計(jì)算機(jī)組成原理第二講概論第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容回顧諾依曼體制的主要思想信息的數(shù)字化表示用數(shù)字化方法表示信息的優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)程序的核心內(nèi)容第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。中央處理器：運(yùn)算器和控制器（加Cache）主機(jī)：CPU和存儲(chǔ)器（加I/O接口和系統(tǒng)總線）I/O設(shè)備：輸入設(shè)備和輸出設(shè)備第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)常見計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成主存輔存CPU主機(jī)I/O硬件CU存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)常見計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成ALUCPU主機(jī)I/OCU主存第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CPU主存接口接口

I/O

I/O系統(tǒng)總線（地址、數(shù)據(jù)、控制）第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用通道或輸入/輸出處理機(jī)的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多機(jī)系統(tǒng)—緊耦合系統(tǒng)：通過總線或交叉開關(guān)矩陣進(jìn)行多機(jī)互連，通過共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間的信息交換

CPU

LM共享存儲(chǔ)器

I/O

I/O...

CPU

LM...第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統(tǒng)典型硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多機(jī)系統(tǒng)—松耦合系統(tǒng)：通過通信網(wǎng)絡(luò)連接各節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間以中斷方式傳送信息包。

CPU

LM

CAS

CAS

I/O

I/O

LM

CPU

MTS消息傳送系統(tǒng)局部總線局部總線第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件:應(yīng)用軟件:軟件用來管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

操作系統(tǒng)語言處理程序(解釋、編譯)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)服務(wù)性程序(編輯、調(diào)試、診斷)網(wǎng)絡(luò)軟件按任務(wù)需要編制成的各種程序科學(xué)計(jì)算類程序工程設(shè)計(jì)類程序數(shù)據(jù)處理類程序信息管理類程序自動(dòng)控制類程序第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從硬、軟件組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)（指令系統(tǒng)）微程序級(jí)（微程序控制器）邏輯部件級(jí)（硬件邏輯部件）操作系統(tǒng)級(jí)（操作系統(tǒng)）語言處理程序（解釋、編譯）應(yīng)用程序（軟件資源）用戶程序級(jí)（用戶程序）系統(tǒng)分析級(jí)（數(shù)學(xué)模型、算法）軟件部分圖1-9從組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型硬、軟界面第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從硬、軟件組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型（1）自下而上，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的逐級(jí)生成過程擬定指令系統(tǒng)（它是CPU硬、軟界面所在）創(chuàng)建硬件系統(tǒng)（稱為硬核。能實(shí)現(xiàn)指令功能）配置操作系統(tǒng)（它是系統(tǒng)軟件的核心和基礎(chǔ)）配置語言處理程序及軟件資源（將它們置于操作系統(tǒng)的管理調(diào)度之下）輸入用戶程序第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從硬、軟件組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型（2）自上而下，應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解問題的過程系統(tǒng)分析級(jí)用戶程序級(jí)操作系統(tǒng)級(jí)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)(或機(jī)器語言級(jí))硬件系統(tǒng)級(jí)第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

機(jī)器語言面向機(jī)器匯編語言面向機(jī)器高級(jí)語言面向問題第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)高級(jí)語言程序目標(biāo)程序結(jié)果翻譯運(yùn)行計(jì)算機(jī)的解題過程第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)從語言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

高級(jí)語言虛擬機(jī)器M3匯編語言虛擬機(jī)器M2操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器機(jī)器語言實(shí)際機(jī)器M1微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器M0第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機(jī)器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件虛擬機(jī)器M4虛擬機(jī)器M3虛擬機(jī)器M2實(shí)際機(jī)器M1微程序機(jī)器M0系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬軟件功能劃分性能

軟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:價(jià)格技術(shù)條件要求性能

價(jià)格技術(shù)條件要求硬件軟件第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四硬軟件功能劃分

硬件軟化:軟件完成較復(fù)雜功能,以降低硬件開銷。軟件硬化:硬件完成較復(fù)雜功能,以提高處理速度。軟件固化:運(yùn)行微程序?qū)崿F(xiàn)較復(fù)雜功能,以提高性價(jià)比。功能分配與設(shè)計(jì)目標(biāo)、技術(shù)條件有關(guān)。

關(guān)于指令系統(tǒng)的最小功能集合第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行程序運(yùn)算速度快運(yùn)算精度高存儲(chǔ)能