計(jì)算機(jī)組成原理

1、計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1授課：李授課：李凌凌燕燕學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：48郵箱：郵箱：2022年年4月月30日日計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)2本課程考查目標(biāo)本課程考查目標(biāo)n本課程對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的本課程對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課。n理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。機(jī)概念。n理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次

2、化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。法。n能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，并算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)3內(nèi)容說(shuō)明內(nèi)容說(shuō)明1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 2、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算 3、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu) 4、指令系統(tǒng)、指令系統(tǒng)

3、 5、中央處理器（、中央處理器（CPU）6、總線、總線 7、輸入輸出系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)書上第七章和第八章的內(nèi)容書上第七章和第八章的內(nèi)容 考試考試與成績(jī)與成績(jī)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)4第一章第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1 計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類1.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史1.3 計(jì)算機(jī)的硬件計(jì)算機(jī)的硬件1.4 計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算機(jī)的軟件1.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)51.1 計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類一、一、電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī) 電子模擬計(jì)算機(jī)電子模擬計(jì)算機(jī)：“模擬

4、模擬”就是相似的就是相似的意思，模擬計(jì)算機(jī)意思，模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是數(shù)值由連續(xù)量來(lái)表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的。的特點(diǎn)是數(shù)值由連續(xù)量來(lái)表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的。 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)：在：在算盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用數(shù)目算盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用數(shù)目字來(lái)表示數(shù)量的字來(lái)表示數(shù)量的大小，主要大小，主要特點(diǎn)是按位運(yùn)算，并且不連續(xù)地跳動(dòng)特點(diǎn)是按位運(yùn)算，并且不連續(xù)地跳動(dòng)計(jì)算計(jì)算。比較內(nèi)容比較內(nèi)容數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示方式數(shù)據(jù)表示方式數(shù)字?jǐn)?shù)字0/1電壓電壓計(jì)算方式計(jì)算方式數(shù)字計(jì)數(shù)數(shù)字計(jì)數(shù)電壓組合和測(cè)量值電壓組合和測(cè)量值控制方式控制方式程序控制程序控制盤上連線盤上連線精度精度

5、高高低低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大大小小邏輯判斷能力邏輯判斷能力強(qiáng)強(qiáng)無(wú)無(wú)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)6二、數(shù)字計(jì)算機(jī)二、數(shù)字計(jì)算機(jī) 根據(jù)根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來(lái)劃分，可以劃分為兩類來(lái)劃分，可以劃分為兩類： 專用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)：最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快速的計(jì)算機(jī)，：最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快速的計(jì)算機(jī)，但是適但是適應(yīng)性應(yīng)性很差很差。 通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)：適應(yīng)性很大，：適應(yīng)性很大，但犧牲但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性。三、三、通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī) 根據(jù)根據(jù)體積、簡(jiǎn)易性、功率損耗、性能指標(biāo)

6、、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、體積、簡(jiǎn)易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格等可以分為指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格等可以分為：超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型機(jī)、服超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型機(jī)、服務(wù)器、務(wù)器、PC機(jī)、機(jī)、單片機(jī)、多單片機(jī)、多核核機(jī)機(jī)六類。六類。 超級(jí)計(jì)算機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)：用于科學(xué)計(jì)算，運(yùn)算速度在每秒萬(wàn)億次以上；：用于科學(xué)計(jì)算，運(yùn)算速度在每秒萬(wàn)億次以上； 大型機(jī)大型機(jī)：大中型企事業(yè)單位作為計(jì)算中心的主機(jī)使用，統(tǒng)：大中型企事業(yè)單位作為計(jì)算中心的主機(jī)使用，統(tǒng)一調(diào)度主機(jī)資源，一調(diào)度主機(jī)資源，代表產(chǎn)品有代表產(chǎn)品有IBM360，4300等等；計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)7超級(jí)計(jì)算機(jī)超

7、級(jí)計(jì)算機(jī)（2008.6） IBM公司，服務(wù)于美國(guó)能源部，包含公司，服務(wù)于美國(guó)能源部，包含122400個(gè)個(gè)core，最大平均，最大平均速度速度1026000 GFLOPS。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)8 服務(wù)器服務(wù)器：可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用，可以滿足部門性的需求，供小型企事業(yè)單位使用，典型產(chǎn)品有典型產(chǎn)品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列系列； PC機(jī)機(jī)：即微型計(jì)算機(jī)，：即微型計(jì)算機(jī)，個(gè)人個(gè)人或家庭或家庭使用；使用； 單片機(jī)單片機(jī)：只用一片集成電路做成的計(jì)算機(jī)；：只用一片集成電路做成的計(jì)算機(jī)； 多核機(jī)多核機(jī)：多于一個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)芯片。：

8、多于一個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)芯片。多核機(jī)多核機(jī)單片單片機(jī)機(jī)PC機(jī)機(jī)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)91.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史一、計(jì)算機(jī)的五代一、計(jì)算機(jī)的五代變化變化 第一代（第一代（19461957年）：電子管計(jì)算機(jī)年）：電子管計(jì)算機(jī) 第二代（第二代（19581964年）：晶體管計(jì)算機(jī)年）：晶體管計(jì)算機(jī) 第三代（第三代（19651971年）：中年）：中小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 第四代（第四代（19721990年）：大規(guī)模年）：大規(guī)模和和超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 第五代（第五代（1991年年至今至今）：巨）：巨大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路

9、計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 未來(lái)計(jì)算機(jī)：未來(lái)計(jì)算機(jī)：？ 系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有革命性的結(jié)構(gòu)有革命性的變化變化：類似于：類似于人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)智能化將進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)進(jìn)入知識(shí)處理階段；材料上使用常智能化將進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)進(jìn)入知識(shí)處理階段；材料上使用常溫超導(dǎo)材料和光器件；通過控制溫超導(dǎo)材料和光器件；通過控制DNA分子間的生化反應(yīng)構(gòu)造分子間的生化反應(yīng)構(gòu)造DNA生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)等等計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)10二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展 20世紀(jì)世紀(jì)5060年代，所有計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器都是由微小的鐵年代，所有計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器都是由微小的鐵磁磁體體

