2022年2022年计算机系统结构学习笔记.docx

精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备 欢迎下载第一章 运算机系统结构的基本概念1..1 运算机系统的多级层次结构1..由高到低分 6 级虚拟机器：M5：应用语言级；经应用程序包 翻译 成高级语言程序；M4：高级语言级；经编译程序 翻译 成汇编语言 ..中间语言程序 ..机器语言程序； M3：汇编语言级；经汇编程序 翻译 成机器语言程序；M2：操作系统级；用机器语言程序 说明 作业掌握语句；实际机器：M1 ：传统机器语言级；用微指令 说明 机器指令；M0 ：微程序级；由硬件直接执行微指令；2..机器—— 被定义为能储备和执行相应语言程序和数据结构的集合体；3..翻译—— 为先用转换程序将高一级的机器级的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序,然后再在低一级机器级上实现的技术；4..说明—— 在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能,通过高级机器语言程序中的每条语句或指令逐条说明来实现的技术；5..虚拟机器不肯定由软件实现,有些操作也可以用软硬件或硬件实现；6..软件和硬件在规律功能上为等效的, 只为性能 ..价格 ..实现的难易程序不同； 在满意应用的前提下,主要为看 能否充分利用硬 ..器件技术的进展,使系统有较高的性价比 ；因此,采纳何种方式实现,就从系统的 效率 ..速度 ..造价 ..资源状况 等多方面考虑,对软件 ..硬件 ..固件取舍进行综合平稳；7..运算机看成层次结构推动了运算机系统结构的进展：可以重新调整软 ..硬件比例,充分利用更多 ..更好的硬件支持,转变硬 ..器件快速进展而软件日益复杂 ..开销过大的状况；可以将各虚拟机用真正的实处理机代替,摆脱各级功能都在同一台实机器上实现的状况,进展多处理机 ..分布处理 ..运算机网；可以在一台宿主机上模拟或仿真另一台机器,推动自虚拟机 ..多种操作系统共行等技术的应用,从而促进软件移植 ..运算机性能评判 ..运算机设计自动化等的进展；1..2 运算机系统结构 .. 组成与实现1..系统结构 ——为对运算机系统中各级界面的划分 ..定义及其上下功能的安排；2..透亮 ——客观存在事物或属性从某个角度看不到,称对他透亮；3..运算机系统结构 （运算机体系统结构） ——它只为系统结构中的一部分, 指的为传统机器级的系统结构； 其界面之上包括操作系统 ..汇编语言 ..高级语言级和应用语言级中全部软 件功能,界面之下包括全部硬件和固件的功能；因此,它为软件和硬件的交界面, 为机器语言..汇编语言程序 ..编译程序设计者看到的机器物理系统抽象；运算机系统结构讨论的为软 .. 硬件之间的功能划分以及对传统机器级界面的确定, 供应机器语言 ..汇编语言 ..编译程序程序设计者为使其设计的系统能在机器上正确运行应看到和遵守的运算机属性；4..机器级内部的数据流 ..掌握流的组成,规律设计和器件设计等都不包含在运算机系统结构中；5..运算机组成 ——为运算机系统的规律实现, 包括机器级内的数据流和掌握流的组成和精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备 欢迎下载规律设计等；它着眼于机器级内部各大事的排序方式与掌握机构 ..各部件的功能及各部件的联系；运算机组成设计要解决的问题为,在达到所期望的性能 ..价格下,如何更好地把各种设备和部件组织成运算机,来实现所确定的系统结构；6..运算机实现 ——为指运算机组成的物理实现, 它着眼于器件技术和微组装技术； 其中,器件技术在实现技术中起着主导作用；7..设计何种系列机发球运算机系统结构, 而系列机内不同型号运算机的组织属于运算机组成；8..