(41)--计算机体系结构计算机组成原理.doc

《(41)--计算机体系结构计算机组成原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(41)--计算机体系结构计算机组成原理.doc（3页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、计算机体系结构计算机体系结构指软、硬件的系统结构，有两方面的含义：一是从程序设计者的角度所见的系统结构，它是研究计算机体系的概念性结构和功能特性，关系到软件设计的特性；二是从硬件设计者的角度所见的系统结构，实际上是计算机体系的组成或实现(参见计算机组织)，主要着眼于性能价格比的合理性。亚当(Adam)等人为了说明和研究从程序设计角度所看到的计算机的属性(外特性)，在1964年最先提出计算机系统结构的概念。概念性结构与功能特性，这是从程序设计者角度所看到的计算机属性。它包括机器内的数据表示、寻址方式以及对这些数据的运算和控制这些运算的执行等(即指令系统)。对于通用型机器，一般包括数据表示、寻址方

2、式、寄存器定义、指令系统、中断机构、机器工作状态的定义和状态切换、机器级的输入、输出结构以及对信息保护的支持等。计算机体系结构主要研究软件、硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定。20世纪70年代以来，在计算机软件方面有了显著的进展。计算机在性能、速度、价格、可靠性和组织、实现技术上虽比20世纪50年代末有了巨大的突破，但它们的系统结构却并没有什么明显的、突破性的进展。绝大多数机器的系统结构仍然没有脱离冯诺伊曼型的范围。程序设计者所见的系统结构和20世纪50年代末相比变化不大。例如，对于指令系统，程序设计者基本上仍然立足于20世纪50年代末的计算机系统结构观点来设计复杂得多的软件。传统计算机的硬

3、件组成与高级语言和操作系统之间的严重脱节，给软件的可靠性、源程序编译效率以及系统的解题效率等方面带来不利的影响，这是计算机系统结构需要解决的重要课题。20世纪70年代出现的数据流计算机系统结构思想，把传统计算机的指令控制流控制方法改变为数据控制流的控制方法，从而有可能自动排除运算相关性的障碍，达到高度并行的目的。计算机软、硬件功能分配，主要应从实现费用、对速度的影响和其他性能要求来考虑，亦即考虑如何分配能提高性能价格比。操作系统的基本的、通用的功能的硬化或固化，有利于提高操作系统的执行效率和速度，减少开销;而功能不稳定，即需要不断变化的，用软件实现有利于提供应有的灵活性。实现费用包括研制费用和

4、重复生产费用。硬件的设计费用和重复生产费用都比软件大，宜于硬件实现的功能应该是稳定的、常用的、比较小的，而且是软件实现的速度下降会对计算机系统性能有较大影响的那些功能。硬件实现只是对产量大的计算机系统才有经济效益。八种属性1机内数据表示：硬件能直接辨识和操作的数据类型和格式2寻址方式：最小可寻址单位、寻址方式的种类、地址运算3寄存器组织：操作寄存器、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4指令系统：机器指令的操作类型、格式、指令间排序和控制机构5存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、最大可编址空间6中断机构：中断类型、中断级别，以及中断响应方式等7输入输出结构：输入输出

5、的连接方式、处理机/存储器与输入输出设备间的数据交换方式、数据交换过程的控制8信息保护：信息保护方式、硬件信息保护机制。内容要点计算机的概念性结构和功能特性，这是指系统程序设计者眼中的计算机系统的属性，也包括机器设计者所看到的计算机系统的逻辑结构。简言之，是组成计算机的各部分之间的相互关系的详细说明，它是硬件、软件、算法和语言的综合性概念。计算机体系结构这一术语也称作计算机系统结构。它已发展为一门内容广泛的学科，并成为高等学校计算机专业学生的必修课。它所研究的主要内容如下：1.指令系统包括机器指令的操作类型、格式、寻址等。2.存储系统包括多级存储层次、虚拟存储器结构、高速缓冲存储器结构及存储保护等。3.输入输出系统包括通道结构、输入输出处理机结构等。4.中央处理机结构包括冯诺依曼结构、非冯诺依曼结构、重叠结构、流水结构、并行处理结构等。5.多机系统包括互连技术，多处理机结构、分布处理结构、计算机网络结构等。6.人机通信联系包括人-机接口、计算机可靠性、可用性和可维护性(这三者称为RAS技术)、容错技术、故障诊断等。7.计算机硬件描述语言、计算机系统性能评价等内容。