计算机系统结构简介

计算机系统结构课程介绍

名词解释

• 英文：Computer Architecture
• 释义：“建筑学”，“建筑物的设计或式样”。通常指一个系统的外貌
• 计算机系统结构也被成为计算机体系结构

研究内容

• 从外部来研究计算机系统
• 使用者所看到的物理计算机的抽象，编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解的计算机的属性
• 软硬件功能分配及分界面的确定

学习目的

• 建立计算机系统的完整概念
• 学习计算机系统的分析方法和设计方法
• 掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理

推荐书籍

• Computer Architecture:A Quantitative Approach
• 计算机系统结构，西安电子科技大学出版社
• 高等计算机体系结构冰雪性，可扩展性，可编程性。清华大学出版社

基本概念

1. 计算机系统结构的定义
   • 定义一：Amdahl于1964年在推广IBM360系列计算机时提出：程序员所看到的计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。
     程序员：指汇编语言，机器语言，编译程序，操作系统等开发者，不高级语言开发者
     看到的：编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解到的东西

一、功能特性：指令系统及其执行模式
1. 数据标识：硬件能够直接认别和处理的数据类型和格式
2. 寻址方式：最小寻址单位、寻址方式的种类和地址运算等
3. 寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专用寄存器的定义、数量和使用规则等
4. 指令系统：机器指令的操作类型、格式，指令间的排序和控制机制等
5. 中断系统：中断类型、中断级别和中断响应方式等
6. 存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、最大寻址空间等
7. 处理机工作状态：定义和切换方式，如管态和目态等
8. 输入输出系统：连接方式、数据交换方式、数据交换过程的控制等
9. 信息保护：包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持等

二、透明性概念
1. 本来存在的事物或属性，从某种角度看，似乎不存在
# 举例
浮点数标识，乘法指令等，对高级语言程序员、应用程序员透明。对汇编语言程序员、机器语言程序员不透明
数据总线宽度，微程序对汇编语言程序员、机器语言程序员透明。对硬件设计者，计算机维修人员不透明

• 定义二：

• 计算机系统结构概念图
  

2. 计算机系统的评价标准
3. 计算机系统的设计方法
4. 计算机系统结构的发展
5. 计算机系统的分类