chap1,2概述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理

1、微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1 2章1概 述信息在計(jì)算機(jī)中的表示 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成微機(jī)發(fā)展概況 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)展望 2現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分信息的生成、獲取、存儲、傳輸、處理及其應(yīng)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分 從計(jì)算機(jī)學(xué)科的角度分析，嵌入式系統(tǒng)在一定程度上代表了未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向計(jì)算機(jī)在信息的后五部分都起到關(guān)鍵作用計(jì)算機(jī)的發(fā)展一直和數(shù)字電路設(shè)計(jì)的發(fā)展相輔相成，互相促進(jìn)3信息在計(jì)算機(jī)中的表示信息(數(shù)據(jù))在計(jì)算機(jī)中的存在形式 電位的高低狀態(tài)（ H 、L ） 二進(jìn)制邏輯的 0 、1 記憶 表示數(shù)值（ 數(shù)制 ） 表示符號（ 碼制 ） 信息在計(jì)算機(jī)中的表示形式數(shù)值的運(yùn)算（數(shù)值數(shù)據(jù)）符號的編碼（

2、非數(shù)值數(shù)據(jù)）4信息在計(jì)算機(jī)中的表示二進(jìn)制的特點(diǎn) 計(jì)數(shù)特點(diǎn)簡單 更加貼近生活 電子記憶方便0、1 ；L、H；低、高對立、統(tǒng)一飽和、截止5數(shù)的符號表示拉丁文漢文意大利文英文1、2、3、4、5、6、7、8、9一、二、三、四、五、六、七、八、九、 one、two、three 、four、five、six、 6進(jìn)制的認(rèn)識 人類對數(shù)制認(rèn)識非常深刻，應(yīng)用廣泛。每一個人每天都會用到不同的數(shù)制。例如：一天有 24 小時，即逢 24 進(jìn) 1；一小時有 60 分，即逢 60 進(jìn) 1。 數(shù)量是確定的，而表示數(shù)量進(jìn)制是可變的，例如：我們常說的“半斤八兩”表示的數(shù)量相同，而“半斤” 是十進(jìn)制； “八兩” 是十六進(jìn)制。 7

3、數(shù)的多項(xiàng)式表示法 （N）R = Ki Ri = Kn-1Rn-1 + Kn-2Rn-2 + + K0R0 + K-mR-m i = -mi = n-1 R：進(jìn)制的基數(shù)，例：二進(jìn)制R = 2；八進(jìn)制R = 8； 十進(jìn)制R = 10；十六進(jìn)制R = 16。 Ri ：進(jìn)制的位權(quán)，i 愈大則位權(quán)愈大。 Ki ：位權(quán)的系數(shù)，Ki值在進(jìn)制集合的符號中。 n： 整數(shù)部分的數(shù)位。 m： 小數(shù)部分的數(shù)位。8數(shù)的多項(xiàng)式表示法多項(xiàng)式表示例（572）10 = 510271012100 （110）2 = 122121020 =（6）10 （12B）16 = 1162216111160 = 256 3211 =（299）

4、10 （10.11）2 = 121020 12-1 12-2 = 2 00.50.25 = （2.75）10 9數(shù)制中的進(jìn)制表示 二進(jìn)制表示 十進(jìn)制表示八進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示符號 0、1 集合，尾符 B例00010101B符號 0 9 集合，尾符 D 或缺省例21D 或 21符號 0 9、A F 集合，尾符 H例1AH符號 0 7 集合，尾符 Q例27Q （Binary）（Decimal）（Hexadecimal）（Octal）10進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換常用類型常用方法210、216、 1016多項(xiàng)式法： 210、 1610、 N10權(quán)位法： 210、 1016定位法： 216、 2811進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換

