计算机系统结构随书清华大学出本社

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1、计算机系统结构课程介绍ComputerArchitecture“建筑学”、“建筑物的设计或式样”，通常是指一个系统的外貌。计算机系统结构计算机体系结构研究内容从外部来研究计算机系统使用者所看到的物理计算机的抽象编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解到的计算机的属性。软硬件功能分配及分界面的确定学习目的建立计算机系统的完整概念学习计算机系统的分析方法和设计方法掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理学科方向一级学科：计算机科学与技术二级学科：计算机系统结构、计算机软件计算机应用技术与其他课程的交叉主要包括：计算机组成原理、计算机操作系统、汇编语言、数据结

2、构、微机原理、高级语言等新内容：超标量处理机、超流水线处理机、向量处理机、并行处理机、多处理机等交叉点内容：提高，建立完整概念教材计算机系统结构，清华大学出版社，郑玮民，汤志忠编著，2001年第二版主要参考书1．《AdvancedComputerArchitectureandParallelprocessing》HeshamEL-Rewini，2．李学干,苏东庄,计算机系统结构,西安电子科技大学出版社。计算机系统结构第一章基本概念第二章指令系统第三章存储系统第四章输入输出系统第五章标量处理机第六章向量处理机第七章互连网络第八章并行处理机第九章多处理机第一章

3、　基本概念1.1计算机系统结构的定义1.2计算机系统的评价标准1.3计算机系统的设计方法1.4计算机系统结构的发展1.5计算机系统的分类1.1计算机系统结构的定义1.1.1两种定义1.定义一Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出：程序员所看到的计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性程序员：汇编语言、机器语言、编译程序、操作系统看到的：编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解到的主存储器主存控制器CPUIOP打印机卡片机终　端IOP磁盘机……磁带机概念结构功能特性：指令系统及其执行模式数据表示：硬件能够直接辩认和处理的数据类型和格式；

4、寻址方式：最小寻址单位、寻址方式的种类和地址运算等；寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专用寄存器的定义、数量和使用规则等；指令系统：机器指令的操作类型、格式，指令间的排序和控制机制等；中断系统：中断类型、中断级别和中断响应方式等；存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、最大寻址空间等；处理机工作状态：定义和切换方式，如管态和目态等；输入输出系统：连接方式、数据交换方式、数据交换过程的控制等；信息保护：包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持等。2.透明性概念本来存在的事物或属性，从某种角度看似乎不存在例如：浮点数表示、乘法指令对高级语言

5、程序员、应用程序员透明对汇编语言程序员、机器语言程序员不透明例如：数据总线宽度、微程序对汇编语言程序员、机器语言程序员透明对硬件设计者、计算机维修人员不透明3.定义二：计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和对软硬件界面的确定计算机系统由软件、硬件和固件组成，它们在功能上是同等的。同一种功能可以用硬件实现，也可以用软件或固件实现。不同的组成只是性能和价格不同。1.1.2计算机组成计算机组成是指计算机系统结构的逻辑实现，主要包括：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确定采用

6、何种可靠性技术1.1.3计算机系统的实现计算机实现是指计算机组成的物理实现，包括：处理机、主存储器等部件的物理结构器件的集成度和速度专用器件的设计器件、模块、插件、底版的划分与连接信号传输技术电源、冷却及装配技术，相关制造工艺及技术等计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，但随着技术、器件和应用的发展，三者之间的界限越来越模糊。1.1.4计算机系统的层次结构1.虚拟机概念从不同角度所看到的计算机系统的属性是不同的，包括：高级语言程序员、汇编语言程序员、系统管理员、硬件设计者大部分人对计算机的认识只需要在某一个层次上广义语言解释或编译虚拟计算

7、机观察者作用对象2.层次结构(接下页)中央处理机第2级机器语言机器语言程序员指令系统目标程序硬联逻辑第0级硬联逻辑硬件设计员操作时序逻辑电路微程序控制第1级微程序控制逻辑设计员指令时序寄存器逻辑(接下页)汇编程序第4级汇编程序汇编语言程序员汇编语言可执行程序操作系统第3级操作系统系统操作员系统原语键盘命令系统资源(续上页)应用程序第6级应用程序用户应用语言信息处理系统高级语言第5级高级语言高级语言程序员解释程序编译程序可执行程序(续上页)2.层次结构第0级由硬件实现第1级由微程序实现第2级至第6级由软件实现由软件实现的机器称为：虚拟机第2级是传统指令系统（

8、机器语言）机器第3级是操作系统机器操作系统是运行在第２级上的解释