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1、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，本讲稿共21页内容回顾内容回顾诺依曼体制的主要思想诺依曼体制的主要思想信息的数字化表示信息的数字化表示用数字化方法表示信息的优点用数字化方法表示信息的优点存储程序的核心内容存储程序的核心内容第2页，本讲稿共21页计算机系统组织计算机系统组织硬件系统硬件系统硬件系统：运算器、控制器、存储器、输入设硬件系统：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。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（加中央处理器：运算器和控制器（加CacheCache）主机：主机：CPUCPU和存储器（加和存储器（加I/OI/
2、O接口和系统总线）接口和系统总线）I/OI/O设备：输入设备和输出设备设备：输入设备和输出设备第3页，本讲稿共21页硬件系统硬件系统常见计算机硬件系统组成常见计算机硬件系统组成主存主存辅存辅存CPUCPU主机主机I/OI/O硬件硬件CUCU存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器第4页，本讲稿共21页硬件系统硬件系统常见计算机硬件系统组成常见计算机硬件系统组成ALUALUCPU主机主机I/OI/OCUCU主主存存第5页，本讲稿共21页硬件系统硬件系统典型的硬件系统结构典型的硬件系统结构以总线为基础的系统结构以总线为基础的系统结构 CPUCPU 主存主存主存主存 接口
3、接口接口接口 接口接口接口接口 I/OI/O I/OI/O系统总线（地址、数据、控制）系统总线（地址、数据、控制）系统总线（地址、数据、控制）系统总线（地址、数据、控制）第6页，本讲稿共21页硬件系统硬件系统典型的硬件系统结构典型的硬件系统结构采用通道或输入采用通道或输入/输出处理机的大型系统结输出处理机的大型系统结构构 CPUCPU 主存主存主存主存 通道通道通道通道 I/OI/O控控控控制器制器制器制器 I/OI/O 通道通道通道通道 I/OI/O I/OI/O I/OI/O I/OI/O控控控控制器制器制器制器 I/OI/O控控控控制器制器制器制器第7页，本讲稿共21页硬件系统硬件系统典
4、型硬件系统结构典型硬件系统结构多机系统多机系统紧耦合系统：紧耦合系统：通过总线或交叉开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多机之间的信息交换 CPUCPU LMLM 共享存储器共享存储器共享存储器共享存储器 I/OI/O I/OI/O.CPUCPU LMLM.第8页，本讲稿共21页硬件系统硬件系统典型硬件系统结构典型硬件系统结构多机系统多机系统松耦合系统：松耦合系统：通过通信网络连接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。各节点，节点之间以中断方式传送信息包。CPUCPU LMLM CASCAS CASCA
5、S I/OI/O I/OI/O LMLM CPUCPU MTSMTS消息传送系统消息传送系统消息传送系统消息传送系统局部总线局部总线局部总线局部总线局部总线局部总线局部总线局部总线第9页，本讲稿共21页软件系统软件系统系统软件系统软件:应用软件应用软件:软软件件用来管理整个计算机系统用来管理整个计算机系统 操作系统操作系统语言处理程序语言处理程序(解释、编译解释、编译解释、编译解释、编译)数据库管理系统数据库管理系统服务性程序服务性程序(编辑、调试编辑、调试、诊断诊断)网络软件网络软件按任务需要编制成的各种程序按任务需要编制成的各种程序科学计算类程序科学计算类程序科学计算类程序科学计算类程序工
6、程设计类程序工程设计类程序工程设计类程序工程设计类程序数据处理类程序数据处理类程序数据处理类程序数据处理类程序信息管理类程序信息管理类程序信息管理类程序信息管理类程序自动控制类程序自动控制类程序自动控制类程序自动控制类程序第10页，本讲稿共21页系统组成层次结构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）传统机器级（指令系统）传统机器级（指令系统）传统机器级（指令系统）微程序级（微程序控制器）微程序级（微程序控制器）微程序级（微程序控制器）微程序级（微程序控制器）逻辑部件级（硬件逻辑部件）逻辑部件级（硬件逻辑部件）逻辑部件级（硬
7、件逻辑部件）逻辑部件级（硬件逻辑部件）操作系统级（操作系统级（操作系统级（操作系统级（操作系统）操作系统）操作系统）操作系统）语言处理程序（解释、编译）语言处理程序（解释、编译）语言处理程序（解释、编译）语言处理程序（解释、编译）应用程序（软件资源）应用程序（软件资源）应用程序（软件资源）应用程序（软件资源）用户程序级（用户程序级（用户程序级（用户程序级（用户程序）用户程序）用户程序）用户程序）系统分析级（系统分析级（系统分析级（系统分析级（数学模型、算法）数学模型、算法）数学模型、算法）数学模型、算法）软件部分软件部分软件部分软件部分图图图图1-9 1-9 从组成角度划分的层次结构模型从组成