10、環(huán)（磁芯）做成；環(huán)（磁芯）做成； 1970年，仙童半導(dǎo)體公司生產(chǎn)出了第一個(gè)較大容量半導(dǎo)體年，仙童半導(dǎo)體公司生產(chǎn)出了第一個(gè)較大容量半導(dǎo)體存存儲(chǔ)器；儲(chǔ)器； 從從1970年起，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器經(jīng)歷了年起，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器經(jīng)歷了11代：?jiǎn)蝹€(gè)芯片代：?jiǎn)蝹€(gè)芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB和和1GB。每一代比前一代存儲(chǔ)密度提高。每一代比前一代存儲(chǔ)密度提高4倍，而每位價(jià)格倍，而每位價(jià)格和存取時(shí)間都在下降。和存取時(shí)間都在下降。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)11三、微處理器的發(fā)展三、微處理器的發(fā)展 1971年年Intel公司開

11、發(fā)出公司開發(fā)出Intel 4004，這，這是第一個(gè)將是第一個(gè)將CPU的所有元件都放的所有元件都放入同一塊芯片內(nèi)的入同一塊芯片內(nèi)的產(chǎn)品產(chǎn)品微處理器微處理器誕生誕生了。了。 1972年年開發(fā)出開發(fā)出Intel 8008，這是第一個(gè)，這是第一個(gè)8位微處理器位微處理器，比，比4004復(fù)雜復(fù)雜一倍。一倍。 1974年年開發(fā)出開發(fā)出Intel 8080，這，這是第一個(gè)通用微處理器是第一個(gè)通用微處理器，是為通用微機(jī)而是為通用微機(jī)而設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的中央處理器，而中央處理器，而4004和和8008是為特殊用途而設(shè)計(jì)是為特殊用途而設(shè)計(jì)的。的。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代末年代末才開發(fā)出強(qiáng)大才開發(fā)出強(qiáng)大的通用的通用16位微處

12、理器位微處理器，Intel 8086便是便是其其中之一。中之一。 1981年，貝爾實(shí)驗(yàn)室和年，貝爾實(shí)驗(yàn)室和HP公司開發(fā)出了公司開發(fā)出了32位單片位單片微處理器。微處理器。 1981年年，IBM公司公司將將Intel 8088芯片用于其研制的芯片用于其研制的PC機(jī)機(jī)（Intel的的轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折點(diǎn)點(diǎn)）。）。 1982年，年，Intel推出推出了了Intel 80286微處理器；微處理器；1985年，推出年，推出了了32位微處理位微處理器器Intel 80386；1989年年，推出，推出Intel 80486芯片；芯片；1993年年，Intel 586 CPU問世。問世。 1996年底年底，Intel推

13、出了推出了Pentium MMX；1998年年，Pentium II 、至強(qiáng)微處、至強(qiáng)微處理器理器Xeon、賽揚(yáng)、賽揚(yáng)Celeron ；1999年春年春，Pentium III；2000年年，Pentium 4。 2002年年，Intel超超線程技術(shù)（線程技術(shù)（Hyper-Threading），邏輯上），邏輯上多處理器；多處理器； 現(xiàn)在現(xiàn)在的的64位處理器和多核位處理器和多核處理器。處理器。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)指令集變化指令集變化 提高電腦在多媒體、提高電腦在多媒體、3D圖形方面的應(yīng)用能力圖形方面的應(yīng)用能力 MMX多媒體指令增強(qiáng)技術(shù)，共多媒體指令增強(qiáng)技術(shù)

14、，共57條條 SSE第二套多媒體專用指令集第二套多媒體專用指令集3D NOW!3D加速指令集加速指令集 怎么利用這些指令怎么利用這些指令用專業(yè)編譯器用專業(yè)編譯器12計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)13 在在90年代是處理器性能的唯一標(biāo)尺年代是處理器性能的唯一標(biāo)尺 長(zhǎng)久以來(lái)在摩爾定律指引下保持高速發(fā)展長(zhǎng)久以來(lái)在摩爾定律指引下保持高速發(fā)展CPU速度每速度每18個(gè)月提高一倍個(gè)月提高一倍而價(jià)格下降為原來(lái)的二分之一而價(jià)格下降為原來(lái)的二分之一 處理器的頻率進(jìn)入了處理器的頻率進(jìn)入了“G”時(shí)代時(shí)代頻率對(duì)于處理器綜合性能的影響力開始減弱。頻率對(duì)于處理器綜合性能的影響力開始減弱。同樣可

15、以擁有其標(biāo)稱值同樣可以擁有其標(biāo)稱值(PR)性能性能AMD低頻產(chǎn)品低頻產(chǎn)品Intel迅馳平臺(tái)低頻移動(dòng)處理器迅馳平臺(tái)低頻移動(dòng)處理器 現(xiàn)有工藝下單核頻率難于提升現(xiàn)有工藝下單核頻率難于提升性能沒有質(zhì)的飛躍性能沒有質(zhì)的飛躍功耗散熱、成品率、成本控制困難功耗散熱、成品率、成本控制困難 3GHz成為了成為了AMD無(wú)法逾越的一道坎無(wú)法逾越的一道坎Intel發(fā)布發(fā)布3.8GHz的產(chǎn)品的產(chǎn)品宣布停止宣布停止4GHz的產(chǎn)品計(jì)劃的產(chǎn)品計(jì)劃AMD頻率超過頻率超過2GHz以后無(wú)法大幅度提升以后無(wú)法大幅度提升處處理理器器的的頻頻率率提提高高遭遭遇遇瓶瓶頸頸計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)1480

