第1章 计算机系统结构导论

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1、计算机系统结构（第二版）尹朝庆、王莹目录第1章计算机系统结构导论1.1计算机系统结构的基本概念1.2计算机性能评测基础1.3并行计算机的发展第1章计算机系统结构导论1.1计算机系统结构的基本概念计算机系统性能的不断提高主要靠器件的变革和计算机系统结构的改进。计算机换代的标志：计算机的器件计算机系统的结构推动计算机系统结构发展的关键是提高计算机系统的并行性1.1.1计算机系统的层次结构从计算机语言的角度，可将通用计算机系统划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。微程序机器级传统机器语言机器级操作系统机器级

2、汇编语言机器级高级语言机器级应用语言机器级按由低层到高层的顺序，各层分别是：1.1.1计算机系统的层次结构从计算机语言的角度，可将通用计算机系统划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。微程序机器级传统机器语言机器级操作系统机器级汇编语言机器级高级语言机器级应用语言机器级按由低层到高层的顺序，各层分别是：中央处理机机器程序机器指令系统第2级机器语言计算机微程序控制寄存器传送门机器指令时序第1级微程序控制硬联逻辑逻辑线路内核硬操作时序第0级硬联逻辑硬件维护员设计员逻辑设计员机器语言程序员实现机器指定功能的中

3、央控制部分传统机器语言机器级应用程序信息处理系统应用语言第6级应用程序解释程序编译程序运行程序高级语言第5级高级语言计算机汇编程序运行程序汇编语言第4级汇编语言计算机操作系统系统资源键盘命令系统原语第3级操作系统操作员汇编语言程序员高级语言程序员用户操作系统机器级汇编语言机器级高级语言机器级应用语言机器级1.低层机器级对高层机器级的支持各层机器级语言的功能是依靠下一层机器级的支持才能实现的，而且，这种支持要满足透明性要求。透明性：从计算机系统的某一层的使用者角度看，只需通过该层的语言就可以使用机器，而不必关心其下

4、层的机器级是如何工作和如何实现对上层的支持的。计算机系统的“透明”是看不到的意思，即对某一层的使用者来说，他看不到该层以下各层的机器属性。2.计算机系统结构、计算机组成与实现计算机系统结构：（ComputerArchitecture）也称为计算机体系结构，经典的计算机系统结构的定义是指计算机系统多级层次结构中机器语言机器级的结构，它是软件和硬件/固件的主要交界面，是由机器语言程序、汇编语言源程序和高级语言源程序翻译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所应具有的界面结构和功能。计算机组成：（ComputerOr

5、ganization）是计算机系统结构的逻辑实现，它主要研究硬件系统在逻辑上是如何组织的，机器级内部数据流和控制流的组成与逻辑设计。计算机实现（ComputerImplementation）是指计算机组成的物理实现，主要着眼于器件技术和微组装技术。3.软件可移植性在计算机系统结构的范畴内，实现软件可移植性的基本途径有：统一高级语言采用系列机模拟和仿真等。软件可移植性：（SoftwarePortability）是指在一台机器上编制的软件不用修改或只经少量修改就可在另一台机器上运行，使得同一个软件可以应用于不同的硬件

6、环境中。系列机：具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现技术的一系列不同型号的机器。软件兼容：是指同一个软件可以不加修改地运行于结构相同的各档机器上，而且运行结果一致。系列机技术既可以使同一系列的机器在汇编语言上实现统一，又能在同一系列内开发出性能价格比更高的新机器。因此，在结构相同或相近的机器之间能实现汇编语言应用软件和部分系统软件的移植。向上（下）兼容是指在某档机器上编制的程序可不加修改地运行于比它高（低）档的机器上；向前（后）兼容是指在某型号机器上编制的程序可不加修改地运行于在它之前（后）投入市场的机器上。

7、对于系列机必须保证做到向后兼容，力争做到向上兼容。1.1.2计算机系统并行性的基本概念并行性：是指同一时刻或同一时间间隔内发生两种或两种以上性质相同或不相同的事件。同时性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并发性：是指两个或多个事件在同一时刻发生。1.发展计算机系统并行性的技术途径可以通过3类技术途径来提高计算机系统的并行性，这就是时间重叠、资源重复和资源共享。时间重叠是在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在处理时间上错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部件，提高多个处理过程的并发性。资源重复是在

8、并行性概念中引入空间因素，通过重复设置硬件资源分别同时用于多个处理过程，实现多个处理过程的同时性。资源共享是利用软件方法让多个任务按一定顺序轮流使用一套资源，通过提高系统资源利用率来提高系统的性能和效率。2.并行性等级(分以下两种情况,每种情况四级)（1）按计算机系统中执行程序的并行性划分①指令内部并行②指令之间并行③任务或进程之间并行④作业或程序之间并行（2）按计算机信