5、11= 0010 1011 1101 0001 0011 1111 = 2 B D 1 3 F4 位二進(jìn)制數(shù)與 1 位十六進(jìn)制數(shù)定位法00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111FE7H = 1110，0111 = 11100111B12進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制 十進(jìn)制間的權(quán)位法b7b6b5b4b3b2b1b02726252423222120128643216842101101101B = 6432841 = 109114 = 6432162 = 01110010B13進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換十六進(jìn)

6、制 十進(jìn)制間的權(quán)位法h1h01611601615BH = 516 111 = 8011 = 91114 = 716 21 = 72H14無符號數(shù)與有符號數(shù)無符號數(shù)有符號數(shù)計(jì)算機(jī)中所有二進(jìn)制位均有值的作用計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)的高位表示值的符號(約定)例10001000 B= 136例10001000 B= - 8注：b7 = 0 表示正數(shù)、b7 = 1 表示負(fù)數(shù)15有符號數(shù)的表示原碼表示反碼表示補(bǔ)碼表示+8 = 00001000B、-8 = 10001000B+8 = 00001000B、-8 = 11110111B+8 = 00001000B、-8 = 11111000B注：正數(shù)的原、反、補(bǔ)相同

7、負(fù)數(shù)的原、反、補(bǔ)不同求反碼方法：原碼的符號位保持，其他數(shù)值位求反求補(bǔ)碼方法1：反碼+1；法2：在原碼基礎(chǔ)上，從右開始找第一個“1”，符號位和這個1之間的數(shù)值位求反。概念：模和補(bǔ)數(shù)16機(jī)器數(shù)與真值計(jì)算機(jī)中所有符號（機(jī)器）數(shù)用補(bǔ)碼表示根據(jù)機(jī)器數(shù)求真值根據(jù)真值得機(jī)器數(shù)00001000 = +811111000 = - 8+12 = 00001100- 12 = 1111010017無符號數(shù)的表值范圍8 位二進(jìn)制無符數(shù)的表值范圍二進(jìn)制表示 00000000B 11111111B十進(jìn)制表示 0 255十六進(jìn)制表示 00H FFH18有符號整型數(shù)的表值范圍8 位二進(jìn)制有符數(shù)的表值范圍原碼表示 - 127

8、+ 127反碼表示 - 127 + 127補(bǔ)碼表示 - 128 + 127數(shù)的補(bǔ)碼表示中已經(jīng)約定：10000000B表示（128）D19二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算法則邏輯運(yùn)算法則 000、 011、 101、 110 000、 011、 101、 1100A 0、 1 AA （ A 為 0 或 1 ）0AA 、1 A100 0、 11 0、 01 1、 10 1/01、/1020二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算兩二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算計(jì)算機(jī)中僅有加法器 ALU，用補(bǔ)碼可變減為加【XY】補(bǔ) 【X】補(bǔ)【Y】補(bǔ)【XY】補(bǔ) 【X】補(bǔ)【Y】補(bǔ)【 【X】補(bǔ)】補(bǔ) 【X】原21補(bǔ)碼運(yùn)算例設(shè) X37、Y51， 求【X】補(bǔ)、【Y】補(bǔ)、【X

9、】補(bǔ)、【Y】補(bǔ)、 【XY 】補(bǔ)、【 XY】補(bǔ)、【 XY】補(bǔ)解：【X】補(bǔ)、【X】補(bǔ) 【Y】補(bǔ)、【Y】補(bǔ) 【XY 】補(bǔ)【X】補(bǔ)【Y】補(bǔ) （）補(bǔ) 8822補(bǔ)碼運(yùn)算例解：【X】補(bǔ)、【X】補(bǔ) 【Y】補(bǔ)、【Y】補(bǔ) 【XY 】補(bǔ)【X】補(bǔ)【Y】補(bǔ) （）補(bǔ) （）原 1423補(bǔ)碼運(yùn)算例解：【X】補(bǔ)、【X】補(bǔ) 【Y】補(bǔ)、【Y】補(bǔ) 【XY 】補(bǔ)【X】補(bǔ)【Y】補(bǔ) （1 10101000）補(bǔ) （）原 8824計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類型 二進(jìn)制位與二進(jìn)制字節(jié)常用數(shù)據(jù)類型的表示（老教材及IBM PC匯編）b 位（ bit ）B 字節(jié)（Byte ）B 字節(jié)數(shù)據(jù)（Byte ） “ 8 位”W 字?jǐn)?shù)據(jù)（Word ） “ 16 位”DW 雙

