計算機組成原理

1計算機組成與結(jié)構(gòu)授課：李凌燕學(xué)時：48郵箱：lily@2023年2月6日2本課程考查目標(biāo)本課程對計算機專業(yè)來說是非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。理解單處理器計算機系統(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，具有完整的計算機系統(tǒng)的整機概念。理解計算機系統(tǒng)層次化結(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)的基本知識和基本實現(xiàn)方法。能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關(guān)計算機硬件系統(tǒng)中的理論和實際問題進行計算、分析，并能對一些基本部件進行簡單設(shè)計。3內(nèi)容說明1、計算機系統(tǒng)概論2、數(shù)據(jù)的表示和運算3、存儲器層次結(jié)構(gòu)4、指令系統(tǒng)5、中央處理器（CPU）6、總線7、輸入輸出系統(tǒng)——書上第七章和第八章的內(nèi)容?考試與成績4第一章計算機系統(tǒng)概論1.1計算機的分類1.2計算機發(fā)展簡史1.3計算機的硬件1.4計算機的軟件1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)51.1計算機的分類一、電子計算機

電子模擬計算機：“模擬”就是相似的意思，模擬計算機的特點是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程也是連續(xù)的。

電子數(shù)字計算機：在算盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用數(shù)目字來表示數(shù)量的大小，主要特點是按位運算，并且不連續(xù)地跳動計算。比較內(nèi)容數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)據(jù)表示方式數(shù)字0/1電壓計算方式數(shù)字計數(shù)電壓組合和測量值控制方式程序控制盤上連線精度高低數(shù)據(jù)存儲量大小邏輯判斷能力強無6二、數(shù)字計算機根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分，可以劃分為兩類：

專用計算機：最有效、最經(jīng)濟和最快速的計算機，但是適應(yīng)性很差。通用計算機：適應(yīng)性很大，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟性。三、通用計算機根據(jù)體積、簡易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機器價格等可以分為：超級計算機、大型機、服務(wù)器、PC機、單片機、多核機六類。

超級計算機：用于科學(xué)計算，運算速度在每秒萬億次以上；

大型機：大中型企事業(yè)單位作為計算中心的主機使用，統(tǒng)一調(diào)度主機資源，代表產(chǎn)品有IBM360，4300等；7超級計算機（2008.6）IBM公司，服務(wù)于美國能源部，包含122400個core，最大平均速度1026000GFLOPS。8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，典型產(chǎn)品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列；

PC機：即微型計算機，個人或家庭使用；

單片機：只用一片集成電路做成的計算機；

多核機：多于一個處理器的計算機芯片。多核機單片機PC機91.2計算機發(fā)展簡史一、計算機的五代變化

?第一代（1946—1957年）：電子管計算機

?第二代（1958—1964年）：晶體管計算機

?第三代（1965—1971年）：中小規(guī)模集成電路計算機

?第四代（1972—1990年）：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路

?第五代（1991年至今）：巨大規(guī)模集成電路計算機

未來計算機：？

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有革命性的變化：類似于人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計算機智能化將進一步發(fā)展，計算機進入知識處理階段；材料上使用常溫超導(dǎo)材料和光器件；通過控制DNA分子間的生化反應(yīng)構(gòu)造DNA生物計算機等……10二、半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展

?

20世紀(jì)50～60年代，所有計算機存儲器都是由微小的鐵磁體

環(huán)（磁芯）做成；

?1970年，仙童半導(dǎo)體公司生產(chǎn)出了第一個較大容量半導(dǎo)體存

儲器；

?從1970年起，半導(dǎo)體存儲器經(jīng)歷了11代：單個芯片1KB、

4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB和1GB。每一代比前一代存儲密度提高4倍，而每位價格和存取時間都在下降。11三、微處理器的發(fā)展

?1971年Intel公司開發(fā)出Intel4004，這是第一個將CPU的所有元件都放入同一塊芯片內(nèi)的產(chǎn)品——微處理器誕生了。

?1972年開發(fā)出Intel8008，這是第一個8位微處理器，比4004復(fù)雜一倍。

?1974年開發(fā)出Intel8080，這是第一個通用微處理器，是為通用微機而設(shè)計的中央處理器，而4004和8008是為特殊用途而設(shè)計的。?20世紀(jì)70年代末才開發(fā)出強大的通用16位微處理器，Intel8086便是其中之一。

?1981年，貝爾實驗室和HP公司開發(fā)出了32位單片微處理器。

?1981年，IBM公司將Intel

8088芯片用于其研制的PC機（Intel的轉(zhuǎn)折點）。?1982年，Intel推出了Intel80286微處理器；1985年，推出了32位微處理器Intel80386；1989年，推出Intel80486芯片；1993年，Intel586CPU問世。