16、核處理器核處理器 2007-02-11 核心面積核心面積275平方毫米平方毫米 主頻主頻3.16GHz 電壓電壓0.95V 數(shù)據(jù)帶寬數(shù)據(jù)帶寬1.62Tb/s 浮點(diǎn)運(yùn)算能力浮點(diǎn)運(yùn)算能力1.01TFlops相當(dāng)于相當(dāng)于1萬(wàn)顆萬(wàn)顆10年前的年前的Pentium Pro 功耗不過功耗不過62W比比core 2 duo還低還低是四核心是四核心Xeon X5355 2.66GHz的大約一半，浮點(diǎn)運(yùn)算能力估計(jì)為的大約一半，浮點(diǎn)運(yùn)算能力估計(jì)為50-60GFlops(每秒十億次每秒十億次)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)15古代及近代計(jì)算技術(shù)古代及近代計(jì)算技術(shù)公元前公元前500年，中

17、國(guó)出現(xiàn)算盤年，中國(guó)出現(xiàn)算盤 1642年，年，Blaise Pascal發(fā)明發(fā)明自動(dòng)進(jìn)位的加法機(jī)器，齒輪自動(dòng)進(jìn)位的加法機(jī)器，齒輪驅(qū)動(dòng)撥盤，在窗口顯示結(jié)果。驅(qū)動(dòng)撥盤，在窗口顯示結(jié)果。 1822年，年，Charles Babbage，差分機(jī)（差分機(jī)（Differential Engie）。）。 1833年，分析機(jī)（年，分析機(jī)（Analytical Engine），通用機(jī)器。），通用機(jī)器。 16世紀(jì)，阿世紀(jì)，阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿科瓦里茨米科瓦里茨米（Alkhowarizmi）提出算法概念，提出算法概念，并出版以算法并出版以算法為題的書籍為題的書籍。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算

18、機(jī)組成與結(jié)構(gòu)16現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的里程碑現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的里程碑計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)17計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)18Turing機(jī)機(jī) 1937年，年，Alan Turing提出一種提出一種“通用通用”計(jì)算機(jī)的概念，它可以計(jì)算機(jī)的概念，它可以執(zhí)行任何一個(gè)描述好的程序（算執(zhí)行任何一個(gè)描述好的程序（算法），實(shí)現(xiàn)需要的功能，形成了法），實(shí)現(xiàn)需要的功能，形成了“可計(jì)算性可計(jì)算性”概念的基礎(chǔ)。概念的基礎(chǔ)。 存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序的思想，使計(jì)算機(jī)從的思想，使計(jì)算機(jī)從專用走向通用。正是這一創(chuàng)新，專用走向通用。正是這一創(chuàng)新，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)的新時(shí)代，開創(chuàng)了計(jì)

19、算機(jī)的新時(shí)代， Turing機(jī)機(jī)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的鼻祖。是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的鼻祖。Turing機(jī)的特點(diǎn)：機(jī)的特點(diǎn)： 并不是保存所有問題的結(jié)果；并不是保存所有問題的結(jié)果；問題的求解由程序或過程給出，問題的求解由程序或過程給出，程序和過程可以通過語(yǔ)言描述；程序和過程可以通過語(yǔ)言描述；計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的時(shí)間是有限的。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的時(shí)間是有限的。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)19第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)（通用可編程序）（通用可編程序）18800電子管電子管30噸噸150平方米平方米150kw5000次十進(jìn)制加法次十進(jìn)制加法/秒秒用手

20、工扳動(dòng)開關(guān)和插拔電纜來(lái)編程用手工扳動(dòng)開關(guān)和插拔電纜來(lái)編程 1946年美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計(jì)算機(jī)年美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Computer），這臺(tái)機(jī)），這臺(tái)機(jī)器于器于1955年退役。年退役。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)20世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) ENIAC（1946）計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)21計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)22計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組

21、成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)23為了改進(jìn)程序的輸入方式：為了改進(jìn)程序的輸入方式： 美國(guó)美國(guó)數(shù)學(xué)家數(shù)學(xué)家馮馮諾依曼諾依曼，提出，提出二進(jìn)制二進(jìn)制表示方式表示方式和和存儲(chǔ)存儲(chǔ)程序控程序控制制計(jì)算計(jì)算機(jī)構(gòu)想。提出并描述一個(gè)計(jì)算機(jī)模型機(jī)構(gòu)想。提出并描述一個(gè)計(jì)算機(jī)模型EDVAC： Electronic Discrete Variable Automatic Computer ENIAC的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：十進(jìn)制表示十進(jìn)制表示 程序用插線開關(guān)實(shí)現(xiàn)程序用插線開關(guān)實(shí)現(xiàn)第一臺(tái)第一臺(tái)von Neumann 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)24 1953年，年，W

22、ilkes提出了提出了微程序控制微程序控制的基本思想和特點(diǎn)的基本思想和特點(diǎn)。 微程序微程序有許多有許多優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：如：如易于改變?cè)O(shè)計(jì)；通過易于改變?cè)O(shè)計(jì)；通過仿真其它仿真其它指令系指令系統(tǒng)，可以保證軟件兼容；微程序設(shè)計(jì)可以減少實(shí)現(xiàn)復(fù)雜指令的統(tǒng)，可以保證軟件兼容；微程序設(shè)計(jì)可以減少實(shí)現(xiàn)復(fù)雜指令的成本等等成本等等。 但是但是，由于在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)控制存儲(chǔ)器的技，由于在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)控制存儲(chǔ)器的技術(shù)和主存的是相同的，而且機(jī)器的指令系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，因而術(shù)和主存的是相同的，而且機(jī)器的指令系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，因而微程序設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)并不明顯微程序設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)并不明顯。 當(dāng)當(dāng)控制存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存

