计算机系统体系结构课件_1章.ppt

计算机系统的体系结构 天津农学院 2010.9 概论 课程名称 Computer Architecture 计算机系统结构，计算机体系结构 目的 建立计算机系统的整体概念 学习计算机系统的分析方法，设计方法 课程安排 课内 ：64学时 实验 ：16学时 第一章：计算机系统结构基础知识 1.计算机系统的多级层次结构 第一章：计算机系统结构基础知识 1.计算机系统的多级层次结构 第一章：计算机系统结构基础知识 1.计算机系统的多级层次结构 各级机器的实现技术 翻译：高级机器级上的程序整个的变成低一级机器级上等效程序，并在低一级上执行 例：应用语言机器级上的应用程序包翻译成高级语言程序 解释：低级机器级上用一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令 例：用微程序或机器指令程序解释实现操作系统的操作指令 第一章：计算机系统结构基础知识 1.计算机系统的多级层次结构 硬件（M0）→固件（M1）→软件（M2-M5） 固件（Firmware）：具有软件功能的硬件 软件硬件的逻辑等效性 软件为主实现的机器为虚拟机器 硬件或固件为主的机器为实际机器 性能，价格，实现的难易程度不等效性 第一章：计算机系统结构基础知识 1.计算机系统的多级层次结构 计算机系统的软硬件功能分配比例 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 计算机系统结构（Computer Architecture） 多级层次结构中传统机器级的结构 软件和硬件（固件）的主要交界面 机器语言程序（由高级语言翻译而来的机器语言目标程序）、汇编语言程序等在机器上运行所需要的机器属性（计算机系统结构属性） 计算机系统结构属性 数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、处理机的工作状态、输入输出系统、信息保护 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 透明性 本来存在的事物或属性，从某个角度去看似不存在 利：透明化可简化该级的设计 弊：无法控制其他级别 例：浮点数的表示，乘法指令 高级语言程序员：透明 汇编语言程序员：不透明 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 计算机组成（Computer Organization） 计算机系统结构的逻辑实现 机器内部数据流、控制流的组成及逻辑设计 计算机组成 数据通路宽度；专用部件的设置 各种操作对部件的共享程度；功能部件的并行性 控制机构的组成方式；缓冲和排队技术 预估、预判、技术；可靠性技术 速度和价格 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 装机配置单 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 计算机实现（Computer Implementation） 计算机组成的物理实现 处理器，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 专用器件的设计等 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 三者的互相影响 指令系统→计算机系统结构 指令的实现→计算机组成 实现指令的具体电路→计算机实现 三者互不相同，但又互相影响 随着技术、器件和应用的发展，三者之间的界限越来越模糊 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 IBM370系列的概念性结构 一级：中央处理机 二级：通道 三级：设备控制器 四级：外设 主存为中心 通道方式输入输出 系列计算机： 系统结构相同 组成和实现不同（性价不同） 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 IBM370系列的概念性结构 指令系统、汇编指令系统相同 指令分析、执行不同 顺序执行 重叠执行 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 IBM370系列的概念性结构 字长（系统结构）与数据通路宽度（组成与实现） 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 结构不同→组成技术不同 A:=B+C D:=ExF 面向寄存器 面向主存 Load R1,B Add B,C,A Add R1,C Mpy E,F,D Store A,R1 Load R2,E Mpy R2,F Store D,R2 第一章：计算机系统结构基础知识 2.计算机系统结构，组成与实现 计算机组成+实现=计算机实现 计算机实现=计算机逻辑实现+物理实现 计算机系统结构任务 软件硬件的功能分配 第一章：计算机系统结构基础知识 3.软硬件功能分配、性能评测、设计思路 软硬的取舍 取舍原则1：性能价格比 基本功能单元→硬件实现 产量大的计算机系统→硬件件实现 取舍原则2：不能过多限制组成、实现技术的采用 取舍原则3：软向硬靠拢 第一章：计算机系统结构基础知识