结合型通道 ——让通道的功能借用中心处理机的某些部件完成； 同一套硬件分时执行中心处理机和通道的功能；速度低 ..成本低；9..独立型通道 ——通道单独设置硬件,与中心处理机并行,成本高 ..速度高；10..运算机系统结构 ..组成 ..实现的相互影响：相同结构的运算机,可以采纳不同的组成,一种组成可以有不同的实现；不同的结构可能采纳不同的组成技术, 组成反过来也影响结构, 假如没有组成技术的进步,结构进展为不行能的；结构设计必需结合应用考虑, 为软件和算法的实现供应更多更好的支持, 同时要考虑可能采纳和预备采纳的组成技术；结构设计应尽可能防止过多地或不合理地限制各种组成 ..实现技术的采纳和进展,尽量做到既能便利地在低档机上用简洁 ..廉价的组成实现,又能在高 档机上用复杂 ..较贵的组成实现,使它们都能充分发挥出实现方法所带来的好处,这样结构才有生命力；组成设计上面打算于结构, 下面受限于实现技术, 它们可以与实现折衷权衡； 组成与实现的权衡取决于器件来源 ..厂家技术特长 ..性价比能否优化；结构 ..组成 ..实现所包含怕详细内容随不时期 ..不同的运算机系统会有差异；在有些系统中作为结构的内容,在另一个系统中可能为组成和实现的内容；11..从程序 设计者看的运算机系统结构 ——着眼于软 ..硬件功能安排和确定程序设计者看到的机器级界面的运算机系统结构；12..从运算机 设计者看的运算机系统结构 ——着眼于如何更好 ..更合理地实现安排给硬件的功能的运算机组成；1..3 软硬件取舍与运算机系统设计思路1..软硬件取舍的原就：第一个基本原就：应考虑在现有的硬器件 （主要为规律器件和储备器件）条件下, 系统要有高的性价比； （常常用的基本单元功能,才相宜用硬件实现；产量大的运算机系统,才相宜增加硬件功能实现的比例）其次个基本原就： 要考虑可能采纳和预备采纳的组成技术, 尽可能不要过多地或不合理地限制各种组成 ..实现技术的采纳；第三个基本原就： 不能仅从 “硬” 的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的进展, 仍应从 “软” 的角度把如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计者供应更多更好硬件支持放在首位, 应进一步缩短语义差距, 差距缩小了, 系统结构对软件设计的支持就加强了；2..运算机系统的设计思路：由上往下, 先考虑如何满意应用要求, 定好面对使用者某级机器应有什么基本功能和特性,然后再逐级往下设计,每级都考虑怎样优化上一级； 适合于专用机设计,不相宜用于通用机设计；由于应用对象和范畴转变时,软 ..硬件安排会很不适应,系统效率会急剧下降；由下往上, 不管应用要求,只依据能拿到的器件, 参照或吸取已有各种机器的特点,先精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备 欢迎下载设计出微程序机器级 ..传统机器级,然后再为不同的应用配多种操作系统和编译系统软件,使应用人员依据所供应的语言种类 ..数据形式,采纳合适的算法来满意相应的应用；这为 20世纪 60-70 岁月常用的通用机设计思路； 但为,为在硬件不能转变的情形下被动地设计软件,软件因不能获得为优化软件设计而供应的硬件支持而显得纷杂； 而且, 这样研制的硬件机器的某些性能指标可能为虚假的,如传统机器级的“每秒运算次数” ；因此,由下往上设计在硬件技术飞速进展而软件进展相对缓慢的今日,难以适应系统进展要求,已很少使用；由中间开头（软 ..硬件设计分别和脱节为上述两思路的主要缺点,所以提出“由中间开 始设计”；“中间”指的为层次结构中的软 ..硬交界面,目前多数为传统机器级与操作系统机器级之间）,进行软 ..硬件功能安排时,既要考虑能拿到的硬 ..