?1996年底，Intel推出了PentiumMMX；1998年，PentiumII、至強微處理器Xeon、賽揚Celeron；1999年春，PentiumIII；2000年，Pentium4。

?2002年，Intel超線程技術(shù)（Hyper-Threading），邏輯上多處理器；

?現(xiàn)在的64位處理器和多核處理器。指令集變化提高電腦在多媒體、3D圖形方面的應(yīng)用能力MMX多媒體指令增強技術(shù)，共57條

SSE第二套多媒體專用指令集3DNOW!3D加速指令集

怎么利用這些指令用專業(yè)編譯器1213在90年代是處理器性能的唯一標(biāo)尺長久以來在摩爾定律指引下保持高速發(fā)展CPU速度每18個月提高一倍而價格下降為原來的二分之一處理器的頻率進入了“G”時代頻率對于處理器綜合性能的影響力開始減弱。同樣可以擁有其標(biāo)稱值(PR)性能AMD低頻產(chǎn)品Intel迅馳平臺低頻移動處理器現(xiàn)有工藝下單核頻率難于提升性能沒有質(zhì)的飛躍功耗散熱、成品率、成本控制困難3GHz成為了AMD無法逾越的一道坎Intel發(fā)布3.8GHz的產(chǎn)品宣布停止4GHz的產(chǎn)品計劃AMD頻率超過2GHz以后無法大幅度提升處理器的頻率提高遭遇瓶頸1480核處理器2007-02-11核心面積275平方毫米主頻3.16GHz電壓0.95V數(shù)據(jù)帶寬1.62Tb/s浮點運算能力1.01TFlops相當(dāng)于1萬顆10年前的PentiumPro功耗不過62W比core2duo還低是四核心XeonX53552.66GHz的大約一半，浮點運算能力估計為50-60GFlops(每秒十億次)15古代及近代計算技術(shù)公元前500年，中國出現(xiàn)算盤1642年，BlaisePascal發(fā)明自動進位的加法機器，齒輪驅(qū)動撥盤，在窗口顯示結(jié)果。1822年，CharlesBabbage，差分機（DifferentialEngie）。1833年，分析機（AnalyticalEngine），通用機器。

16世紀(jì)，阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿科瓦里茨米（Alkhowarizmi）提出算法概念，并出版以算法為題的書籍。16現(xiàn)代計算機的里程碑1718Turing機1937年，AlanTuring提出一種“通用”計算機的概念，它可以執(zhí)行任何一個描述好的程序（算法），實現(xiàn)需要的功能，形成了“可計算性”概念的基礎(chǔ)。存儲程序的思想，使計算機從專用走向通用。正是這一創(chuàng)新，開創(chuàng)了計算機的新時代，Turing機是現(xiàn)代計算機的鼻祖。Turing機的特點：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，程序和過程可以通過語言描述；計算機執(zhí)行程序的時間是有限的。19第一臺電子計算機——ENIAC第一臺電子計算機（通用可編程序）18800電子管30噸150平方米150kw5000次十進制加法/秒用手工扳動開關(guān)和插拔電纜來編程1946年美國賓西法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計算機ENIAC

（ElectronicNumerical

IntegratorAndComputer），這臺機器于1955年退役。20世界上第一臺電子計算機ENIAC（1946）212223為了改進程序的輸入方式：美國數(shù)學(xué)家馮·諾依曼，提出二進制表示方式和存儲程序控制計算機構(gòu)想。提出并描述一個計算機模型EDVAC：

ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer

ENIAC的特點：十進制表示程序用插線開關(guān)實現(xiàn)第一臺vonNeumann系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機241953年，Wilkes提出了微程序控制的基本思想和特點。

微程序有許多優(yōu)點：如易于改變設(shè)計；通過仿真其它指令系統(tǒng)，可以保證軟件兼容；微程序設(shè)計可以減少實現(xiàn)復(fù)雜指令的成本等等。

但是，由于在很長的一段時間內(nèi)，用于實現(xiàn)控制存儲器的技術(shù)和主存的是相同的，而且機器的指令系統(tǒng)也比較簡單，因而微程序設(shè)計的優(yōu)勢并不明顯。

當(dāng)控制存儲器采用半導(dǎo)體存儲器工藝，主存儲器采用磁芯技術(shù)時，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)。IBM360系列的許多機器都采用了微程序技術(shù)。251965年，Wilkes在他的一篇論文中提出了直接映象Cache的思想。