10、字?jǐn)?shù)據(jù)（ Double Word ）“ 32 位”QW 四字?jǐn)?shù)據(jù)（ Quad Word ） “ 64 位”常用數(shù)據(jù)類型的表示（新教材及ARM匯編）半字“ 16 位” 單字“32位” 雙字“64位”25符號實(shí)型數(shù)的定點(diǎn)、浮點(diǎn)表示定點(diǎn)表示浮點(diǎn)表示小數(shù)點(diǎn)的位置在數(shù)的表示中是固定的 小數(shù)點(diǎn)的位置在數(shù)的表示中是浮動的 注：處理小數(shù)點(diǎn)的表示方法26定點(diǎn)表示法定點(diǎn)純小數(shù) 定點(diǎn)純整數(shù) 符號位 純小數(shù) 小數(shù)點(diǎn)固定位置符號位 純整數(shù) 小數(shù)點(diǎn)固定位置27實(shí)型數(shù)的表示十進(jìn)制實(shí)型數(shù)表示二進(jìn)制實(shí)型數(shù)表示+542.689 = +0.542689 103 -0.00689 = -0.689 10-2 -1011.0110B

11、= -0.10110110 24B +0.000110 B= +0.110 2-3B 注：實(shí)型數(shù)可用純小數(shù)和指數(shù)表示28實(shí)型數(shù)的表示一般公式N = M 2E 尾符尾數(shù)階符階碼注：實(shí)型數(shù)的浮點(diǎn)表示由四部分組成浮點(diǎn)表示階符階碼尾符尾數(shù)注：階符、尾符由一位二進(jìn)制數(shù) 0 或 1 組成， 階碼、尾數(shù)由多位二進(jìn)制數(shù) 01 序列組成。29浮點(diǎn)表示法（1）-1011.0110 的浮點(diǎn)表示 設(shè)階符、尾符各占 1bit；階碼、尾數(shù)各占 7bit，階碼、尾數(shù)用原碼表示。-1011.0110 = -0.10110110 2+4 階符 = 0 階碼 = 0000100尾符 = 1 尾數(shù) = 101101116 bit

12、浮點(diǎn)表示為 0130浮點(diǎn)表示法（1）浮點(diǎn)表示的特點(diǎn) 要擴(kuò)大浮點(diǎn)數(shù)的表值范圍，增加階碼的位數(shù) 要提高浮點(diǎn)數(shù)的表值精度，增加尾數(shù)的位數(shù) 注：在實(shí)際應(yīng)用中浮點(diǎn)表示的方法有所不同。31浮點(diǎn)表示法（2）用指數(shù)和尾數(shù)來表示實(shí)數(shù)表示式 （-1）S 2 E（ b0 b1b2b3bp-1 ）規(guī)格化的形式 其中：（-1）S 是該數(shù)的符號位 S = 0 表正數(shù)；S = 1 表負(fù)數(shù) E 為指數(shù)及位數(shù) （b0b1b2b3bp-1）是 P 位尾數(shù) 表示隱含的小數(shù)點(diǎn)位置 S E1E2E3 b1b2b3bp-1符號 指數(shù) 尾數(shù) 注：b0=1，與小數(shù)點(diǎn)一起被隱含 32浮點(diǎn)數(shù)的三種機(jī)內(nèi)類型 浮點(diǎn)數(shù)中的參數(shù) 單精度浮點(diǎn) 雙精度浮點(diǎn)

