计算机系统结构-chapter1-1-计算机系统结构概论课件.ppt

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1、第一章第一章 计算机系统结构概论计算机系统结构概论计计算算机机系系统统结结构构2目录目录v计算机系统的多级层次结构 v计算机系统结构、组成与实现 v计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理 v软件、应用、器件对系统结构的影响 v系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类 计计算算机机系系统统结结构构3什么是计算机？什么是计算机？v计算机是一种不需要人的直观干预而能自动完成各种算术和逻辑运算的工具。v说明：随着技术的发展，概念有所变化。vPDA、机顶盒、商务通、MP3，智能手机等计算机是工具。Tools计计算算机机系系统统结结构构4计算机的功能计算机的功能v科学计算v数据处理（信息处理）v过程

2、控制v人工智能计计算算机机系系统统结结构构计计算算机机系系统统结结构构61 计算机系统的多级层次结构计算机系统的多级层次结构 v机机器器：能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的执行体。v计计算算机机语语言言：是用以描述控制流程的、有一定规则的字符集合。语言不是专属软件范畴(如编程语言)，可以分属于计算机系统的各个层次，具有不同作用。计计算算机机系系统统结结构构7计算机的层次观点计算机的层次观点结构观点结构观点计算机系统外围设备计算机通信线路中央处理器主存储器I/O系统互连控制器算术逻辑单元寄存器控制器顺序逻辑控制器的寄存器和译码器控制存储器计算机系统的层次特性是研究计算机体系结构的基础计计

3、算算机机系系统统结结构构8计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构v计算机系统软件硬件/固件v计算机语言由低级向高级发展高一级语言的语句相对于低级语言功能更强，更便于应用，但又都以低级语言为基础。v多级层次结构：是从使用语言的角度，基于程序员与计算机系统对话中所采用的语言结构和语义划分。机器-语言现代计算机系统的层次结构分为六级。计计算算机机系系统统结结构构计计算算机机系系统统结结构构10微程序机器M0具有L0机器语言（微指令系统）第0级实际机器传统机器M1具有L1机器语言（机器指令系统）第1级实际机器微指令由硬件直接执行由微指令程序解释机器指令计计算算机机系系统统结结构构11微程序机器M0具

4、有L0机器语言（微指令系统）第0级实际机器传统机器M1具有L1机器语言（机器指令系统）操作系统机器M2具有L2机器语言（作业控制语言等）第1级实际机器第2级虚拟机器微指令由硬件直接执行由微指令程序解释机器指令一般用机器语言程序解释作业控制语句计计算算机机系系统统结结构构计计算算机机系系统统结结构构13微程序机器M0具有L0机器语言（微指令系统）第0级实际机器传统机器M1具有L1机器语言（机器指令系统）操作系统机器M2具有L2机器语言（作业控制语言等）汇编语言机器M3具有L3机器语言（汇编语言）高级语言机器M4具有L4机器语言（高级语言）第1级实际机器第2级虚拟机器第3级虚拟机器第4级虚拟机器微

5、指令由硬件直接执行由微指令程序解释机器指令一般用机器语言程序解释作业控制语句汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言（或是某种中间语言程序，或是机器语言程序）计计算算机机系系统统结结构构计计算算机机系系统统结结构构15多级层次结构（机器多级层次结构（机器-语言）语言）vM5：应用语言机器-应用语言vM4：高级语言机器-高级语言vM3：汇编语言机器-汇编语言vM2：操作系统机器-作业控制语言vM1：传统机器-机器指令系统vM0：微程序机器-微指令系统计计算算机机系系统统结结构构16人与多级层次结构的比较人与多级层次结构的比较计算机系统人应用语言级为人民服务级高

6、级语言级读书、学习级汇编语言级语言、思维级操作系统极生理功能级传统机器级人体器官级微程序机器级细胞组织级电子线路级分子级这种联系很不科学，只是让大家轻松一下这种联系很不科学，只是让大家轻松一下计计算算机机系系统统结结构构计计算算机机系系统统结结构构18应用语言级应用语言级高级语言级高级语言级汇编语言级汇编语言级操作系统级操作系统级传统机器级传统机器级微程序机器级微程序机器级电子线路电子线路 L5虚拟机虚拟机L4虚拟机虚拟机L3虚拟机虚拟机L2虚拟机虚拟机翻译（应用程序包）翻译（应用程序包）翻译（编译程序）翻译（编译程序）翻译（汇编程序）翻译（汇编程序）软硬件交界面软硬件交界面物理机器物理机器解

7、释解释硬件直接执行硬件直接执行固件固件硬件硬件系统系统软件软件虚虚拟拟机机器器实实际际机机器器应用应用软件软件部分解释部分解释计计算算机机系系统统结结构构19v虚拟机虚拟机：由软件实现的机器。v语言实现的两种基本技术翻翻 译译：先 把 N+1级 程 序 全 部 变 换 成 N级 程 序 后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。解解 释释：每 当 一 条 N+1级 指 令 被 译 码 后，就 直 接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级的指令，依此重复进行。v区区别别：是否生成目标代码。解释执行比翻译花的时间多，但存储空间占用较少。v编译为整体行为，可以优化

8、，效率高，与平台有关。如C、C+、Fortran等v解释为局部行为，不优化，效率低，与平台无关。如：Basic、Shell、Perl等v编译+解释如：Java，编译Bytecode解释执行计计算算机机系系统统结结构构20几点说明几点说明vM0用硬件，M1用固件，其它用软件。固固件件(Firmware)：指存储在计算机ROM和其它集成电路中的系统软件，固件不能随意改变。v计算机系统作为一个整体，包括软、硬件，之间无固定界面。v低层语言功能简单，而高层语言功能复杂。v虚虚拟拟机机器器(VirtualMachine)：用软件为主实现的机器。例如：Java虚拟机。计计算算机机系系统统结结构构21分层的优点分层的优点v有利于人们正确理解计算机系统的工作，明确软硬件和固件在计算机系统的地位和作用v理解各种语言的实质及其实现v有利于探索虚拟机器新的实现途径，便于设计新的系统v有助于理解计算机体系结构的含义，从而合理地进行计算机系统的开发和设计。