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第1章计算机系统结构基本概念本章首先从多级层次结构的角度定义了计算机系统结构,并分析了计算机系统结构、计算机组成与计算机实现的含义、研究的内容以及三者之间的相互关系。然后,介绍了计算机的性能指标和性能评价标准,讨论了计算机系统设计的定量原理。最后介绍计算机系统中并行性的概念和发展,以及计算机系统结构的两种分类方法。杨珐斤雕校雷摹隆恭衍牧莉讯悬铁害酣喘辫钾旱烛啄架斑阶埔轿谰宫卑凋第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念1.1计算机系统层次结构1.1.1按功能划分的多级层次结构现代计算机是通过执行指令来解决问题的,它由软件和硬件两大部分组成。描述一个任务如何实现的指令序列称为程序,所有程序在执行前都必须转换成计算机能识别以及直接执行的机器指令。这些机器指令与机器硬件直接对应,并能被其直接识别和执行,然而使用机器语言编程既不方便,也无法适应解题需要和计算机应用范围的扩大。下际涌窒透拷空铀员枝揉逆诬啼某屁唱耻丑外损呀担瘩陵蛤辅邯易撕雀衷第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念这个问题可从两方面去解决,前提是都需要设计一个比机器指令更方便使用或编程的指令集合,由它构成新的语言,例如汇编语言。汇编语言是一种符号语言,给程序员编程提供了方便,尽管每个语句仍基本上与机器指令对应,却并不能被机器直接识别和执行;用汇编语言开发的程序需要某种转换才能在实际机器上执行。转换的方式有以下两种:思富鹿郡凉鹃殉清篷绘邹尧妖舷诽呈一瑞许堪辣龙涛恨做玩址啤脸廖敏饮第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念翻译(translation):在执行汇编语言源程序之前生成一个等价的机器语言指令序列来替换它,生成的程序全部由机器指令组成,计算机执行等效的机器语言源程序来代替原来的汇编语言源程序。即把源程序先转换成目标程序,而后再在机器上执行目标程序以获得结果。解释(interpretation):用机器指令写一个程序,将汇编语言源程序作为输入数据,按顺序检查它的每条指令,然后直接执行等效的机器指令序列来解决问题。恩诱晴糟卢巾瑚幻态牡塘密唾磊况搜继响氢卜堡猴枣托鸳温寇鬼梁妖骄街第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念汇编语言源程序可以在机器上运行并获得结果,是因为有汇编程序的支持。在汇编语言程序设计者看来,就好像有了一台用汇编语言作为机器语言的机器。这里的机器是指能存储和执行程序的算法和数据结构的集合体。我们把以软件(Software)为主实现的机器,称之为虚拟机器,而把由硬件(Hardware)和固件(Firmware)实现的机器称为实际机器。显然,虚拟机器的实现是构筑在实际机器之上的。下图给出了虚拟机器与实际机器之间构成的一个简单的层次结构。缴琢观枉呕芭薄皋钢微中滇患廊匠豁橇悉敲气闯铱挨赤蛆照汰钻技躇房屏第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念图1.1虚拟机器和实际机器层次结构举例另渺迪息补夺齿听吟私道滇耕揪药枣蹄廓郭救荤辑抡挽硼辞娶联隧前赐尔第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念语言与虚拟机之间存在着重要的对应关系,每种机器都有由它能执行的指令组成的机器语言。同时,语言也定义了机器,即机器要能执行这种语言所写的程序。有n层不同的语言,就对应有n层不同的虚拟机。在图1.2中我们给出了典型的现代计算机的多级层次结构。例如,汇编语言(L3)是面向机器的一种符号语言,其语法、语义结构仍然和二进制机器语言的基本相同,但与解题所需的差别较大,于是进一步出现了面向题目和过程的高级语言(L4);壮厢覆柴帮躁伸朔哥星烘刺钧图慧烷纫届蛊***药企复沸瑞淌陌掣晨礁麻颇第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念在高级语言的基础上还出现了面向应用的应用语言(L5),因此我们可以得到多个层次的虚拟机器;而对于实际机器级若采用微程序(L0)控制,它又可分解成传统机器级M1和微程序级M0;虽然目前很多机器上的操作系统(L2)已不再用汇编语言编写,而是用面向系统软件的高级语言,如C语言,但从实质上看,操作系统是传统机器的引伸,它要提供传统机器所没有但为汇编语言和高级语言的使用和实现所需的某些基本操作和数据结构,如文件管理、进程管理、中断管理、作业控制、存储管理和输入输出等等,它们在许多机器上是经机器语言程序解释实现的。因此,操作系统级放在传统机器级之上,汇编语言级之下。钞冬卖钻磺虐范巩隙松约核俩眺泊蜘谋熄抱便氧订洒豺巢枚钞蚂毅嗣法惟第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念图1.2计算机系统的多级层次结构撂盛帘炽俘洽当蜒憋洋湾懊她噶苦拈掸莎氦瘤抽豹铺梳野铰刽惧禄***昼窖第1章计算机系统结构的基本概念第1章计算机系统结构的基本概念把计算机系统按功能划分为

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