13、擴(kuò)充精度浮點(diǎn) 浮點(diǎn)數(shù)總長度 326480尾數(shù)長 p 長度235264符號位 S 長度111指數(shù) E 長度81115最小指數(shù) - 126- 1022- 16382最大指數(shù) + 127+ 1023+ 16383指數(shù)的偏移量值 + 127+1023+ 16383注：浮點(diǎn)數(shù)總長度越多精度越高33【例】將十進(jìn)制數(shù) + 219.125 用單精度浮點(diǎn)數(shù)表示。 解： + 219.125D = + 11011011.001B 規(guī)格化形式： + 11011011.001 = + 1.1011011001 27 符號位 S = 0（ 1位 ） 指數(shù) E = + 7 + 127 = 134 = 10000110 （

14、8位 ） 尾數(shù) P = 1 （ 23位 ） 單精度浮點(diǎn)表示： + 219.125 = 0 10000110 134【例】求單精度浮點(diǎn)數(shù) 1111000000 的真值。 解： 分為三部分：1111000000 求符號位 S ：S = 1 為負(fù)數(shù) 求指數(shù) E ：10010000 = 144、E = 144 127 = 17 求尾數(shù) P ：1101011000100 真值 ： - 11010110001 217 = - 1100000 = - 219264 35計(jì)算機(jī)中常用碼制 BCD 碼 (Binary Coded Decimal)ASCII 碼 漢字編碼 用 4 位二進(jìn)制數(shù)表示 1 位十進(jìn)制數(shù)用

15、 7 位二進(jìn)制數(shù)表示常用符號（ 基本 ASCII 碼 ）用 8 位二進(jìn)制數(shù)表示特殊符號（ 擴(kuò)展 ASCII 碼 ）用 16 位二進(jìn)制數(shù)表示 1 個漢字符號注：符號編碼具有數(shù)據(jù)壓縮功能36BCD 碼:Binary-Coded Decimal 8421碼5421碼余3碼格雷碼0000010001200103001140100501016011070111810009100137012345670NULDLESP0Pp1SOHDC1!1AQaq2STXDC2“2BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB7GWgw8B

16、SCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;KkCFFFS,NnFSIUS/?O_oDEL輸入ASCII 字符表（7位碼）HLNUL 空SOH 標(biāo)題開始STX 正文結(jié)束ETX 本文結(jié)束EOT 傳輸結(jié)束ENQ 詢問ACK 承認(rèn)BEL 報(bào)警符BS 退格HT 橫向列表LF 換行VT 垂直制表FF 走紙控制CR 回車SO 移位輸出SI 移位輸入DLE 數(shù)據(jù)鏈換碼DC1 設(shè)文字備控制1DC2 設(shè)備控制2DC3 設(shè)備控制3DC4 設(shè)備控制4NAK 否定SYN 空轉(zhuǎn)同步ETB 信息組傳送結(jié)束CAN 作廢EM 紙盡SUB 減ESC 換碼FS 分隔符GS 組分隔符RS 記錄

17、分隔符US 單元分隔符SP 空格DEL 作廢38輸入 ASCII 碼的特點(diǎn)常用符號的 ASCII 碼 輸入 ASCII 碼的分類 0 9 的 ASCII 碼 30H 39H A Z 的 ASCII 碼 41H 5AH a z 的 ASCII 碼 61H 7AH 符號 ASCII 碼 21H 7EH（共 94個） 控制 ASCII 碼 00H 20H、7FH （共 34個）39 0123456789ABCDEF0NLSP0Pp 1!1AQaq 2 “2BRbr 3 #3CScs 4 $4DTdt 5 %5EUeu 6 &6FVfv 7 7GWgw 8 (8HXhx 9 )9IYiy A *:JZ