23、儲(chǔ)器工藝，主存儲(chǔ)器采用磁芯技控制存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器工藝，主存儲(chǔ)器采用磁芯技術(shù)時(shí)，這兩種工藝的速度相差十倍，從而為微程序的廣泛使用術(shù)時(shí)，這兩種工藝的速度相差十倍，從而為微程序的廣泛使用提供了基礎(chǔ)提供了基礎(chǔ)。 IBM360系列的許多機(jī)器都采用了微程序技術(shù)系列的許多機(jī)器都采用了微程序技術(shù)。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)25 1965年，年，Wilkes在他的一篇論文中提出了在他的一篇論文中提出了直接映象直接映象Cache的思想的思想。 IBM360/85機(jī)是第一臺(tái)使用機(jī)是第一臺(tái)使用Cache的商品計(jì)算機(jī)。從此，的商品計(jì)算機(jī)。從此，Cache作為一種可作為一種可以有效

24、解決計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)之間速度差異的技術(shù)，在后來(lái)的機(jī)器中扮演著以有效解決計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)之間速度差異的技術(shù)，在后來(lái)的機(jī)器中扮演著十分重要的角色十分重要的角色。 八十年代初，有科學(xué)家分析八十年代初，有科學(xué)家分析了高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器結(jié)構(gòu)所遇到的一些了高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器結(jié)構(gòu)所遇到的一些困難，困難，在此在此基礎(chǔ)上提出了基礎(chǔ)上提出了簡(jiǎn)單的機(jī)器結(jié)構(gòu)更有可能獲得高性能簡(jiǎn)單的機(jī)器結(jié)構(gòu)更有可能獲得高性能的的觀點(diǎn)，即觀點(diǎn)，即RISC（Reduced Instruction Set Computer）的思想）的思想。 加加州大學(xué)州大學(xué)Berkeley分校的分校的David Patterson開始設(shè)計(jì)具有開始設(shè)計(jì)具有RISC思想的

25、機(jī)器思想的機(jī)器。 八十年代八十年代中期，中期，RISC思想和技術(shù)開始普遍被工業(yè)界思想和技術(shù)開始普遍被工業(yè)界接受，接受，RISC技術(shù)本身技術(shù)本身也得到了迅速完善和發(fā)展也得到了迅速完善和發(fā)展。1986年，出現(xiàn)了一些年，出現(xiàn)了一些商品化的商品化的RISC芯片芯片，如整數(shù)，如整數(shù)處理器處理器MIPS2000。 八十年代末，開始注重八十年代末，開始注重流水線技術(shù)，以產(chǎn)生時(shí)間并行效益的同時(shí)，也力圖流水線技術(shù)，以產(chǎn)生時(shí)間并行效益的同時(shí)，也力圖進(jìn)一步開發(fā)出指令間空間并行的效益進(jìn)一步開發(fā)出指令間空間并行的效益。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)26四、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)四、計(jì)算機(jī)的性能指

26、標(biāo)吞吐量吞吐量：表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)在某一時(shí)間間隔內(nèi)能夠處理的信息量，：表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)在某一時(shí)間間隔內(nèi)能夠處理的信息量，單位是字節(jié)單位是字節(jié)/秒（秒（B/s）。響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間：表征從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間度量，用：表征從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間度量，用時(shí)間單位來(lái)度量，例如微秒（時(shí)間單位來(lái)度量，例如微秒（10-6s）、納秒（）、納秒（10-9s）。）。利用率利用率：在：在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所占的比給定的時(shí)間間隔內(nèi)，系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所占的比率，一般用百分比表示率，一般用百分比表示。處理機(jī)字長(zhǎng)處理機(jī)字長(zhǎng)：指處理機(jī)運(yùn)算器中一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算的位：指處理機(jī)運(yùn)算

27、器中一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算的位數(shù)，決定了寄存器和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。當(dāng)前處理機(jī)的字長(zhǎng)有數(shù)，決定了寄存器和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。當(dāng)前處理機(jī)的字長(zhǎng)有8位、位、16位、位、32位、位、64位。位。 字長(zhǎng)越字長(zhǎng)越長(zhǎng)長(zhǎng)，包含，包含的信息量越多，精度越高，硬件成的信息量越多，精度越高，硬件成本也越高本也越高。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)27總線寬度總線寬度：一般指：一般指CPU中運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行互連的內(nèi)部中運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行互連的內(nèi)部總線二進(jìn)制位數(shù)?？偩€二進(jìn)制位數(shù)。存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)目，通常用存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)目，通常用KB、MB、GB、

28、TB來(lái)表示。其中來(lái)表示。其中K=210，M=220，G=230，T=240，B=8位位（1個(gè)字節(jié)）。個(gè)字節(jié)）。 存儲(chǔ)器容量越大，記憶的二進(jìn)制數(shù)越多。存儲(chǔ)器容量越大，記憶的二進(jìn)制數(shù)越多。有內(nèi)存容有內(nèi)存容量和輔存容量?jī)煞N指標(biāo)。存儲(chǔ)容量越大，能存儲(chǔ)的信息就越多。量和輔存容量?jī)煞N指標(biāo)。存儲(chǔ)容量越大，能存儲(chǔ)的信息就越多。 1KB=1024B，1MB=1024KB， 1GB=1024MB，1TB=1024GB存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬：存儲(chǔ)器的速度指標(biāo)，單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器讀出的：存儲(chǔ)器的速度指標(biāo)，單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器讀出的二進(jìn)制數(shù)信息量，一般用字節(jié)數(shù)二進(jìn)制數(shù)信息量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示。秒表示。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算

29、機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)28CPU執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間：表示：表示CPU執(zhí)行一段程序所占用的執(zhí)行一段程序所占用的CPU時(shí)間，可時(shí)間，可用下式計(jì)算：用下式計(jì)算： CPU執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間 CPU時(shí)鐘周期數(shù)時(shí)鐘周期數(shù) CPU時(shí)鐘周期長(zhǎng)（時(shí)鐘周期長(zhǎng)（T）主頻主頻/時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期：CPU的工作節(jié)拍受主時(shí)鐘控制，主時(shí)鐘不斷產(chǎn)的工作節(jié)拍受主時(shí)鐘控制，主時(shí)鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘，生固定頻率的時(shí)鐘，主時(shí)鐘的頻率（主時(shí)鐘的頻率（f）叫）叫CPU的主頻的主頻。度量單。度量單位是位是MHz、GHz。 例如例如Pentium系列機(jī)為系列機(jī)為60MHz266MHz，而，而Pentium 4升至升至3.6

