计算机组成原理第二讲概论

计算机组成原理第二讲概论第1页，共21页，2023年，2月20日，星期四内容回顾诺依曼体制的主要思想信息的数字化表示用数字化方法表示信息的优点存储程序的核心内容第2页，共21页，2023年，2月20日，星期四计算机系统组织硬件系统硬件系统：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等构成计算机硬件系统。中央处理器：运算器和控制器（加Cache）主机：CPU和存储器（加I/O接口和系统总线）I/O设备：输入设备和输出设备第3页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬件系统常见计算机硬件系统组成主存辅存CPU主机I/O硬件CU存储器输入设备运算器输出设备控制器第4页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬件系统常见计算机硬件系统组成ALUCPU主机I/OCU主存第5页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬件系统典型的硬件系统结构以总线为基础的系统结构

CPU主存接口接口

I/O

I/O系统总线（地址、数据、控制）第6页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬件系统典型的硬件系统结构采用通道或输入/输出处理机的大型系统结构

CPU主存通道

I/O控制器

I/O通道

I/O

I/O

I/O

I/O控制器

I/O控制器第7页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬件系统典型硬件系统结构多机系统—紧耦合系统：通过总线或交叉开关矩阵进行多机互连，通过共享存储器实现多机之间的信息交换

CPU

LM共享存储器

I/O

I/O...

CPU

LM...第8页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬件系统典型硬件系统结构多机系统—松耦合系统：通过通信网络连接各节点，节点之间以中断方式传送信息包。

CPU

LM

CAS

CAS

I/O

I/O

LM

CPU

MTS消息传送系统局部总线局部总线第9页，共21页，2023年，2月20日，星期四软件系统系统软件:应用软件:软件用来管理整个计算机系统

操作系统语言处理程序(解释、编译)数据库管理系统服务性程序(编辑、调试、诊断)网络软件按任务需要编制成的各种程序科学计算类程序工程设计类程序数据处理类程序信息管理类程序自动控制类程序第10页，共21页，2023年，2月20日，星期四系统组成层次结构从硬、软件组成角度划分的层次结构模型传统机器级（指令系统）微程序级（微程序控制器）逻辑部件级（硬件逻辑部件）操作系统级（操作系统）语言处理程序（解释、编译）应用程序（软件资源）用户程序级（用户程序）系统分析级（数学模型、算法）软件部分图1-9从组成角度划分的层次结构模型硬、软界面第11页，共21页，2023年，2月20日，星期四系统组成层次结构从硬、软件组成角度划分的层次结构模型（1）自下而上，计算机系统的逐级生成过程拟定指令系统（它是CPU硬、软界面所在）创建硬件系统（称为硬核。能实现指令功能）配置操作系统（它是系统软件的核心和基础）配置语言处理程序及软件资源（将它们置于操作系统的管理调度之下）输入用户程序第12页，共21页，2023年，2月20日，星期四系统组成层次结构从硬、软件组成角度划分的层次结构模型（2）自上而下，应用计算机求解问题的过程系统分析级用户程序级操作系统级传统机器级(或机器语言级)硬件系统级第13页，共21页，2023年，2月20日，星期四系统组成层次结构从语言功能角度划分层次结构

机器语言面向机器汇编语言面向机器高级语言面向问题第14页，共21页，2023年，2月20日，星期四系统组成层次结构从语言功能角度划分层次结构

计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行计算机的解题过程第15页，共21页，2023年，2月20日，星期四系统组成层次结构从语言功能角度划分层次结构

高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M0第16页，共21页，2023年，2月20日，星期四用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件虚拟机器M4虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0系统组成层次结构第17页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬软件功能划分性能

软件硬件硬件比例少硬件比例增加在完成相同功能的前提下:价格技术条件要求性能

价格技术条件要求硬件软件第18页，共21页，2023年，2月20日，星期四硬软件功能划分

硬件软化:软件完成较复杂功能,以降低硬件开销。软件硬化:硬件完成较复杂功能,以提高处理速度。软件固化:运行微程序实现较复杂功能,以提高性价比。功能分配与设计目标、技术条件有关。

关于指令系统的最小功能集合第19页，共21页，2023年，2月20日，星期四计算机的特点自动连续地执行程序运算速度快运算精度高存储能