18、jz B+;Kk C,Nn F /?O_o 輸出ASCII 字符表40ASCII 碼表基本 ASCII 碼表（b7 = 0） 擴(kuò)展 ASCII 碼表（b7 = 1） 輸入 ASCII 碼表 輸出 ASCII 碼表 別國符號的 ASCII 碼表 圖形符號的 ASCII 碼表 國際標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展應(yīng)用41漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)GB2312 1980僅定義近七千個漢字及符號的編碼定義了二萬多個漢字及符號的編碼與國際標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的漢字及符號的編碼臺灣繁體漢字編碼微軟簡體漢字編碼方案GB13000 1993GB18030 2000BIG5ISO2022-CN42漢字編碼方案區(qū)位碼 共分 94 個區(qū)，每區(qū) 94 個（位）漢字

19、區(qū)碼 + 20H，位碼 + 20H區(qū)碼 + 20H + 80H，位碼 + 20H + 80H注：跳過 ASCII 控制符編碼注：保證 b7 位 = 1國標(biāo)碼機(jī)內(nèi)碼43漢字字模編碼16 16 漢字字模及編碼 注：區(qū)位碼 2 字節(jié) 字模碼 32字節(jié)44漢字編碼漢字區(qū)位碼、國標(biāo)碼、機(jī)內(nèi)碼的轉(zhuǎn)換啊 區(qū)位碼：1601區(qū)碼：16 = 10H、位碼：01 = 01H 國標(biāo)碼：30H、21H10H + 20H = 30H、01H + 20H = 21H 機(jī)內(nèi)碼：B0H、A1H10H + A0H = B0H、01H + A0H = A1H45圖符編碼的意義1 個點(diǎn)陣字模信息傳送1 個符號的編碼信息傳送內(nèi)含字庫內(nèi)

20、含字庫英文字符 1 字節(jié) 漢字符號 2 字節(jié)英文字符 8 字節(jié) 漢字符號 32 字節(jié)英46第1、2章 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成1.計(jì)算機(jī)發(fā)展機(jī)械式計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)2.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu) Hiberarchy計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) ArchitectureCPU指令集、存儲器存取方式、I/O控制方式計(jì)算機(jī)組成原理 OrganizationCPU控制單元和數(shù)據(jù)通路、存儲器分層/體結(jié)構(gòu)、總線及I/O接口計(jì)算機(jī)性能評測 Performance3.嵌入式系統(tǒng) 概念、特點(diǎn)、組成、發(fā)展趨勢47巖石上的刻痕、算盤、機(jī)械加法機(jī)/乘法機(jī)/最大公約數(shù)機(jī)、通用圖靈機(jī)48電子管(vacuum tub

21、e)時代晶體管(transistor)時代第一個晶體管的誕生4950 第一塊IC誕生之后，基爾比在IRE(美國無線電工程師學(xué)會)的一次會議上宣布了“固體電路”(Solid circuit)的出現(xiàn)，這就是以后的“集成電路”的代名詞 。5152 英特爾新一代45nm處理器代號為“Nehalem” 53P處理器 M存儲器 C緩存 Dsp核 re可重構(gòu)邏輯 L專用邏輯 S交換開關(guān) rni資源網(wǎng)絡(luò)接口System on chipNet on chip54系統(tǒng)級芯片 (SOC) 技術(shù)單芯片系統(tǒng) 系統(tǒng)知識 (硬件與軟件)電路設(shè)計(jì) (DAC、ADC 等)晶圓工藝知識 (90nm, 65nm, 45nm)制造工

22、藝(300mm 晶圓)A/DA/D數(shù)字射頻處理器數(shù)字濾波與控制混合信號處理器 數(shù)字 基帶混合信號處理器65nm 晶體管55 IC技術(shù)：SSI/MSI- LSI- VLSI- ULSI- GLSI 晶圓尺寸：100mm- 125mm- 150mm- 200mm- 300mm- 400mm； 芯片特征尺寸：3m- 2m- 1.2m- 0.8m- 0.5m- 0.35m- 0.25m- 0.18m- 0.13m- 90nm- 65nm56計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要階段第零代（16421945年）機(jī)械計(jì)算器和繼電器計(jì)算器第一代（19461955年）電子管計(jì)算機(jī)以電子管為邏輯部件，以陰極射線管、磁芯和磁鼓等為存儲