30、GHz。主頻的倒數(shù)稱為主頻的倒數(shù)稱為CPU時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期（T），即），即T=1/f，度量單位，度量單位是微秒是微秒 s 、納秒、納秒ns。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)29CPI：每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)。：每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)。CPI =該該段段程程序序中中的的指指令令總總數(shù)數(shù)時(shí)時(shí)鐘鐘周周期期數(shù)數(shù)執(zhí)執(zhí)行行某某段段程程序序所所需需的的 CPUMIPS：每秒百萬(wàn)條指令數(shù)每秒百萬(wàn)條指令數(shù)，表示單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)目。表示單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)目。MIPS =666101010CPIfCPI時(shí)鐘頻率程序執(zhí)行時(shí)間

31、指令條數(shù)MFLOPS：每秒百萬(wàn)每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作次數(shù)，用來(lái)衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作次浮點(diǎn)操作次數(shù)，用來(lái)衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能。的性能。MFLOPS =610 程程序序執(zhí)執(zhí)行行時(shí)時(shí)間間程程序序中中的的浮浮點(diǎn)點(diǎn)操操作作次次數(shù)數(shù) MIPS是單位時(shí)間內(nèi)的執(zhí)行指令數(shù)，所以是單位時(shí)間內(nèi)的執(zhí)行指令數(shù)，所以MIPS值越高說(shuō)明值越高說(shuō)明機(jī)器速度機(jī)器速度越快越快。 MFLOPS是基于操作而非指令的，只能用來(lái)衡量機(jī)器浮點(diǎn)是基于操作而非指令的，只能用來(lái)衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的操作的性能，而性能，而不能體現(xiàn)機(jī)器的整體性能不能體現(xiàn)機(jī)器的整體性能。TFLOPS表示表示每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)操作次數(shù)，該每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)操作次數(shù)，該技術(shù)技術(shù)指標(biāo)一般在

32、指標(biāo)一般在超級(jí)計(jì)算機(jī)中使用。超級(jí)計(jì)算機(jī)中使用。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)例例1. 用一用一臺(tái)臺(tái)50MHz處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，其包含的混合指處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，其包含的混合指令數(shù)和相應(yīng)所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)如下表所示：令數(shù)和相應(yīng)所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)如下表所示：求有效求有效CPI、MIPS速率、處理機(jī)程序執(zhí)行時(shí)間速率、處理機(jī)程序執(zhí)行時(shí)間tCPU。30指令類型指令類型指令數(shù)目指令數(shù)目平均時(shí)鐘周期數(shù)平均時(shí)鐘周期數(shù)整數(shù)運(yùn)算整數(shù)運(yùn)算450001數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送320002浮點(diǎn)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算150002控制傳送控制傳送80002800015000320004500028

33、000215000232000145000CPI=1.55周期周期/指令指令66610551105010.CPIfMIPS= 32.26（百萬(wàn)條指令（百萬(wàn)條指令/s）6105028000215000232000145000tCPU=3.1ms計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)31例例2. 下列選項(xiàng)中，描述浮點(diǎn)數(shù)操作速度指標(biāo)的是（下列選項(xiàng)中，描述浮點(diǎn)數(shù)操作速度指標(biāo)的是（ ）。）。 A. MIPS B. CPI C. IPC D. MFLOPS例例3. CPU的的CPI與下列哪個(gè)因素?zé)o關(guān)？（與下列哪個(gè)因素?zé)o關(guān)？（ ） A. 時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率 B. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) C.

34、指令集指令集 D. 計(jì)算機(jī)組織計(jì)算機(jī)組織 CPI是執(zhí)行一條指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)，是執(zhí)行一條指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集、計(jì)算機(jī)組織都會(huì)影響計(jì)算機(jī)組織都會(huì)影響CPI，而時(shí)鐘頻率不會(huì)，而時(shí)鐘頻率不會(huì)，但可以加快指令的，但可以加快指令的執(zhí)行速度。如執(zhí)行一條指令需要執(zhí)行速度。如執(zhí)行一條指令需要10個(gè)時(shí)鐘周期，則一臺(tái)主頻為個(gè)時(shí)鐘周期，則一臺(tái)主頻為1GHz的的CPU，執(zhí)行這條指令比一臺(tái)主頻為，執(zhí)行這條指令比一臺(tái)主頻為100MHz的的CPU快?？?。例例4. 基準(zhǔn)程序基準(zhǔn)程序A在某計(jì)算機(jī)行的運(yùn)行時(shí)間為在某計(jì)算機(jī)行的運(yùn)行時(shí)間為100s，其中，其中90s為為CPU時(shí)間，其余為時(shí)間，其余

35、為I/O時(shí)間。若時(shí)間。若CPU速度提高速度提高50%，I/O速度不速度不變，則運(yùn)行基準(zhǔn)程序變，則運(yùn)行基準(zhǔn)程序A所耗費(fèi)的時(shí)間是？所耗費(fèi)的時(shí)間是？ T=90/1.5+10=60+10=70s計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)32例例5. 微機(jī)微機(jī)A和和B是采用是采用了不同主頻的了不同主頻的CPU芯片，片內(nèi)邏輯電路完全相同。芯片，片內(nèi)邏輯電路完全相同。 1）若）若A機(jī)的機(jī)的CPU主頻為主頻為8MHz，B機(jī)為機(jī)為12MHz，則，則A機(jī)的機(jī)的CPU時(shí)鐘周期為時(shí)鐘周期為多少？多少？ TA=1/8MHz=0.125 s 2）如）如A機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為0.4