IBM360/85機是第一臺使用Cache的商品計算機。從此，Cache作為一種可以有效解決計算機處理和存儲之間速度差異的技術(shù)，在后來的機器中扮演著十分重要的角色。八十年代初，有科學(xué)家分析了高級語言機器結(jié)構(gòu)所遇到的一些困難，在此基礎(chǔ)上提出了簡單的機器結(jié)構(gòu)更有可能獲得高性能的觀點，即RISC（ReducedInstructionSetComputer）的思想。加州大學(xué)Berkeley分校的DavidPatterson開始設(shè)計具有RISC思想的機器。八十年代中期，RISC思想和技術(shù)開始普遍被工業(yè)界接受，RISC技術(shù)本身也得到了迅速完善和發(fā)展。1986年，出現(xiàn)了一些商品化的RISC芯片，如整數(shù)處理器MIPS2000。八十年代末，開始注重流水線技術(shù)，以產(chǎn)生時間并行效益的同時，也力圖進一步開發(fā)出指令間空間并行的效益。26四、計算機的性能指標(biāo)吞吐量：表征一臺計算機在某一時間間隔內(nèi)能夠處理的信息量，單位是字節(jié)/秒（B/s）。響應(yīng)時間：表征從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時間度量，用時間單位來度量，例如微秒（10-6s）、納秒（10-9s）。利用率：在給定的時間間隔內(nèi)，系統(tǒng)被實際使用的時間所占的比率，一般用百分比表示。處理機字長：指處理機運算器中一次能夠完成二進制數(shù)運算的位數(shù)，決定了寄存器和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。當(dāng)前處理機的字長有8位、16位、32位、64位。字長越長，包含的信息量越多，精度越高，硬件成本也越高。27總線寬度：一般指CPU中運算器與存儲器之間進行互連的內(nèi)部總線二進制位數(shù)。存儲容量：存儲器中所有存儲單元的總數(shù)目，通常用KB、MB、GB、TB來表示。其中K=210，M=220，G=230，T=240，B=8位（1個字節(jié)）。

存儲器容量越大，記憶的二進制數(shù)越多。有內(nèi)存容量和輔存容量兩種指標(biāo)。存儲容量越大，能存儲的信息就越多。

1KB=1024B，1MB=1024KB，

1GB=1024MB，1TB=1024GB存儲器帶寬：存儲器的速度指標(biāo)，單位時間內(nèi)從存儲器讀出的二進制數(shù)信息量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示。28CPU執(zhí)行時間：表示CPU執(zhí)行一段程序所占用的CPU時間，可用下式計算：

CPU執(zhí)行時間＝CPU時鐘周期數(shù)×CPU時鐘周期長（T）主頻/時鐘周期：CPU的工作節(jié)拍受主時鐘控制，主時鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時鐘，主時鐘的頻率（f）叫CPU的主頻。度量單位是MHz、GHz。例如Pentium系列機為60MHz～266MHz，而Pentium4升至3.6GHz。

主頻的倒數(shù)稱為CPU時鐘周期（T），即T=1/f，度量單位是微秒s

、納秒ns。29CPI：每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時鐘周期數(shù)。CPI=MIPS：每秒百萬條指令數(shù)，表示單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)目。MIPS=MFLOPS：每秒百萬次浮點操作次數(shù)，用來衡量機器浮點操作的性能。MFLOPS=

MIPS是單位時間內(nèi)的執(zhí)行指令數(shù)，所以MIPS值越高說明機器速度越快。

MFLOPS是基于操作而非指令的，只能用來衡量機器浮點操作的性能，而不能體現(xiàn)機器的整體性能。TFLOPS表示每秒萬億次浮點操作次數(shù)，該技術(shù)指標(biāo)一般在超級計算機中使用。例1.用一臺50MHz處理機執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測試程序，其包含的混合指令數(shù)和相應(yīng)所需的平均時鐘周期數(shù)如下表所示：求有效CPI、MIPS速率、處理機程序執(zhí)行時間tCPU。30指令類型指令數(shù)目平均時鐘周期數(shù)整數(shù)運算450001數(shù)據(jù)傳送320002浮點運算150002控制傳送80002CPI==1.55周期/指令MIPS==32.26（百萬條指令/s）tCPU==3.1ms31例2.下列選項中，描述浮點數(shù)操作速度指標(biāo)的是（）。A.MIPSB.CPIC.IPCD.MFLOPS例3.CPU的CPI與下列哪個因素?zé)o關(guān)？（）A.時鐘頻率B.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)C.指令集D.計算機組織

CPI是執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期數(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集、計算機組織都會影響CPI，而時鐘頻率不會，但可以加快指令的執(zhí)行速度。如執(zhí)行一條指令需要10個時鐘周期，則一臺主頻為1GHz的CPU，執(zhí)行這條指令比一臺主頻為100MHz的CPU快。例4.基準(zhǔn)程序A在某計算機行的運行時間為100s，其中90s為CPU時間，其余為I/O時間。若CPU速度提高50%，I/O速度不變，則運行基準(zhǔn)程序A所耗費的時間是？

T=90/1.5+10=60+10=70s32例5.