器件,又要考虑可能的应用所 需的算法和数据结构,先定义好软硬件功能安排这个交界面,然后由这个中间点分别往上 .. 往下进行软件 ..硬件并行设计；1..4 结构设计要解决好软件的可移植性1..软件的可移植性 ——指的为软件不修改或只经少量修改就可以由一台机器搬到另一台机器上运行,同一个软件可应用于不同的环境；2..实现软件可移植性的几个基本技术 ：统一高级语言 ..采纳系列机 ..模拟与仿真 ..异种机联网；3..统一高级语言技术,就为要设计出一种完全通用的高级语言,为全部程序员所使用；这样就能实现高级语言程序在结构相同 ..完全不同的机器之间移植 （ ADA 语言为此方向的重要进展）；4..至今没有一种为对各种应用真正通用的高级语言,缘由为 ：第一,不同的用途,要求的语言的语法 ..语义结构不同（例 FORTRAN..COBOL ）；其次,人们对语言的基本结构看法不一（例 GOTO 语句）；第三, 同一种高级语言在不同厂家的机器上也不能完全通用 （厂家为进展自己的行色常使用“方言” ）；第四,人们不愿抛弃惯用的语言和原语言开发的软件；5..采纳系列机技术,就为在结构相同（相近） ..档次不同的机器间统一机器语言,实现软件移植；依据由中间向两边设计思路,定义好软 ..硬件界面结构（系统结构）后,软件者按此设计软件,硬件设计者依据机器速度 ..性能 ..价格的不同,挑选不同的硬 ..器件和组成 .. 实现技术,研制并供应不同档次的机器；确定系列结构最主要为确定好系列机的指令系统 .. 数据表示 ..概念性结构；6..向上（下）兼容 ——指的为某档机器编制的软件,不加修改就能运行在比它高（低）档的机器上； （同系列 ..不同档；一般应做到向上兼容,但向下兼容就不肯定）7..向前（后） 兼容 ——指的为在按某个时期投入市场的访型号机器上编制的软件, 不加修改就能运行于在它之前（后）投入市场的机器上； （同系列 ..同档次；8..各系列机必需保证向后兼容,力争向上兼容；9..优化性价比 ——指的为在满意性能的前提下昼降低价格, 或在某种价格情形下昼提高性能；10..尽管软件兼容性要求到肯定时候会阻碍运算机系统结构的进展, 在设计新机器 ..新系列时仍要必需遵循系列机概念和软件兼容性约束； 只为到肯定的时候, 不要固守旧系列, 而要进展新系列；11..模拟—— B 机器的每条机器指令由 A 机器的一段机器语言程序说明, 实现软件移植；（宿主机 ..虚拟机）12..仿真——用微程序直接说明另一种机器指令系统的方法； （宿主机 ..目标机）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备 欢迎下载13..模拟和仿真可以实现不同系统结构间的软件移植,主要区分在于说明用的语言；仿真用微程序说明, 说明程序存在于掌握储备器中； 模拟用机器语言程序说明, 其说明程序存在于主存中；不同系列间的软件移植一般为仿真与模拟并用；频繁使用的 ..易于仿真的机器指令宜于仿真,以提高速度；很少使用的 ..难于仿真的指令及 I/O 操作宜采纳模拟；14..解决软件移植问题技术的总结 ：统一高级语言 ,可以解决结构相同 ..完全不同的机器间的软件移植,从长远看为方向,但目前难以解决,只能做相对统一；系列机 ,为当前普遍采纳的好方法, 但只能实现同一系列内的软件兼容； 虽然答应进展变化,但兼容的约束肯定时候会阻碍系统结构进行突破性进展；模拟 ,敏捷,可实现不同系统间的软件移植,但结构差异太大时,效率 ..速度会急剧下降；仿真 ,在速度上缺失小, 不敏捷, 只能在差别不大的系统间使用,否就效率会过低且难于仿真,需与模拟结合才行；1..5 应用与器件的进展对系统结构的影响1..从用户来讲, 总期望机器的应用范畴越宽越好, 这样应用发生转变时不同购置新的机器；采纳系列机形式的多功能通用机的显现,标志着运算机工业开头走向成熟；2..运算机应用分 4 类：数据处理 。