36、MIPS，則，則A機(jī)的平均指令周期為機(jī)的平均指令周期為多少？多少？ A機(jī)的平均機(jī)的平均指令周期指令周期 = 1/0.4MIPS=2.5 s 3）B機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少？機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少？ A機(jī)平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)機(jī)平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)=2.5 s/0.125 s=20，而，而A機(jī)和機(jī)和B機(jī)的片機(jī)的片內(nèi)邏輯電路完全相同，所以內(nèi)邏輯電路完全相同，所以B機(jī)平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)也是機(jī)平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)也是20。 TB=1/12MHz=1/12 s， 則則B機(jī)的平均指令周期機(jī)的平均指令周期= 201/12 s=5/3 s， B機(jī)的平均指令執(zhí)行速度機(jī)的平均指令執(zhí)行速度=3

37、/5MIPS=0.6MIPS計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)331.3 計(jì)算機(jī)的硬件計(jì)算機(jī)的硬件一一、硬件組成要素、硬件組成要素 計(jì)算計(jì)算y=ax+b-c：行數(shù)行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)解題步驟和數(shù)據(jù)說(shuō)明說(shuō)明1 取數(shù)取數(shù) （9） 運(yùn)算器運(yùn)算器 （9）表示第）表示第9行的數(shù)行的數(shù)a，下同，下同2 乘法乘法 （12） 運(yùn)算器運(yùn)算器完成完成ax，保存中間結(jié)果，保存中間結(jié)果3 加法加法 （10） 運(yùn)算器運(yùn)算器完成完成ax+b，保存中間結(jié)果，保存中間結(jié)果4 減法減法 （11） 運(yùn)算器運(yùn)算器完成完成ax+b-c的計(jì)算，保存結(jié)果的計(jì)算，保存結(jié)果5 存數(shù)存數(shù) y （13）結(jié)果記錄到第結(jié)果記

38、錄到第13行行6 輸出輸出把結(jié)果顯示在屏幕上給程序員看把結(jié)果顯示在屏幕上給程序員看7 停止停止89a數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)10b數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11c數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)12x數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)13y數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)34二、馮二、馮諾依曼型計(jì)算機(jī)諾依曼型計(jì)算機(jī) 用二進(jìn)制表示用二進(jìn)制表示 存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序 按地址自動(dòng)執(zhí)行按地址自動(dòng)執(zhí)行 五大部件：五大部件： 包括控制器、包括控制器、 運(yùn)算器、運(yùn)算器、 存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、 輸入設(shè)備、輸入設(shè)備、 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 以運(yùn)算器為中心以運(yùn)算器為中心輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)總線（系統(tǒng)總線（BUS）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器適配器適

39、配器計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)35 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)控制流控制流CS數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流DS地址信號(hào)地址信號(hào)馮馮諾依曼型計(jì)算機(jī)諾依曼型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)36三、運(yùn)算器三、運(yùn)算器 進(jìn)行進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，通常邏輯運(yùn)算，通常稱為稱為ALU（算數(shù)邏輯運(yùn)算（算數(shù)邏輯運(yùn)算部件部件）；）； 在在計(jì)算機(jī)中參與運(yùn)算的數(shù)是二進(jìn)制的；計(jì)算機(jī)中參與運(yùn)算的數(shù)是二進(jìn)制的； 在在運(yùn)算中，當(dāng)數(shù)的位數(shù)越多時(shí)，計(jì)算的精度就越高；運(yùn)算中，當(dāng)數(shù)的位數(shù)

40、越多時(shí)，計(jì)算的精度就越高； 理論上理論上講，數(shù)的位數(shù)可以任意多；講，數(shù)的位數(shù)可以任意多； 但是但是位數(shù)越多，所需的電子器件也越多；位數(shù)越多，所需的電子器件也越多； 因此因此計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器長(zhǎng)度一般計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器長(zhǎng)度一般是是8位、位、16位、位、32位、位、64位位。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)37四、存儲(chǔ)器四、存儲(chǔ)器 運(yùn)算運(yùn)算過程中，需要保存大量的過程中，需要保存大量的0、1代碼或者數(shù)據(jù)的器件，目前采用半導(dǎo)體代碼或者數(shù)據(jù)的器件，目前采用半導(dǎo)體器件器件一個(gè)一個(gè)半導(dǎo)體觸發(fā)器半導(dǎo)體觸發(fā)器有有0和和1兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，可以記憶一個(gè)二進(jìn)制代碼。兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，可以記憶一個(gè)二進(jìn)制代

41、碼。 通常通常，在存儲(chǔ)器中把保存一個(gè)數(shù)的若干個(gè)觸發(fā)器稱為一個(gè)，在存儲(chǔ)器中把保存一個(gè)數(shù)的若干個(gè)觸發(fā)器稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)存儲(chǔ)器是由許多存儲(chǔ)單元組成的器是由許多存儲(chǔ)單元組成的。 每個(gè)每個(gè)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)，稱為，稱為地址地址。 向向存儲(chǔ)器中存數(shù)或者從存儲(chǔ)器中取數(shù)，都要按給定的地址來(lái)尋找所選的存存儲(chǔ)器中存數(shù)或者從存儲(chǔ)器中取數(shù)，都要按給定的地址來(lái)尋找所選的存儲(chǔ)單元。儲(chǔ)單元。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)稱為存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，通常用單位所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)稱為存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，通常用單位KB，MB，GB，TB等來(lái)表示，如等來(lái)表示，如64KB，128MB。存儲(chǔ)容量越大，表示計(jì)算機(jī)記

