計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論ppt課件-資料下載頁
2025-05-03 07:14本頁面
【正文】 統(tǒng)級(jí)，由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。用機(jī)器語言或操作系統(tǒng)級(jí)指令編程 各級(jí)的說明： 高級(jí)語言級(jí) 匯編語言級(jí) 操作系統(tǒng)級(jí) 一般機(jī)器級(jí) 微程序設(shè)計(jì)級(jí) 5 4 3 2 1 編譯程序 匯編程序 操作系統(tǒng) 微 程序 各級(jí)的說明： ?第 4級(jí)匯編語言級(jí)，用匯編語言編程。 ?高級(jí)語言級(jí) ，用高級(jí)語言編程，程序設(shè)計(jì)不需要太多的硬件支持，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、程序界面友好、但程序的效率較低。 ?語言與虛擬機(jī)之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系：機(jī)器定義了語言，語言也定義了機(jī)器。 高級(jí)語言級(jí) 匯編語言級(jí) 操作系統(tǒng)級(jí) 一般機(jī)器級(jí) 微程序設(shè)計(jì)級(jí) 5 4 3 2 1 編譯程序 匯編程序 操作系統(tǒng) 微 程序 各級(jí)之間的關(guān)系 ?高層是低層功能的擴(kuò)展和 虛擬化 ，低層是高層的基礎(chǔ)。 ?站在不同層次，得到不同的概念，看到不同的計(jì)算機(jī)屬性，使用不同的編程工具。 高級(jí)語言級(jí) 匯編語言級(jí) 操作系統(tǒng)級(jí) 一般機(jī)器級(jí) 微程序設(shè)計(jì)級(jí) 5 4 3 2 1 編譯程序 匯編程序 操作系統(tǒng) 微 程序 軟件和硬件的邏輯等價(jià)性 ?從邏輯功能看，任何由軟件實(shí)現(xiàn)的操作都可以由硬件來完成；反過來，任何由硬件實(shí)現(xiàn)的指令都可以由軟件來模擬。 ?進(jìn)行計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行軟 /硬件功能界面的劃分。即確定計(jì)算機(jī)的功能，哪些采用硬件實(shí)現(xiàn)、哪些采用軟件實(shí)現(xiàn)。 ?劃分的原理就是軟件和硬件的邏輯等價(jià)性 ?劃分的依據(jù)是性能 /價(jià)格。 固件 軟件的固化。從功能上看是軟件，從形態(tài)上看是硬件。 1)本來存在的事物，從某個(gè)角度去看卻好象不存在。 2)計(jì)算機(jī)分層結(jié)構(gòu)中的透明性 : ?一般機(jī)器級(jí)的特性，如通用寄存器的數(shù)量對(duì)高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)者透明 ?微指令的格式對(duì)一般機(jī)器級(jí)程序設(shè)計(jì)者透明 ? 還存在很多透明性 透明性 高級(jí)語言級(jí) 匯編語言級(jí) 操作系統(tǒng)級(jí) 一般機(jī)器級(jí) 微程序設(shè)計(jì)級(jí) 5 4 3 2 1 編譯程序 匯編程序 操作系統(tǒng) 微 程序 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 主機(jī) 外設(shè) 系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng) 語言處理程序 服務(wù)性程序 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件 信息管理軟件 輔助設(shè)計(jì)軟件 文字處理軟件 各種程序包 中央處理器 存儲(chǔ)器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 寄存器 運(yùn)算器 控制器 鍵盤 鼠標(biāo) 掃描儀 顯示器 打印機(jī) 繪圖儀 內(nèi)存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)器 硬盤 軟盤 磁帶機(jī) 光盤 ROM ( 只讀 ) RAM ( 隨機(jī) ) ROM P RO M EP RO M E2P RO M S RA M DRAM 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià) 1)幾個(gè)常用指標(biāo) (1)機(jī)器字長(zhǎng) ? 指參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)； ?由加法器、寄存器的位數(shù)決定； ?一般等于內(nèi)部寄存器的位數(shù)； ?字長(zhǎng)越長(zhǎng)，表示數(shù)據(jù)的范圍就越大，計(jì)算精確度就越高； ? 目前常見的計(jì)算機(jī)為 32位和 64位計(jì)算機(jī)。 (2)數(shù)據(jù)總線寬度 ?數(shù)據(jù)總線寬度是指數(shù)據(jù)總線一次能并行傳送的信息位數(shù)。 ?一般指 CPU內(nèi)部運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)總線。 ?有些計(jì)算機(jī)內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)總線寬度不一致： 808 8028 80386內(nèi)外數(shù)據(jù)總線等寬； 808 80386SX 外部總線寬度小于內(nèi)部總線寬度； Pentium外總線 64位，內(nèi)總線 32位（兩條 32位流水線） (3)主存儲(chǔ)器容量和帶寬 ?主存容量是指其包含的存儲(chǔ)單元總數(shù)量。 ?主存可以 字 節(jié) 編址、也可以 字 編址。 ?存儲(chǔ)帶寬 :指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器中讀出的二進(jìn)制數(shù)的信息量，常用單位 B/s（字節(jié) /秒）表示。 (4)CPU執(zhí)行時(shí)間 ?表示執(zhí)行一段程序所占用的 CPU時(shí)間 (程序的執(zhí)行時(shí)間除 CPU時(shí)間外還包括 I/O、存儲(chǔ)訪問、各類排隊(duì)時(shí)延等 )。 ?CPU時(shí)間的公式： CPU時(shí)間 = 程序中所有指令的時(shí)鐘周期數(shù)之和 ? 時(shí)鐘周期時(shí)間 =程序中所有指令的時(shí)鐘周期數(shù)之和 / 時(shí)鐘頻率 (回顧匯編語言課程中延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)原理 ) (5)CPI (Clock cycles Per Instruction) ? 執(zhí)行一條指令所需要的平均時(shí)鐘周期數(shù) ?CPI =程序中 所有指令的時(shí)鐘周期數(shù)之和 / 指令條數(shù) =程序中 各類指令的 CPI?程序中該類指令的比例 ?考慮 CPI后的 CPU時(shí)間可表示為 : CPU時(shí)間 = 1()n iIiICC P I???? 時(shí) 鐘 周 期 時(shí) 間總 指 令 數(shù)ICi表示第 i條指令的條數(shù) (6)MIPS (Million Instructions Per Second) ?表示每秒執(zhí)行多少百萬條指令 ? MIPS 10 6 ? ? 指令條數(shù) 執(zhí)行時(shí)間 CPU時(shí)鐘周期總數(shù) ? 指令條數(shù) ? 10 6 /f f CPI = ? 10 6 MIPS 指令條數(shù) ? 10 6 ? 程序的執(zhí)行時(shí)間 Te = 2)應(yīng)用舉例 例 1 假設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)主頻為 1GHZ，在其上運(yùn)行 202200條指令的目標(biāo)代碼，程序主要由 4條指令組成，他們所占的比例和各自的 CPI如下表所示。 指令類型 CPI 指令混合比例 算術(shù)和邏輯 1 60% Load/Store 2 18% 轉(zhuǎn)移 4 12% Cache缺失訪存 8 10% 解：平均 CPI = 1*60% + 2*18% + 4*12% +8*10% = MIPS = f/(CPI * 10 6) = 1*10 9/ ( *106 ) = 第一章 小結(jié) 本章主要知識(shí)點(diǎn)： ?計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成、各有何作用？ ?馮諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理 ?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) ?透明性概念 ?固件 ?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其應(yīng)用
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