實現(xiàn)多機之間的信息交換

CPU

LM共享存儲器

I/O

I/O...

CPU

LM...第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多機系統(tǒng)—松耦合系統(tǒng)：通過通信網(wǎng)絡(luò)連接各節(jié)點，節(jié)點之間以中斷方式傳送信息包。

CPU

LM

CAS

CAS

I/O

I/O

LM

CPU

MTS消息傳送系統(tǒng)局部總線局部總線第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件:應(yīng)用軟件:軟件用來管理整個計算機系統(tǒng)

操作系統(tǒng)語言處理程序(解釋、編譯)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)服務(wù)性程序(編輯、調(diào)試、診斷)網(wǎng)絡(luò)軟件按任務(wù)需要編制成的各種程序科學計算類程序工程設(shè)計類程序數(shù)據(jù)處理類程序信息管理類程序自動控制類程序第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從硬、軟件組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型傳統(tǒng)機器級（指令系統(tǒng)）微程序級（微程序控制器）邏輯部件級（硬件邏輯部件）操作系統(tǒng)級（操作系統(tǒng)）語言處理程序（解釋、編譯）應(yīng)用程序（軟件資源）用戶程序級（用戶程序）系統(tǒng)分析級（數(shù)學模型、算法）軟件部分圖1-9從組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型硬、軟界面第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從硬、軟件組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型（1）自下而上，計算機系統(tǒng)的逐級生成過程擬定指令系統(tǒng)（它是CPU硬、軟界面所在）創(chuàng)建硬件系統(tǒng)（稱為硬核。能實現(xiàn)指令功能）配置操作系統(tǒng)（它是系統(tǒng)軟件的核心和基礎(chǔ)）配置語言處理程序及軟件資源（將它們置于操作系統(tǒng)的管理調(diào)度之下）輸入用戶程序第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從硬、軟件組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型（2）自上而下，應(yīng)用計算機求解問題的過程系統(tǒng)分析級用戶程序級操作系統(tǒng)級傳統(tǒng)機器級(或機器語言級)硬件系統(tǒng)級第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

機器語言面向機器匯編語言面向機器高級語言面向問題第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

計算機高級語言程序目標程序結(jié)果翻譯運行計算機的解題過程第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

高級語言虛擬機器M3匯編語言虛擬機器M2操作系統(tǒng)虛擬機器機器語言實際機器M1微指令系統(tǒng)微程序機器M0第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機器語言程序用機器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件虛擬機器M4虛擬機器M3虛擬機器M2實際機器M1微程序機器M0系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬軟件功能劃分性能

軟件硬件硬件比例少硬件比例增加在完成相同功能的前提下:價格技術(shù)條件要求性能

價格技術(shù)條件要求硬件軟件第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬軟件功能劃分

硬件軟化:軟件完成較復雜功能,以降低硬件開銷。軟件硬化:硬件完成較復雜功能,以提高處理速度。軟件固化:運行微程序?qū)崿F(xiàn)較復雜功能,以提高性價比。功能分配與設(shè)計目標、技術(shù)條件有關(guān)。

關(guān)于指令系統(tǒng)的最小功能集合第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四計算機的特點自動連續(xù)地執(zhí)行程序運算速度快運算精度高存儲能