uestc微处理器体系结构嵌入式系统设计第2章计算机系统组成与体系结构

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1、第二章计算机系统的结构组成与工作原理2.1计算机系统的基本结构与组成层次模型Hiberarchy结构Architecture、组成Organization与实现Realization2.2计算机系统的工作原理冯·诺依曼计算机架构模型机：系统结构、指令集、工作流程2.3微处理器体系结构的改革改进：指令集(RISC/CISC)、分层存储器、高速总线/接口改变：流水线、超标量、超长指令字、多机/核、多线程2.4计算机体系结构分类2.5计算机性能评测Performance字长、存储容量、运算速度并行技术2021/7/171/50Flynn第二章习题作业：2~6、14、15思考：1

2、、7~132021/7/172/322021/7/172/50早期三层模型3/322021/7/172021/7/173/501951年剑桥大学提出（a）软硬件层次（b）语言层次计算机系统的层次结构（a）图自下而上反映了系统逐级生成的过程，自上而下反映了系统求解问题的过程；软硬件的逻辑等价性可以表现为：硬件软化（如RISC思想）、软件硬化（如CISC思想）、固件化（如微程序）；（b）图中的虚拟机：与某种特殊编程语言对应的假想硬件机器微体系结构层（微程序或硬连逻辑）操作系统层语言处理层（解释、编译）用户程序层（语言编程）系统分析层（数学模型、算法）硬核级数字逻辑层（硬件）指

3、令系统层（机器语言指令）应用语言虚拟机高级语言虚拟机汇编语言虚拟机操作系统虚拟机机器语言级微程序级寄存器级（硬件）硬件系统：异常处理机构、指令系统、CPU、存储器、I/O及通信子系统系统软件：操作系统、编译器、数据库管理系统、Web浏览器、设备驱动、中断服务程序应用软件应用开发角度的多层结构硬件向上提供的接口：指令系统异常事件端口定义2021/7/175/50体系结构、组成与实现体系结构Architecture程序员关心的计算机概念结构与功能特性如：确定指令集中是否有乘法指令；计算机组成Organization从硬件角度关注物理机器的组织如：乘法指令由专用乘法器还是用加法

4、器实现计算机实现Realization底层的器件技术、微组装技术、冷却技术等如：加法器底层的物理器件类型及微组装技术系列机2021/7/176/50计算机的体系结构1946年，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学博士Mauchley和电气工程师Eckert领导的小组研制成功世界上第一台数字式电子计算机ENIAC。著名的美籍匈牙利数学家VonNeumann参加了为改进ENIAC而举行的一系列专家会议，研究了新型计算机的体系结构。1949年，英国剑桥大学的威尔克斯等人在EDSAC机上实现了冯·诺依曼模式。直至今天冯·诺依曼体系结构依然是绝大多数数字计算机的基础。2021/7/1

5、77/50计算机的组成（1）计算机的组成（1）计算机的组成（1）计算机的组成（1）G.SkillDDR31600，4GB*4CoreI7-3960X6核12线程计算机的组成（1）猫头鹰Noctua14cm散热风扇计算机的组成（1）EnzotechCPU水冷头计算机的组成（1）计算机的组成（1）计算机的组成（1）NVIDIAQuadroFX5800计算机的组成（1）AMDFireGL,V8750计算机的组成（1）Razer曼巴眼镜蛇Cherry机械茶轴计算机的组成（1）专业领域EIZO24.1DellUltrasharp24计算机的组成（1）酷冷至尊COSMOS计算机的组成

6、（1）安耐美冰核1250W计算机的组成（1）计算机的组成（1）计算机的组成（1）计算机的实现半导体技术制造技术封装技术装配技术电源技术冷却技术……2021/7/1725/50冯·诺依曼体系结构硬件组成五大部分运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备以存储器为中心信息表示：二进制计算机内部的控制信息和数据信息均采用二进制表示，并存放在同一个存储器中。工作原理：存储程序/指令(控制)驱动编制好的程序(包括指令和数据)预先经由输入设备输入并保存在存储器中；计算机开始工作后，在不需要人工干预的情况下由控制器自动、高速地依次从存储器中取出指令并加以执行。模型机体系结构基于总线的冯

7、·诺依曼架构模型机总线子系统：作为公共通道连接各子部件，用于实现各部件之间的数据、信息等的传输和交换存储器子系统：用来存放当前的运行程序和数据输入输出子系统：用于完成计算机与外部的信息交换CPU子系统：集成了运算器、控制器和寄存器的超大规模集成电路芯片(VLSI)2021/7/1727/50模型机总线结构按传输信息的不同，可将总线分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三类：地址总线通常是单向的，由主设备(如CPU)发出，用于选择读写对象(如某个特定的存储单元或外部设备)；数据总线用于数据交换，通常是双向的；控制总线包括真