計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（第1講）-全文預(yù)覽
【正文】 目前計(jì)算機(jī) 最少硬件 軟件 硬件 軟 硬 件 比 例 七十年代 硬件 軟件 成本 年代 2. 從價(jià)格因素考慮的軟硬件取舍 設(shè)： 硬件設(shè)計(jì)費(fèi)為 Dh 軟件設(shè)計(jì)費(fèi)為 Ds 硬件拷貝費(fèi)為 Ch 軟件拷貝費(fèi)為 Cs R為軟件重復(fù)出現(xiàn)次數(shù)（占用內(nèi)存、占用介質(zhì)） 當(dāng)臺數(shù)為 V時，每臺的硬件費(fèi)用和軟件費(fèi)用之比為： （ ）：（ ）DhVCh DsVR Cs? ? ? 由于： Dh Ds， Ch Cs， 有 結(jié)論 1：當(dāng) R很大時，即經(jīng)常使用的基本功能適宜用硬件實(shí)現(xiàn) 由于： Ds Cs， 有 結(jié)論 2： 當(dāng) V很大時，即生產(chǎn)臺數(shù)很多時適宜用硬件實(shí)現(xiàn) 另外，還要從處理機(jī)速度和國家需要等方面來考慮。 1995年， 推出 SPECint’95和 SPECfp’95 處理機(jī) SPECint’95 SPECfp’95 PentiumII 400 PentiumII 450 PentiumIII 500 PientiumIII 550 Celeron 300A Celeron 333 Celeron 366 Celeron 400 Celeron 433 Celeron 466 TPC基準(zhǔn)程序 Transaction Processing Council（ 事務(wù)處理委員會） 成立于 1988年，已有 40多個成員； 用于評測計(jì)算機(jī)的事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫處理、企業(yè)管理與決策支持等方面的性能。 測試結(jié)果用 Kwips表示。稱為基準(zhǔn)程序 (benchmark) 整數(shù)測試程序： Dhrystone 用 C語言編寫， 100條語句。 如果 FPSQR操作的 CPI也為 ，重新計(jì)算等效 CPI。通常：加、減法 50％，乘法 15％， 除法 5％，程序控制 15％，其他 15％ ）（等效 等效指令速度等效指令執(zhí)行時間???????????niiini iiniiiWC P IC P IM I P SWM I P STWT111/1)(例 2： 我國最早研制的小型計(jì)算機(jī) DJS130， 定點(diǎn)16位，加法每秒 50萬次，但沒有硬件乘法和除法指令 ,用軟件實(shí)現(xiàn)乘法和除法，速度低 100倍左右。 . 4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1. 虛擬機(jī)概念 從不同角度所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性是不同的，包括： 高級語言程序員、匯編語言程序員、系統(tǒng)管理員、硬件設(shè)計(jì)者 大部分人對計(jì)算機(jī)的認(rèn)識只需要在某一個層次上 廣義語言 解釋或編譯 虛擬計(jì)算機(jī) 觀察者 作用對象 2. 層次結(jié)構(gòu) (接下頁 ) 中央處理機(jī) 第 2級 機(jī)器語言 機(jī)器語言 程序員 指令系統(tǒng) 目標(biāo)程序 硬聯(lián)邏輯 第 0級 硬聯(lián)邏輯 硬件 設(shè)計(jì)員 操作時序 邏輯電路 微程序控制 第 1級 微程序控制 邏輯 設(shè)計(jì)員 指令時序 寄存器邏輯 (接下頁 ) 匯編程序 第 4級 匯編程序 匯編語言 程序員 匯編語言 可執(zhí)行程序 操作系統(tǒng) 第 3級 操作系統(tǒng) 系統(tǒng) 操作員 系統(tǒng)原語 鍵盤命令 系統(tǒng)資源 (續(xù)上頁 ) 應(yīng)用程序 第 6級 應(yīng)用程序 用戶 應(yīng)用語言 信息處理系統(tǒng) 高級語言 第 5級 高級語言 高級語言 程序員 解釋程序 編譯程序 可執(zhí)行程序 (續(xù)上頁 ) 2. 