第一章計算機系統結構概論,,目錄,計算機系統的多級層次結構計算機系統結構、組成與實現計算機系統的軟硬取舍、性能評測及定量設計原理軟件、應用、器件對系統結構的影響系統結構中的并行性發展和計算機系統的分類,什么是計算機？,計算機是一種不需要人的直觀干預而能自動完成各種算術和邏輯運算的工具。說明：隨著技術的發展，概念有所變化。PDA、機頂盒、商務通、MP3，智能手機等計算機是工具。Tools,計算機的功能,科學計算數據處理(信息處理)過程控制人工智能,計算機的主要特性,快速性通用性：任務-〉算術邏輯操作-〉指令準確性：數字化邏輯性,1計算機系統的多級層次結構,機器：能存儲和執行相應語言程序的算法和數據結構的執行體。計算機語言：是用以描述控制流程的、有一定規則的字符集合。語言不是專屬軟件范疇，可以分屬于計算機系統的各個層次，具有不同作用。,計算機的層次觀點——結構觀點,計算機系統的層次特性是研究計算機體系結構的基礎,從觀察者看到的虛擬計算機,計算機系統的多級層次結構,多級層次結構：是從使用語言的角度，基于程序員與計算機系統對話中所采用的語言結構和語義劃分。機器----語言現代計算機系統的層次結構分為六級。,微程序機器M0具有L0機器語言(微指令系統),第0級實際機器,微指令由硬件直接執行,微程序機器M0具有L0機器語言(微指令系統),第0級實際機器,傳統機器M1具有L1機器語言(機器指令系統),第1級實際機器,,微指令由硬件直接執行,由微指令程序解釋機器指令,微程序機器M0具有L0機器語言(微指令系統),第0級實際機器,傳統機器M1具有L1機器語言(機器指令系統),操作系統機器M2具有L2機器語言(作業控制語言等),第1級實際機器,第2級虛擬機器,,,微指令由硬件直接執行,由微指令程序解釋機器指令,一般用機器語言程序解釋作業控制語句,微程序機器M0具有L0機器語言(微指令系統),第0級實際機器,傳統機器M1具有L1機器語言(機器指令系統),操作系統機器M2具有L2機器語言(作業控制語言等),匯編語言機器M3具有L3機器語言(匯編語言),第1級實際機器,第2級虛擬機器,第3級虛擬機器,,,,微指令由硬件直接執行,由微指令程序解釋機器指令,一般用機器語言程序解釋作業控制語句,匯編語言程序經匯編程序翻譯成機器語言程序,微程序機器M0具有L0機器語言(微指令系統),第0級實際機器,傳統機器M1具有L1機器語言(機器指令系統),操作系統機器M2具有L2機器語言(作業控制語言等),匯編語言機器M3具有L3機器語言(匯編語言),高級語言機器M4具有L4機器語言(高級語言),第1級實際機器,第2級虛擬機器,第3級虛擬機器,第4級虛擬機器,,,,,微指令由硬件直接執行,由微指令程序解釋機器指令,一般用機器語言程序解釋作業控制語句,匯編語言程序經匯編程序翻譯成機器語言程序,高級語言程序經編譯程序翻譯成匯編語言(或是某種中間語言程序，或是機器語言程序),微程序機器M0具有L0機器語言(微指令系統),第0級實際機器,傳統機器M1具有L1機器語言(機器指令系統),操作系統機器M2具有L2機器語言(作業控制語言等),匯編語言機器M3具有L3機器語言(匯編語言),高級語言機器M4具有L4機器語言(高級語言),應用語言機器M0具有L5機器語言(應用語言),第1級實際機器,第2級虛擬機器,第3級虛擬機器,第4級虛擬機器,第5級虛擬機器,,,,,,微指令由硬件直接執行,由微指令程序解釋機器指令,一般用機器語言程序解釋作業控制語句,匯編語言程序經匯編程序翻譯成機器語言程序,高級語言程序經編譯程序翻譯成匯編語言(或是某種中間語言程序，或是機器語言程序),應用語言程序經應用程序包翻譯成高級語言程序,多級層次結構(機器---語言),M5：應用語言機器--------應用語言M4：高級語言機器--------高級語言M3：匯編語言機器--------匯編語言M2：操作系統機器-------作業控制語言M1：傳統機器-------------機器指令系統M0：微程序機器----------微指令系統,人與多級層次結構的比較這種聯系很不科學，只是讓大家輕松一下,從設計人員看到的層次,編譯與解釋,編譯：全部N+1級指令--?N級指令翻譯,compile解釋：一條N+1級指令--?一串N級指令translation編譯為整體行為，可以優化，效率高，與平臺有關。如C、C++、Fortran等解釋為局部行為，不優化，效率低，與平臺無關。如：Basic、Shell、Perl等編譯+解釋如：Java，編譯?Bytecode?解釋執行,幾點說明,M0用硬件，M1用固件，其它用軟件。固件(Firmware)：指存儲在計算機ROM和其它集成電路中的系統軟件，固件不能隨意改變。計算機系統作為一個整體，包括軟、硬件，之間無固定界面。,幾點說明(續),低層語言功能簡單，而高層語言功能復雜。虛擬機器(VirtualMachine)：用軟件為主實現的機器。例如：Java虛擬機。分層的學科M0~M1：計算機組織與結構M2~M3：系統軟件M4：應用程序M5：系統總體分析,分層的優點,有利于人們正確理解計算機系統的工作，明確軟硬件和固件在計算機系統的地位和作用理解各種語言的實質及其實現有利于探索虛擬機器新的實現途徑，便于設計新的系統有助于理解計算機體系結構的含義，從而合理地進行計算機系統的開發和設計。,

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總結

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