42、憶儲(chǔ)。存儲(chǔ)容量越大，表示計(jì)算機(jī)記憶儲(chǔ)存的信息就越多。存的信息就越多。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量畢竟有限，因此計(jì)算機(jī)中又配備了存儲(chǔ)容量更大的存儲(chǔ)容量畢竟有限，因此計(jì)算機(jī)中又配備了存儲(chǔ)容量更大的磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器，稱為的磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱輔存輔存。 相對(duì)而言相對(duì)而言，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱內(nèi)存（主存）內(nèi)存（主存）。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)38五、控制器五、控制器 1. 指令的形式指令的形式 指令指令由兩部分組成：由兩部分組成：操作的性質(zhì)操作的性質(zhì)（操作碼）和（操作碼）和操

43、作數(shù)的地操作數(shù)的地址址 （地址碼）（地址碼）存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行，這就是，這就是馮馮諾依曼諾依曼型計(jì)算機(jī)的體系型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的所有指令構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的的所有指令構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)不，指令系統(tǒng)不僅是硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，而且是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是衡量計(jì)算機(jī)僅是硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，而且是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 2. 控制器的基本任務(wù)控制器的基本任務(wù) 按照按照計(jì)算程序所排的指令序列計(jì)算程序所排的指令序列，先從存儲(chǔ)器，先從存儲(chǔ)器取出一條指令取出一條指令放到控制器中放到控制器中，對(duì)，對(duì)該指令的操作

44、碼由譯碼器進(jìn)行分析判別該指令的操作碼由譯碼器進(jìn)行分析判別，然，然后根據(jù)指令性質(zhì)，后根據(jù)指令性質(zhì)，執(zhí)行這條指令執(zhí)行這條指令，進(jìn)行相應(yīng)的操作。接著從存，進(jìn)行相應(yīng)的操作。接著從存儲(chǔ)器取出第二條指令，再執(zhí)行這第二條指令。依次類推儲(chǔ)器取出第二條指令，再執(zhí)行這第二條指令。依次類推。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)393. 指令流和數(shù)據(jù)流指令流和數(shù)據(jù)流 運(yùn)算器和控制器合在一起稱為運(yùn)算器和控制器合在一起稱為中央處理器中央處理器，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱CPU。 取取指周期指周期：取指令的一段時(shí)間：取指令的一段時(shí)間 執(zhí)行周期執(zhí)行周期：執(zhí)行指令的一段時(shí)間：執(zhí)行指令的一段時(shí)間 控制器控制器反復(fù)交替處在

45、取指周期和執(zhí)行周期之中，反復(fù)交替處在取指周期和執(zhí)行周期之中，每取出一條每取出一條指令，控制器中的指令計(jì)數(shù)器指令，控制器中的指令計(jì)數(shù)器+1，為取下一條指令做好準(zhǔn)備，為取下一條指令做好準(zhǔn)備，這就是這就是指令為什么在存儲(chǔ)器中順序指令為什么在存儲(chǔ)器中順序存放的原因。存放的原因。 指令指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)放在內(nèi)存中，從形式上看，它們都是二進(jìn)制和數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)放在內(nèi)存中，從形式上看，它們都是二進(jìn)制數(shù)碼，但是控制器可以區(qū)分開哪些是指令，哪些是數(shù)據(jù)。數(shù)碼，但是控制器可以區(qū)分開哪些是指令，哪些是數(shù)據(jù)。 取取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流指令流，流向控制器流向控制器；而；而在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存

46、讀出的信息流是在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流，由內(nèi)存流向運(yùn)由內(nèi)存流向運(yùn)算器算器。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)40六、適配器與輸入輸出設(shè)備六、適配器與輸入輸出設(shè)備 輸入設(shè)備輸入設(shè)備：把人們所熟悉的某種信息形式變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別：把人們所熟悉的某種信息形式變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制信息形式。的二進(jìn)制信息形式。 輸出設(shè)備輸出設(shè)備：把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其他機(jī)器設(shè)備所能接收和識(shí)別：把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其他機(jī)器設(shè)備所能接收和識(shí)別的信息形式的信息形式 。 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的輸入的輸入/輸出設(shè)備通常稱為輸出設(shè)備通常稱為外圍設(shè)備外圍

47、設(shè)備。 適配器適配器：使得被連接的：使得被連接的外圍設(shè)備通過系統(tǒng)總線與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系外圍設(shè)備通過系統(tǒng)總線與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，以便使主，以便使主機(jī)和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作機(jī)和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作 。 系統(tǒng)系統(tǒng)總線總線：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架，是：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架，是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路公共通路。 總之總之，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、總線和輸，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、總線和輸入入/輸出設(shè)備組成的。這也是人們常說(shuō)的計(jì)算機(jī)硬件輸出設(shè)備組成的。這也是人們常說(shuō)的計(jì)算機(jī)硬件。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成

48、與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)41主存，主存，I/O接口接口運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器內(nèi)部寄存器組內(nèi)部寄存器組CPU，系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線主機(jī)主機(jī)輔存輔存I/O設(shè)備設(shè)備外設(shè)外設(shè)計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)421.4 計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 1. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，：用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及用

49、途用途，包括包括以下四類：以下四類： 各種各種服務(wù)性程序服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯(cuò)程序、練習(xí)程序等，如診斷程序、排錯(cuò)程序、練習(xí)程序等 語(yǔ)言語(yǔ)言程序程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 2. 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件：用戶利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某些問題而編制的程序，如工程設(shè)計(jì)：用戶利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某些問題而編制的程序，如工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、情報(bào)檢索程序、科學(xué)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、情報(bào)檢索程序、科學(xué)計(jì)算程序計(jì)算程序等。等。一、軟件的組成與分類一、軟件的組成與分類計(jì)算

