计算机体系结构发展ppt课件.ppt

《计算机体系结构发展ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、计算机体系结构的发展1.计算机体系结构的概念随着当今社会和科技的飞速发展，自四十年代计算机问世以来，计算机科学更是发展迅速，应用领域不断扩展计算机的普及和广泛应用，现代社会正朝着高度信息化，自动化方向发展。计算机逐渐成为社会必不可少的支柱力量，所以了解计算机体系结构和硬件的发展的相关知识也成为了一种必要的知识能力计算机体系结构（ComputerArchitecture）是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。一般来说，低级机器的属性对于高层机器

2、程序员基本是透明的，通常所说的计算机体系结构主要指机器语言级机器的系统结构。经典的关于“计算机体系结构（computerarchitecture）”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性”计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定义的目标。计算机体系结构就是通常包含的系统元素有：计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。计算机体系结构

3、研究计算机系统中软、硬件的界面，即研究哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件完成。实际上，软件和硬件在逻辑功能上是等效的。就是说由软件实现的功能在原理上可以由硬/固件实现。同样，由硬件实现的功能原理上也可以通过软件模拟来实现。但是，软件和硬件在性能上是不等效的。因此，对于计算机系统软硬件功能分配应保证在满足应用的前提下，充分利用硬件和器件技术的发展，使系统达到较高的性能价格比。以常见的冯·诺伊曼计算机的设计为例，体系结构设计包括了：指令集架构(Instructionsetarchitecture；简称ISA)：被视为一种机器语言，包

4、含了许多相关的指令集(内存寻址、处理器控制，暂存器控制等等...)。微体系结构/微架构(Microarchitecture)或称计算机组织(Computerorganization)：是更详细的叙述系统内部各元素如何进行合作与沟通。数据表示，即硬件能直接识别和处理的数据类型和数据格式；寻址方式，包括最小寻址单位和地址运算等；寄存器定义，包括操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器等的定义、数量和使用方式；指令系统，包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机制等；异常机制，包括中断、NMI和内部异常等；机器工作状态的定义和切换

5、，如管态和目态等；输入输出结构，包括处理机、存储器与输入输出设备之间的连接方式、数据传送方式、数据流量、以及数据交换过程的控制等；2．发展历程计算机系统已经经历了四个不同的发展阶段。第一阶段60年代中期以前，是计算机系统发展的早期时代。在这个时期通用硬件已经相当普遍，软件却是为每个具体应用而专门编写的，大多数人认为软件开发是无需预先计划的事情。这时的软件实际上就是规模较小的程序，程序的编写者和使用者往往是同一个(或同一组)人。由于规模小，程序编写起来相当容易，也没有什么系统化的方法，对软件开发工作更没有进行任何管理。这种个体化的

6、软件环境，使得软件设计往往只是在人们头脑中隐含进行的一个模糊过程，除了程序清单之外，根本没有其他文档资料保存下来。第二阶段从60年代中期到70年代中期，是计算机系统发展的第二代。在这10年中计算机技术有了很大进步。多道程序、多用户系统引入了人机交互的新概念，开创了计算机应用的新境界，使硬件和软件的配合上了一个新的层次。实时系统能够从多个信息源收集、分析和转换数据，从而使得进程控制能以毫秒而不是分钟来进行。在线存储技术的进步导致了第一代数据库管理系统的出现。计算机系统发展的第二代的一个重要特征是出现了“软件作坊”，广泛使用产品软件

7、。但是，“软件作坊”基本上仍然沿用早期形成的个体化软件开方法。随着计算机应用的日益普及，软件数量急剧膨胀。在程序运行时发现的错误必须设法改正；用户有了新的需求时必须相应地修改程序；硬件或操作系统更新时，通常需要修改程序以适应新的环境。上述种种软件维护工作，以令人吃惊的比例耗费资源。更严重的是，许多程序的个体化特性使得它们最终成为不可维护的。“软件危机”就这样开始出现了。1968年北大西洋公约组织的计算机科学家在联邦德国召开国际会议，讨论软件危机课题，在这次会议上正式提出并使用了“软件工程”这个名词，一门新兴的工程学科就此诞生了。

8、第三阶段计算机系统发展的第三代从20世纪70年代中期开始，并且跨越了整整10年。在这10年中计算机技术又有了很大进步。分布式系统极大地增加亍计算机系统的复杂性，局域网、广域网、宽带数字通信以及对“即时”数据访问需求的增加，都对软件开发者提出了更高的要求。但是，在