微機A和B是采用了不同主頻的CPU芯片，片內(nèi)邏輯電路完全相同。

1）若A機的CPU主頻為8MHz，B機為12MHz，則A機的CPU時鐘周期為多少？

TA=1/8MHz=0.125s

2）如A機的平均指令執(zhí)行速度為0.4MIPS，則A機的平均指令周期為多少？

A機的平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5s

3）B機的平均指令執(zhí)行速度為多少？

A機平均每條指令的時鐘周期數(shù)=2.5s/0.125s=20，而A機和B機的片內(nèi)邏輯電路完全相同，所以B機平均每條指令的時鐘周期數(shù)也是20。

TB=1/12MHz=1/12s，

則B機的平均指令周期=

20×1/12s=5/3s，

B機的平均指令執(zhí)行速度=3/5MIPS=0.6MIPS331.3計算機的硬件一、硬件組成要素

計算y=ax+b-c：行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)說明1

取數(shù)（9）→運算器（9）表示第9行的數(shù)a，下同2

乘法（12）→運算器完成a×x，保存中間結(jié)果3

加法（10）→運算器完成a×x+b，保存中間結(jié)果4

減法（11）→運算器完成a×x+b-c的計算，保存結(jié)果5

存數(shù)y→（13）結(jié)果記錄到第13行6

輸出把結(jié)果顯示在屏幕上給程序員看7

停止89a數(shù)據(jù)10b數(shù)據(jù)11c數(shù)據(jù)12x數(shù)據(jù)13y數(shù)據(jù)34二、馮·諾依曼型計算機

?用二進制表示

?存儲程序

?按地址自動執(zhí)行

?五大部件：

包括控制器、

運算器、

存儲器、

輸入設(shè)備、

輸出設(shè)備

?以運算器為中心輸入設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)總線（BUS）存儲器運算器控制器適配器35

輸出設(shè)備

輸入設(shè)備

運算器

控制器

存儲器計算結(jié)果程序和數(shù)據(jù)控制流CS數(shù)據(jù)流DS地址信號馮·諾依曼型計算機36三、運算器

?進行算術(shù)運算和邏輯運算，通常稱為ALU（算數(shù)邏輯運算部件）；

?在計算機中參與運算的數(shù)是二進制的；

?在運算中，當(dāng)數(shù)的位數(shù)越多時，計算的精度就越高；

?理論上講，數(shù)的位數(shù)可以任意多；

?但是位數(shù)越多，所需的電子器件也越多；

?因此計算機的運算器長度一般是

8位、16位、32位、64位。37四、存儲器運算過程中，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)體器件——一個半導(dǎo)體觸發(fā)器有0和1兩個穩(wěn)定狀態(tài)，可以記憶一個二進制代碼。

通常，在存儲器中把保存一個數(shù)的若干個觸發(fā)器稱為一個存儲單元，存儲器是由許多存儲單元組成的。每個存儲單元都有編號，稱為地址。向存儲器中存數(shù)或者從存儲器中取數(shù)，都要按給定的地址來尋找所選的存儲單元。存儲器所有存儲單元的總數(shù)稱為存儲器的存儲容量，通常用單位KB，MB，GB，TB等來表示，如64KB，128MB。存儲容量越大，表示計算機記憶儲存的信息就越多。半導(dǎo)體存儲器的存儲容量畢竟有限，因此計算機中又配備了存儲容量更大的磁盤存儲器和光盤存儲器，稱為外存儲器，簡稱輔存。相對而言，半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存（主存）。38五、控制器1.指令的形式指令由兩部分組成：操作的性質(zhì)（操作碼）和操作數(shù)的地址（地址碼）存儲程序并按地址順序執(zhí)行，這就是馮·諾依曼型計算機的體系結(jié)構(gòu)。計算機的所有指令構(gòu)成該計算機的指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)不僅是硬件設(shè)計的依據(jù)，而且是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)，是衡量計算機性能的一個重要指標(biāo)。2.控制器的基本任務(wù)