層次結(jié)構(gòu) 第 0級由硬件實(shí)現(xiàn) 第 1級由微程序?qū)崿F(xiàn) 第 2級至第 6級由軟件實(shí)現(xiàn) 由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為： 虛擬機(jī) 第 2級是傳統(tǒng)指令系統(tǒng)（機(jī)器語言）機(jī)器 第 3級是操作系統(tǒng)機(jī)器 操作系統(tǒng)是運(yùn)行在第２級上的解釋程序 第 4級是匯編語言機(jī)器 第 5級是高級語言機(jī)器 第 6級是應(yīng)用語言機(jī)器 從學(xué)科領(lǐng)域來劃分 第 0和第 1級屬于計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第 3至第 5級是系統(tǒng)軟件 第 6級是應(yīng)用軟件 它們之間仍有交叉 第 0級要求一定的數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 第 2級涉及匯編語言程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容 第 3級與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 2. 透明性概念 本來存在的事物或?qū)傩裕瑥哪撤N角度看似乎不存在 例如：浮點(diǎn)數(shù)表示、乘法指令 對高級語言程序員、應(yīng)用程序員透明 對匯編語言程序員、機(jī)器語言程序員 不透明 例如：數(shù)據(jù)總線寬度、微程序 對匯編語言程序員、機(jī)器語言程序員 透明 對硬件設(shè)計(jì)者、計(jì)算機(jī)維修人員不透明 3. 定義二：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究軟硬件功能分配和對軟硬件界面的確定 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由軟件、硬件和固器組成，它們在功能上是同等的。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （第 1講） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程介紹 Computer Architecture “建筑學(xué)”、“建筑物的設(shè)計(jì)或式樣”，通常是指一個系統(tǒng)的外貌。 3． Kai Hwang， 高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 并行性 可擴(kuò)展性 可編程性 ，清華大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第一章 基本概念 第二章 指令系統(tǒng) 第三章 存儲系統(tǒng) 第四章 輸入輸出系統(tǒng) 第五章 標(biāo)量處理機(jī) 第六章 向量處理機(jī) 第七章 互連網(wǎng)絡(luò) 第八章 并行處理機(jī)和 多處理機(jī) 第一章 基本概念 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義 兩種定義 1. 定義一 Amdahl于 1964年在推出 IBM360系列計(jì)算機(jī)時提出： 程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性 程序員： 匯編語言、機(jī)器語言、編譯程序、操作系統(tǒng) 看到的： 編寫出能夠在機(jī)器上正確運(yùn)行的程序所必須了解到的東西 主存儲器 主存控制器 CPU IOP 打印機(jī) 卡片機(jī) 終 端 IOP 磁盤機(jī) …… 磁帶機(jī) 概念結(jié)構(gòu) 功能特性： 指令系統(tǒng)及其執(zhí)行模式 數(shù)據(jù)表示： 硬件能夠直接認(rèn)別和處理的數(shù)據(jù)類型和格式； 尋址方式： 最小尋址單位、尋址方式的種類和地址運(yùn)算等； 寄存器組織： 操作數(shù)寄存器、變址寄存器、控制寄存器及專用寄存器的定義、數(shù)量和使用規(guī)則等； 指令系統(tǒng)： 機(jī)器指令的操作類型、格式，指令間的排序和控制機(jī)制等； 中斷系統(tǒng)： 中斷類型、中斷級別和中斷響應(yīng)方式等； 存儲系統(tǒng)： 最小編址單位、編址方式、主存容量、最大尋址空間等； 處理機(jī)工作狀態(tài)： 定義和切換方式，如管態(tài)和目態(tài)等； 輸入輸出系統(tǒng)： 連接方式、數(shù)據(jù)交換方式、數(shù)據(jù)交
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