[计算机软件及应用]计算机系统结构

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1、计算机系统结构第一章绪论★计算机更新换代的标志1.制造计算机的器件更新———计算机发展的物质基础。电子管、晶体管、中小规模IC、VLIC。2.计算机系统结构的改进——系统结构改进，重要概念的提出并实现。地址寄存器、通用寄存器、浮点数中断、输入输出通道、间接寻址、虚拟存储器、微程序设计、Cache系列化等。系统结构的性能同样对机器的速度有影响。65～75年间器件速度提高十倍，而指令时间却以百倍速度下降。§1.1计算机系统结构§1.1.1计算机系统层次结构一．从功能或从使用者的角度可以将计算机划分为多级层次。应用语言M6应用程序应用程序信息处理系

2、统用户高级语言M5高级语言机解释（编译）程序运行程序高级语言程序员汇编语言M4汇编语言机汇编程序运行程序汇编语言程序员键盘命令系统源语M3操作员操作系统系统资源操作员机器指令系统M2机器语言机中央处理机机器语言程序机器语言程序员机器指令时序M1微程序机逻辑设计员微程序控制寄存器传送门时序电路M0硬联逻辑硬件逻辑逻辑线路内核硬件维护员设计员1.M0,M1是机器的核心部分，某些机器不用微程序解释执行指令，直接用硬件逻辑实现机器指令系统，M0和M1就合而为一。有些机器用毫微程序实现微程序，则M0还可以划分为两级。2.M2机器语言机器用指令系统编写程

3、序，是机器语言程序员的工作。微机原理的指令系统编程为这一级。3.M3操作系统机器该级上支持两类指令；机器语言指令，操作系统指令（打开文件，读/写文件，关闭文件等）。操作系统是运行在第二级上的解释程序。4.M4汇编语言机器使用汇编语言编程，先译成M3或M2的语言后执行。5.M5高级语言机器　高级语言程序先译成M4或M3级语言而后执行。解释执行只是边译边执行。6.M6应用语言机器这类语言程序大多是用高级语言编写的语言程序实现的，用户不必是计算机专业人员，仅用终端键盘、鼠标器等发出一些命令进行操作。例用FoxPro,DBASE等编写的管理系统控制系

4、统等。二．层次结构的作用1.有助于对计算机系统的理解，软件、硬件、固件的地位和作用。2.有助于各种语言及其实现。3.有助于理解计算机系统结构并设计新的计算机系统。§1.1.2计算机系统结构定义一．定义：(Amdahl1964年提出)由程序设员所看到的计算机系统的属性——编写能在机器上正确运行的程序必须了解的概念性结构和功能特性。特点：不同程序设计者所看到的计算机系统的属性不同。高级语言程序设计者几乎看不到不同计算机系统的区别（TRANSPARENCY）。二．本课程的范围研究计算机系统软件、硬件/固件功能分配及其界面的确定。包括:数据表示寻址方

5、式存贮系统指令系统I/O系统结构寄存器定义中段机构工作状态的定义和切换信息保护实质：是机器语言程序员需要了解的和遵循的计算机属性。不包括：数据流、控制流、逻辑设计和物理实现。§1.1.3计算机系统结构、计算机组成与实现一．区别1.ComputerArchitecture计算机系统软件、硬件/固件功能分配及其界面的确定。2.ComputerOrganization计算机系统结构的逻辑实现,包括数据流、控制流组成及逻辑设计。3.ComputerImplementation计算机组成的物理实现包括：物理结构——处理机、主存等部件器件技术——集成度、

6、速度、专用器件设计组装技术——器件、模块、插件、底板的划分连接、信号传输、电源、冷却及整机装配。例：指令系统确定属（CA），指令实现包括取指、取数、运算、存结果等，操作排序属（CO），电路、器件设计及装配属（CI）。又例：确定是否有乘法指令属（CA），用乘法器还是用加法器及右移实现乘法指令属（CO），器件的选定（集成度、速度、类型、数量、价格等），及微组装技术属（CI）。又例：主存容量及编址方式的确定属（CA），为达到性能价格比确定主存速度、逻辑结构（存贮体结构）属（CO），主存系统的实现（器件、逻辑电路及微组装技术）属（CI）。二．系统结构

7、范围1.数据表示硬件能直接识别的数据类型和格式等。2.寻址方式最小寻址单位，寻址方式的种类、表示和地址计算等。3.寄存器组织操作数寄存器、变址寄存器、专用寄存器的定义、数量和使用约定等。4.指令系统机器指令的操作类型和格式，指令间的排序方式和控制机构等。5.存贮系统最小编址单位、编址方式、主存容量、最大编址空间等。6.中断机构中断类型、中断分级、中断处理程序功能及入口地址等。7.机器工作状态如管态、目态的定义和切换。8.机器级的I/O机构I/O联接方式、设备访问方式、源、目的及其传送量，操作结束与出错指示等。9.信息保护保护方式、硬件保护支持

8、等。三．计器机组成范围1.数据通路宽度数据总线信息位数。2.专用部件的设置例乘除部件、浮点运算、字符处理、地址运算,部件数量。3.功能部件的共享度逻辑上无关的操作共