【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 system as seen by the programmer, . the conceptual structure and function behaviour, as distinct from the anization of the data flows and controls, the logic design, and the physical implementation. Amdahl, Blaaw and Brooks (1964) 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 2. 2. 2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 是指程序員所看到的機(jī)器的屬性，即機(jī)器的概念性結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)。 這里，程序員主要是指匯編程序員。 同一廠家生產(chǎn)的具有相同計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)被稱為系列計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱系列機(jī)。 IBM S/360是計(jì)算機(jī)歷史上的第一個(gè)系列機(jī)。 DEC公司有： PDP11， VAX11系列。 CRAY公司有： CRAY系列超級(jí)計(jì)算機(jī)。 Intel公司有： 80x86系列微處理器。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 概念性的結(jié)構(gòu) (1) 主存儲(chǔ)器 主存控制器 ＣＰＵ ＩＯＰ ＩＯＰ 打印機(jī) 磁盤(pán)機(jī) 卡片機(jī) ? 磁帶機(jī) 終 端 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 概念性的結(jié)構(gòu) (2) 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 概念性的結(jié)構(gòu) (3) 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 功 能 特 性 ?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； ?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(jí)別和中斷響應(yīng)方式等； ?存儲(chǔ)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)：狀態(tài)的定義和切換方式，如管態(tài)和目態(tài)； ?輸入輸出系統(tǒng)：連接方式、數(shù)據(jù)交換方式、數(shù)據(jù)交換過(guò)程的 控制等； ?信息保護(hù)，包括信息保護(hù)方式和硬件對(duì)信息保護(hù)的支持等。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 2. 2. 2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 軟件兼容：同一個(gè)程序可以不加修改地在具有相同體系結(jié)構(gòu)的各檔機(jī)器上正確運(yùn)行，唯一區(qū)別僅僅在于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短不同。 則安達(dá)爾就是以軟件兼容（統(tǒng)一機(jī)器語(yǔ)言）的方式解決了程序的可移植性問(wèn)題。 不同廠家生產(chǎn)的具有相同計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)被稱為兼容計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱兼容機(jī)。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 ? 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和系列機(jī)概念的提出是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑?！坝?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)” 概念仍在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中處于重要的地位，按“系列機(jī)”的思想來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)仍是所有計(jì)算機(jī)廠商所必須遵循的原則。 ? 同時(shí)，這一概念也影響了軟件開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致軟件工程領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)新的概念 —— 軟件體系結(jié)構(gòu)。欲了解這一概念及相關(guān)技術(shù)，請(qǐng)學(xué)習(xí)“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程或相關(guān)書(shū)籍。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 2. 2. 2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 硬件和軟件在邏輯功能上是等價(jià)的。軟件的功能在原理上可以由硬件或固件來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件的功能在原理上也可以由軟件的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就是計(jì)算機(jī)軟件 /硬件的 等價(jià)性原理 。 計(jì)算機(jī)組成 是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。一種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)可以有多種不同的計(jì)算機(jī)組成。 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。一種計(jì)算機(jī)組成也可以有多種不同的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 2. 2. 2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 的核心是指令集 ( Instruction Set )。指令集就是軟、硬件功能劃分的界面。 指令對(duì)程序員是不透明的，但是指令的實(shí)現(xiàn)對(duì)程序員是透明的。 計(jì)算機(jī)指令集的設(shè)計(jì)不是孤立的，它必須考慮體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) + 計(jì)算機(jī)組成 = 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （微體系結(jié)構(gòu)） 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 2 . 2 電子計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 2. 2. 1 電子計(jì)算機(jī)的基本組成 2. 2. 2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 2. 2. 3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 為什么要分層？ 只有把一門(mén)藝術(shù)轉(zhuǎn)變成一項(xiàng)工程，才能做到其產(chǎn)品生產(chǎn)的 “多快好省 ”。軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，從編制程序發(fā)展到軟件工程，也說(shuō)明了相同的道理。 為了提高生產(chǎn)率， 工程的一個(gè)最重要的思想就是引入 “分工與協(xié)作 ”。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 第 5級(jí)：應(yīng)用語(yǔ)言虛擬機(jī) 第 4級(jí)：高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī) 第 3級(jí)：匯編語(yǔ)言虛擬機(jī) 第 2級(jí)：操作系統(tǒng)虛擬機(jī) 第 1級(jí)：機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器 第 0級(jí)：微程序機(jī)器 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理 2 . 2 電子計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 2. 2. 3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) ? 虛擬機(jī)：因?yàn)橛脩粼谑褂糜?jì)算機(jī)時(shí)，看到的就是這些軟件的界面，他并不了解也不必了解物理計(jì)算機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及工作原理。這些軟件的界面向用戶提供了他期望讓計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的全部功能。換句話說(shuō)，這些軟件的界面就是計(jì)算機(jī)所具有功能的具體體現(xiàn)。 ? 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)有解釋 (Intelpretation)和翻譯(Translation)兩種途徑。 2022/2/16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院 李東 教授 計(jì)算機(jī)組成原理