8、角度划分的层次结构模型从组成角度划分的层次结构模型从组成角度划分的层次结构模型硬、软界面硬、软界面硬、软界面硬、软界面第11页，本讲稿共21页系统组成层次结构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从硬、软件组成角度划分的层次结构模型（1 1 1 1）自下而上，计算机系统的逐级生成过程自下而上，计算机系统的逐级生成过程自下而上，计算机系统的逐级生成过程自下而上，计算机系统的逐级生成过程 拟定指令系统（它是拟定指令系统（它是拟定指令系统（它是拟定指令系统（它是CPUCPUCPUCPU硬、软界面所在）硬、软界面所在）硬、软界面所在）硬、软界面所在）创建硬件系统（称为硬核。能实现指令功能
9、）创建硬件系统（称为硬核。能实现指令功能）创建硬件系统（称为硬核。能实现指令功能）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）配置操作系统（它是系统软件的核心和基础）配置操作系统（它是系统软件的核心和基础）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（将它们置于配置语言处理程序及软件资源（将它们置于配置语言处理程序及软件资源（将它们置于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）操作系统的管理调度之下）操作系统的管理调度之下）操作系统的管理调度之下）输入用户程序输入用户程序输入用户程序输入用户程序第12页，本讲稿共2
10、1页系统组成层次结构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从硬、软件组成角度划分的层次结构模型（2 2 2 2）自上而下，应用计算机求解问题的过程）自上而下，应用计算机求解问题的过程）自上而下，应用计算机求解问题的过程）自上而下，应用计算机求解问题的过程 系统分析级系统分析级系统分析级系统分析级 用户程序级用户程序级用户程序级用户程序级 操作系统级操作系统级操作系统级操作系统级 传统机器级传统机器级传统机器级传统机器级(或机器语言级或机器语言级或机器语言级或机器语言级)硬件系统级硬件系统级硬件系统级硬件系统级第13页，本讲稿共21页系统组成层次结构系统组成层次结构从从语言功能角度
11、划分层次结构语言功能角度划分层次结构 机器语言机器语言机器语言机器语言 面向机器面向机器面向机器面向机器 汇编语言汇编语言汇编语言汇编语言 面向机器面向机器面向机器面向机器 高级语言高级语言高级语言高级语言 面向问题面向问题面向问题面向问题第14页，本讲稿共21页系统组成层次结构系统组成层次结构从从语言功能角度划分层次结构语言功能角度划分层次结构 计算机计算机高级语高级语言程序言程序目标目标程序程序结果结果翻译翻译运行运行计算机的解题过程计算机的解题过程第15页，本讲稿共21页系统组成层次结构系统组成层次结构从从语言功能角度划分层次结构语言功能角度划分层次结构 高级语言高级语言虚拟机器虚拟机器
12、 M3M3汇编语言汇编语言虚拟机器虚拟机器 M2M2操作系统操作系统虚拟机器虚拟机器机器语言机器语言实际机器实际机器 M1M1微指令系统微指令系统微程序机器微程序机器 M0M0第16页，本讲稿共21页用编译程序翻译用编译程序翻译成汇编语言程序成汇编语言程序用汇编程序翻译用汇编程序翻译成机器语言程序成机器语言程序用机器语言解释操作系统用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令由硬件直接执行微指令软软件件硬硬件件虚拟机器虚拟机器 M4M4虚拟机器虚拟机器 M3M3虚拟机器虚拟机器 M2M2实际机器实际机器 M1M1微程序机器微程序机器 M0M0系统组成层次结
13、构系统组成层次结构第17页，本讲稿共21页硬软件功能划分硬软件功能划分性能性能 软件软件硬件硬件硬件比例少硬件比例少硬件比例增加硬件比例增加在完成相同功能的前提下在完成相同功能的前提下:价格价格技术条件要求技术条件要求性能性能 价格价格技术条件要求技术条件要求硬件硬件软件软件第18页，本讲稿共21页硬软件功能划分硬软件功能划分 硬件软化硬件软化:软件完成较复杂功能软件完成较复杂功能,以降低硬件开以降低硬件开销。销。软件硬化软件硬化:硬件完成较复杂功能硬件完成较复杂功能,以提高处理速以提高处理速度。度。软件固化软件固化:运行微程序实现较复杂功能运行微程序实现较复杂功能,以提高以提高性价比。性价比。功能分配与设计目标、技术条件有关功能分配与设计目标、技术条件有关。关于关于指令系统的最小功能集合指令系统的最小功能集合第19页，本讲稿共21页计算机的特点计算机的特点自动连续地执行程序自动连续地执行程序运算速度快运算速度快运算精度高运算精度高存储能力强存储能力强通用性好通用性好第20页，本讲稿共21页主要性能指标主要性能指标基本字长基本字长运算速度运算速度数据通路宽度和数据传输率数据通路宽度和数据传输率存储容量存储容量外围设备配置外围设备配置软件配置软件配置作业：作业：P20 3，4，5，8第21页，本讲稿共21页