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1、第一章 计算机系统结构概论,2,目录,计算机系统的多级层次结构 计算机系统结构、组成与实现 计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理 软件、应用、器件对系统结构的影响 系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类,3,什么是计算机？,计算机是一种不需要人的直观干预而能自动完成各种算术和逻辑运算的工具。 说明： 随着技术的发展，概念有所变化。 PDA、机顶盒、商务通、MP3，智能手机等 计算机是工具。Tools,4,计算机的功能,科学计算 数据处理（信息处理） 过程控制 人工智能,5,计算机的主要特性,快速性 通用性：任务-算术逻辑操作-指令 准确性：数字化 逻辑性,6,1 计算机系统的多级层次
2、结构,机器：能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的执行体。 计算机语言：是用以描述控制流程的、有一定规则的字符集合。 语言不是专属软件范畴(如编程语言)，可以分属于计算机系统的各个层次，具有不同作用。,7,计算机的层次观点结构观点,计算机系统的层次特性是研究计算机体系结构的基础,8,计算机系统的层次结构,计算机系统软件硬件/固件 计算机语言由低级向高级发展 高一级语言的语句相对于低级语言功能更强，更便于应用，但又都以低级语言为基础。 多级层次结构：是从使用语言的角度，基于程序员与计算机系统对话中所采用的语言结构和语义划分。 机器-语言 现代计算机系统的层次结构分为六级。,9,微程序机器M0
3、 具有L0机器语言（微指令系统）,第0级 实际机器,微指令由硬件直接执行,10,微程序机器M0 具有L0机器语言（微指令系统）,第0级 实际机器,传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,第1级 实际机器,微指令由硬件直接执行,由微指令程序解释机器指令,11,微程序机器M0 具有L0机器语言（微指令系统）,第0级 实际机器,传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,操作系统机器M2 具有L2机器语言（作业控制语言等）,第1级 实际机器,第2级 虚拟机器,微指令由硬件直接执行,由微指令程序解释机器指令,一般用机器语言程序解释作业控制语句,12,微程序机器M0 具有L0机器语言（微指令
4、系统）,第0级 实际机器,传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,操作系统机器M2 具有L2机器语言（作业控制语言等）,汇编语言机器M3 具有L3机器语言（汇编语言）,第1级 实际机器,第2级 虚拟机器,第3级 虚拟机器,微指令由硬件直接执行,由微指令程序解释机器指令,一般用机器语言程序解释作业控制语句,汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序,13,微程序机器M0 具有L0机器语言（微指令系统）,第0级 实际机器,传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,操作系统机器M2 具有L2机器语言（作业控制语言等）,汇编语言机器M3 具有L3机器语言（汇编语言）,高级语言机器M4 具有
5、L4机器语言（高级语言）,第1级 实际机器,第2级 虚拟机器,第3级 虚拟机器,第4级 虚拟机器,微指令由硬件直接执行,由微指令程序解释机器指令,一般用机器语言程序解释作业控制语句,汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序,高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言（或是某种中间语言程序，或是机器语言程序）,14,微程序机器M0 具有L0机器语言（微指令系统）,第0级 实际机器,传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）,操作系统机器M2 具有L2机器语言（作业控制语言等）,汇编语言机器M3 具有L3机器语言（汇编语言）,高级语言机器M4 具有L4机器语言（高级语言）,应用语言机器M0 具有L5
6、机器语言（应用语言）,第1级 实际机器,第2级 虚拟机器,第3级 虚拟机器,第4级 虚拟机器,第5级 虚拟机器,微指令由硬件直接执行,由微指令程序解释机器指令,一般用机器语言程序解释作业控制语句,汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序,高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言（或是某种中间语言程序，或是机器语言程序）,应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言程序,15,多级层次结构（机器-语言）,M5：应用语言机器-应用语言 M4：高级语言机器-高级语言 M3：汇编语言机器-汇编语言 M2：操作系统机器-作业控制语言 M1：传统机器-机器指令系统 M0：微程序机器-微指令系统,16,人与多级层次结
7、构的比较,这种联系很不科学，只是让大家轻松一下,17,从设计人员看到的层次,18,19,虚拟机：由软件实现的机器。 语言实现的两种基本技术 翻译：先把N+1级程序全部变换成N级程序后， 再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1 级程序不再被访问。 解释：每当一条N+1级指令被译码后，就直接 去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一 条N+1级的指令，依此重复进行。 区别：是否生成目标代码。解释执行比翻译花的时间多，但存储空间占用较少。 编译为整体行为，可以优化，效率高，与平台有关。 如C、C+、Fortran等 解释为局部行为，不优化，效率低，与平台无关。 如：Basic、Shell、Pe
8、rl等 编译+解释 如：Java，编译 Bytecode 解释执行,20,几点说明,M0用硬件，M1用固件，其它用软件。 固件(Firmware)：指存储在计算机ROM和其它集成电路中的系统软件，固件不能随意改变。 计算机系统作为一个整体，包括软、硬件，之间无固定界面。 低层语言功能简单，而高层语言功能复杂。 虚拟机器(Virtual Machine)：用软件为主实现的机器。 例如：Java虚拟机。,21,分层的优点,有利于人们正确理解计算机系统的工作，明确软硬件和固件在计算机系统的地位和作用 理解各种语言的实质及其实现 有利于探索虚拟机器新的实现途径，便于设计新的系统 有助于理解计算机体系结构的含义，从而合理地进行计算机系统的开发和设计。,