按照計算程序所排的指令序列，先從存儲器取出一條指令放到控制器中，對該指令的操作碼由譯碼器進行分析判別，然后根據(jù)指令性質(zhì)，執(zhí)行這條指令，進行相應(yīng)的操作。接著從存儲器取出第二條指令，再執(zhí)行這第二條指令。依次類推。393.指令流和數(shù)據(jù)流運算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱CPU。取指周期：取指令的一段時間執(zhí)行周期：執(zhí)行指令的一段時間控制器反復(fù)交替處在取指周期和執(zhí)行周期之中，每取出一條指令，控制器中的指令計數(shù)器+1，為取下一條指令做好準(zhǔn)備，這就是指令為什么在存儲器中順序存放的原因。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)。取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，流向控制器；而在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，由內(nèi)存流向運算器。40六、適配器與輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備：把人們所熟悉的某種信息形式變換為機器內(nèi)部所能接收和識別的二進制信息形式。輸出設(shè)備：把計算機處理的結(jié)果變換為人或其他機器設(shè)備所能接收和識別的信息形式。計算機的輸入/輸出設(shè)備通常稱為外圍設(shè)備。適配器：使得被連接的外圍設(shè)備通過系統(tǒng)總線與主機進行聯(lián)系，以便使主機和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作。系統(tǒng)總線：構(gòu)成計算機系統(tǒng)的骨架，是多個系統(tǒng)部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路?？傊F(xiàn)代電子計算機是由運算器、存儲器、控制器、適配器、總線和輸入/輸出設(shè)備組成的。這也是人們常說的計算機硬件。41主存，I/O接口運算器控制器內(nèi)部寄存器組CPU，系統(tǒng)總線主機輔存I/O設(shè)備外設(shè)計算機硬件

計算機系統(tǒng)計算機軟件421.4計算機的軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計算機軟件

計算機系統(tǒng)計算機硬件1.系統(tǒng)軟件：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途，包括以下四類：①各種服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯程序、練習(xí)程序等②語言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等③操作系統(tǒng)④數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.應(yīng)用軟件：用戶利用計算機來解決某些問題而編制的程序，如工程設(shè)計程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動控制程序、企業(yè)管理程序、情報檢索程序、科學(xué)計算程序等。一、軟件的組成與分類43二、軟件的發(fā)展演變1.編程語言的發(fā)展

手編程序：機器語言程序，手工編譯二進制碼

匯編程序：符號語言程序，匯編程序匯編

高級程序：算法語言/高級語言，機器編譯程序/解釋程序2.系統(tǒng)軟件的發(fā)展

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軟件系統(tǒng)，用來管理計算機資源和自動調(diào)度用戶的作業(yè)程序，而使多個用戶能有效的共用一套計算機系統(tǒng)。

分布式系統(tǒng)軟件44lw$15,0($2)lw$16,4($2)sw$16,0($)sw$15,4($2)temp=v[k];v[k]=v[k+1];v[k+1]=temp;000010011100011010101111010110001010111101011000000010011100011011000110101011110101高級語言程序匯編語言程序機器語言程序控制信號描述編譯器匯編器機器解釋同一程序可以在不同復(fù)雜度級別進行表示451.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機不能簡單地認(rèn)為是一種電子設(shè)備，而是一個十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體，通常由五個以上不同的級組成，每一級都能進行程序設(shè)計。第一級是微程序設(shè)計級。

這是一個實在的硬件級，由機

器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某

一個應(yīng)用程序直接用微指令來編

寫，那么可在這一級上運行應(yīng)用

程序。第二級是一般機器級，也稱為

機器語言級，由微程序解釋機器

指令系統(tǒng)。這一級也是硬件級。46第三級是操作系統(tǒng)級，由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機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，所以這一級也稱為混合級。第四級是匯編語言級，給程序人員提供一種符號形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語言編寫時，

則機器必須要有這一級的功能；

如果應(yīng)用程序不采用匯編語言編

寫，則這一級可以不要。第五級是高級語言級，是面向

用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程

序而設(shè)置的。這一級由各種高級

語言編譯程序支持和執(zhí)行。47計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其實現(xiàn)

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究軟硬件功能分配和對軟硬件界面的確定

指令系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（ISA）硬件軟件48

外特性:

——指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器集

性能成本評價:——運算速度、存儲容量、I/O帶寬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究范圍新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計:

——并行性、數(shù)據(jù)流、推理機、神經(jīng)網(wǎng)界面設(shè)計:

——確定硬件功能49

確定數(shù)據(jù)通路的寬度

確定各種操作對功能部件的共享程度

確定專用的功能部件

確定功能部件的并行度

設(shè)計緩沖和排隊策略

設(shè)計控制機構(gòu)

確定采用何種可靠性