1946 年 ?计算机制造技术的发展?计算机系统结构的创新 4个发展过程 引言计算机系统结构的发展时间原因每年的性能增长 1946 年起的 25年两种因素都起着主要的作用 25% 20世纪 70年代末-80年代初大规模集成电路和微处理器出现,以集成电路为代表的制造技术的发展约35% 20世纪 80年代中开始 RISC 结构的出现,系统结构不断更新和变革,制造技术不断发展 50% 以上维持了约 16年 2002 年以来 3个(见下页) 约20% 引言?功耗问题(已经很大)。?可以进一步有效开发的指令级并行性已经很少。?存储器访问速度的提高缓慢。系统结构的重大转折: 从单纯依靠指令级并行转向开发线程级并行和数据级并行。计算机系统结构在计算机的发展中有着极其重要的作用。 = 硬件/固件+软件 , 更便于应用,但又都以低级语言为基础。 ,把计算机系统按功能划分成多级层次结构。?每一层以一种语言为特征 计算机系统结构的概念 计算机系统的层次结构第6 级:应用语言虚拟机第5 级:高级语言虚拟机第4 级:汇编语言虚拟机第3 级:操作系统虚拟机第2 级:机器语言( 传统机器级) 第1 级:微程序机器级软件硬件或固件 计算机系统结构的概念?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级程序全部转换成 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。解释执行比编译后再执行所花的时间多,但占用的存储空间较少。 计算机系统结构的概念 ,即概念性结构与功能特性。 ,不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。 ,把这种本来存在的事物或属性, 但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机系统结构的定义 计算机系统结构的概念 1. Amdahl 提出的系统结构传统机器语言级程序员所看到的计算机属性。 :指令集结构、组成、硬件(计算机设计的 3个方面) ,这些属性主要是指: ?指令系统包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等。?数据表示硬件能直接识别和处理的数据类型。?寻址规则包括最小寻址单元、寻址方式及其表示。 计算机系统结构的概念?寄存器定义(包括各种寄存器的定义、数量和使用方式) ?中断系统(中断的类型和中断响应硬件的功能等) ?机器工作状态的定义和切换(如管态和目态等) ?存储系统(主存容量、程序员可用的最大存储容量等) ?信息保护(包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持)
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