23、手段。軟件采用機(jī)器語言，后期采用匯編語言。第二代（19551965年）晶體管計(jì)算機(jī)以晶體管為邏輯部件，內(nèi)存用磁芯，外存用磁盤。軟件廣泛采用高級語言，并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)。第三代（19651980年）集成電路計(jì)算機(jī)以中小規(guī)模集成電路為主要部件，內(nèi)存用磁芯、半導(dǎo)體，外存用磁盤。軟件廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時、實(shí)時等操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)57第四代（1980年至今）個人計(jì)算機(jī)以LSI、VLSI為主要部件，以半導(dǎo)體存儲器和磁盤為內(nèi)、外存儲器。在軟件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。微處理器和微型計(jì)算機(jī)也在這一階段誕生并獲得飛速發(fā)展。第五代

24、無所不在的計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)、模糊計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、58（a）軟硬件層次 （b）語言層次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（a）圖自下而上反映了系統(tǒng)逐級生成的過程，自上下而反映了系統(tǒng)求解問題的過程；軟硬件的邏輯等價性可以表現(xiàn)為：硬件軟化（如RISC思想）、軟件硬化（如CISC思想）、固件化（如微程序） ；（b）圖中的虛擬機(jī)：與某種特殊編程語言對應(yīng)的假想硬件機(jī)器微體系結(jié)構(gòu)層（微程序或硬連邏輯）操作系統(tǒng)層語言處理層（解釋、編譯）用戶程序?qū)樱ㄕZ言編程）系統(tǒng)分析層（數(shù)學(xué)模型、算法）硬核級數(shù)字邏輯層（硬件）指令系統(tǒng)層（機(jī)器語言指令）應(yīng)用語言虛擬機(jī)高級語言虛擬機(jī)匯編語言虛擬機(jī)操作系統(tǒng)虛擬機(jī)機(jī)器語言

25、級微程序級寄存器級（硬件）59計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)：程序員關(guān)心的計(jì)算機(jī)概念結(jié)構(gòu)與功能特性如：確定指令集中是否有乘法指令；計(jì)算機(jī)組成：從硬件角度關(guān)注物理機(jī)器的組織如：乘法指令由專用乘法器還是用加法器實(shí)現(xiàn)乘法；計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：底層的器件技術(shù)和微組裝技術(shù)如：加法器底層的物理器件類型及微組裝技術(shù)；系列機(jī)60計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)角度的多層結(jié)構(gòu)2022/7/11硬件向上提供的接口：指令系統(tǒng)異常事件端口定義61 計(jì)算機(jī)組織角度的多層結(jié)構(gòu)2022/7/1162計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)以存儲器為中心（五大部分）二進(jìn)制存儲程序原理對馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)CPU指令集存儲器子系統(tǒng)輸入/輸出子系統(tǒng)63計(jì)算機(jī)

26、工作原理馮. 諾依曼（J.Von Neumann） 程序存儲和程序控制原理馮. 諾依曼原理 1913年出生于匈牙利1957年逝世于美國 64馮. 諾依曼計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備 CPU 運(yùn)算器、控制器、寄存器、接口單元 存儲器 內(nèi)存儲器（半導(dǎo)體器件）、外存儲器（磁光材料） I/O設(shè)備 輸入設(shè)備、輸出設(shè)備（并行及串行功能） 65計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) CPUMEM I/O數(shù)據(jù)總線 DB控制總線 CB地址總線 AB注：CPU 在某一時刻僅能訪問總線上的一個部件 66三總線描述地址總線 AB （Address Bus） 由 CPU 輸出的一組地址通信線，用于確定存儲器單元地址或I/