50、機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)43二、軟件二、軟件的發(fā)展演變的發(fā)展演變 1. 編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言的發(fā)展的發(fā)展 手手編程序編程序：機(jī)器語(yǔ)言程序，手工編譯二進(jìn)制碼：機(jī)器語(yǔ)言程序，手工編譯二進(jìn)制碼 匯編程序匯編程序：符號(hào)語(yǔ)言程序，匯編程序匯編：符號(hào)語(yǔ)言程序，匯編程序匯編 高級(jí)高級(jí)程序程序：算法語(yǔ)言：算法語(yǔ)言/高級(jí)語(yǔ)言，機(jī)器編譯程序高級(jí)語(yǔ)言，機(jī)器編譯程序/解釋程序解釋程序 2. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件的發(fā)展的發(fā)展 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)：隨著硬件和軟件的不斷發(fā)展而逐漸形成的一套：隨著硬件和軟件的不斷發(fā)展而逐漸形成的一套軟件系統(tǒng)，用來(lái)管理計(jì)算機(jī)資源和自動(dòng)調(diào)度用戶的作業(yè)程序，軟件系統(tǒng)，用來(lái)管理

51、計(jì)算機(jī)資源和自動(dòng)調(diào)度用戶的作業(yè)程序，而使多個(gè)用戶能有效的共用一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而使多個(gè)用戶能有效的共用一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 分布式系統(tǒng)軟件分布式系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)44lw $15, 0($2)lw $16, 4($2)sw$16, 0($)sw$15, 4($2)temp = vk;vk = vk+1;vk+1 = temp;0000 1001 1100 0110 1010 1111 0101 1000 1010 1111 0101 1000 0000 1001 1100 0110 1100 0110 1010 1111 0101高級(jí)語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言

52、程序匯編語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序機(jī)器語(yǔ)言程序機(jī)器語(yǔ)言程序控制信號(hào)描述控制信號(hào)描述編譯器編譯器匯編器匯編器機(jī)器解釋機(jī)器解釋同一程序可以在不同復(fù)雜度級(jí)別進(jìn)行表示同一程序可以在不同復(fù)雜度級(jí)別進(jìn)行表示計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)451.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是一種電子設(shè)備，而是一個(gè)十分復(fù)雜不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是一種電子設(shè)備，而是一個(gè)十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的的硬、軟件結(jié)合而成的整體整體，通常通常由五個(gè)以上不同的級(jí)組成，由五個(gè)以上不同的級(jí)組成，每一級(jí)都能進(jìn)行每一級(jí)都能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)。 第第一級(jí)是一級(jí)是微程序設(shè)計(jì)級(jí)微程序設(shè)計(jì)

53、級(jí)。 這這是一是一個(gè)實(shí)在個(gè)實(shí)在的硬件級(jí)的硬件級(jí)，由機(jī)，由機(jī)器器硬件直接執(zhí)行微指令。如果硬件直接執(zhí)行微指令。如果某某一一個(gè)應(yīng)用程序直接用微指令來(lái)個(gè)應(yīng)用程序直接用微指令來(lái)編編寫寫，那么可在這一級(jí)上運(yùn)行，那么可在這一級(jí)上運(yùn)行應(yīng)用應(yīng)用程序程序。 第二第二級(jí)是一般機(jī)器級(jí)，也級(jí)是一般機(jī)器級(jí)，也稱為稱為機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言級(jí)級(jí)，由，由微程序解釋微程序解釋機(jī)器機(jī)器指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)。這一級(jí)也是硬件級(jí)。這一級(jí)也是硬件級(jí)。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)46 第三第三級(jí)是級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)操作系統(tǒng)級(jí)，由，由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機(jī)器指令和廣義指令組成，廣義

54、指令是操作系統(tǒng)定義和解釋由機(jī)器指令和廣義指令組成，廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令，所以這一級(jí)也稱為混合級(jí)。的軟件指令，所以這一級(jí)也稱為混合級(jí)。 第四第四級(jí)是級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)匯編語(yǔ)言級(jí)，給程序人員，給程序人員提供一種符號(hào)形式語(yǔ)言，提供一種符號(hào)形式語(yǔ)言，以減少程序以減少程序編寫的復(fù)雜性。這編寫的復(fù)雜性。這一級(jí)由匯編程序一級(jí)由匯編程序支持和執(zhí)行支持和執(zhí)行。如。如果應(yīng)用程序采用匯編語(yǔ)言編寫時(shí)，果應(yīng)用程序采用匯編語(yǔ)言編寫時(shí)，則機(jī)器必須要有這一級(jí)的功能；則機(jī)器必須要有這一級(jí)的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語(yǔ)言編如果應(yīng)用程序不采用匯編語(yǔ)言編寫，則這一級(jí)可以不要。寫，則這一級(jí)可以不要。 第五第五級(jí)是級(jí)是高

55、級(jí)語(yǔ)言級(jí)高級(jí)語(yǔ)言級(jí)，是面向，是面向用戶用戶的，為方便用戶編寫的，為方便用戶編寫應(yīng)用程應(yīng)用程序序而設(shè)置的。這一級(jí)由各種而設(shè)置的。這一級(jí)由各種高級(jí)高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)言編譯程序支持和執(zhí)行編譯程序支持和執(zhí)行。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)47計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究軟硬件功能分配軟硬件功能分配和對(duì)軟硬和對(duì)軟硬件件界面的確定界面的確定 指令系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（指令系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（ISA）硬件硬件軟件軟件計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)48 外特性外特性: 指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、尋址方式、

56、寄存器集指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器集 性能成本評(píng)價(jià)性能成本評(píng)價(jià): 運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、I/O帶寬帶寬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究范圍系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究范圍新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì): 并行性、數(shù)據(jù)流、推理機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)并行性、數(shù)據(jù)流、推理機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)界面設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì): 確定硬件功能確定硬件功能計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)49 確定數(shù)據(jù)通路的寬度確定數(shù)據(jù)通路的寬度 確定各種操作對(duì)功能部件的共享程度確定各種操作對(duì)功能部件的共享程度 確定專用的功能部件確定專用的功能部件 確定功能部件的并行度確定功能部件的并行度 設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略 設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu) 確定采用何種可靠性技術(shù)確定采用何種可靠性技術(shù) 組成和實(shí)現(xiàn)組成和實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成組成是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯邏輯實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)，主要包括：，主要包括：計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)50 處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部件的物理結(jié)構(gòu)處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部