27、O 端口地址。 CPU 與存儲器、I/O 接口間的數(shù)據(jù)通信線，用于CPU與存儲器單元或 I/O 端口間讀寫數(shù)據(jù)。 CPU 與存儲器、I/O 接口間多種且獨(dú)立的控制通信線，完成CPU與存儲器、 I/O 接口間的特定操作控制。 數(shù)據(jù)總線 DB （Data Bus） 控制總線 CB （Control Bus）67微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線CPU 芯片內(nèi)部功能單元的信號連接總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主板各芯片間的信號連接總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主板與外設(shè)間的信號連接總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的信號連接總線 片總線 內(nèi)總線 外總線 片內(nèi)總線 68計(jì)算機(jī)的總線類型單總線結(jié)構(gòu) 注：存儲器、I/O 共用總線 69計(jì)算機(jī)的總線類型雙總線結(jié)構(gòu) 注：存儲

28、器、I/O 各用總用 70計(jì)算機(jī)的總線類型雙重總線結(jié)構(gòu) 注：全局總線與局部總線 71馮諾依曼和哈佛體系結(jié)構(gòu) 馮諾依曼總線結(jié)構(gòu) 哈佛總線結(jié)構(gòu) 程序、數(shù)據(jù)共用總線，CPU 取指或讀寫數(shù)據(jù)需分時操作。 程序、數(shù)據(jù)各用總線，CPU 取指或讀寫數(shù)據(jù)可同時操作。注：哈佛體系結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用: DSP 芯片 72馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)硬件組成五大部分運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以存儲器為中心73二. 信息表示：二進(jìn)制 計(jì)算機(jī)內(nèi)部的控制信息和數(shù)據(jù)信息均采用二進(jìn)制表示，并存放在同一個存儲器中。三. 工作原理：存儲程序/指令(控制)驅(qū)動 編制好的程序(包括指令和數(shù)據(jù))預(yù)先經(jīng)由輸入設(shè)備輸入并保存在存儲器中；

29、計(jì)算機(jī)開始工作后，在不需要人工干預(yù)的情況下由控制器自動、高速地依次從存儲器中取出指令并加以執(zhí)行。74對馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)改進(jìn)CPU指令集 指令功能、指令格式、尋址方式 存儲器子系統(tǒng) 分層結(jié)構(gòu) 輸入/輸出子系統(tǒng) 總線/接口+多種I/O方式改變改變串行執(zhí)行模式，發(fā)展并行技術(shù)；改變控制驅(qū)動方式，發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動、需求驅(qū)動、模式驅(qū)動等其它驅(qū)動方式； 重點(diǎn)75計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn)：并行處理技術(shù)馮諾伊曼結(jié)構(gòu)串行性：指令執(zhí)行串行、存儲器讀寫串行哈佛結(jié)構(gòu)引入并行性：數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可并行讀取流水線結(jié)構(gòu)多機(jī)（核）并行 并行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個處理器或處理器模塊的并行性，其基本思想包括時間重疊（time int

30、erleaving）、資源重復(fù)（resource replicaiton）和資源共享（resource sharing）。76多機(jī)并行系統(tǒng)大規(guī)模并行處理機(jī)（MPP）是一種價格昂貴的超級計(jì)算機(jī)，它由許多CPU通過高速專用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接。機(jī)群（cluster）由多臺同構(gòu)或異構(gòu)的獨(dú)立計(jì)算機(jī)通過高性能網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)連在一起協(xié)同完成特定的并行計(jì)算任務(wù)。刀片（blade）通常指包含一個或多個CPU、內(nèi)存以及網(wǎng)絡(luò)接口的服務(wù)器主板。通常一個刀片柜共享其它外部I/O和電源，而輔助存儲器則由距離刀片柜較近的存儲服務(wù)器提供。網(wǎng)格（Network）是一組由高速網(wǎng)絡(luò)連接的不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以相互合作也可獨(dú)立工作。網(wǎng)格計(jì)算

31、機(jī)將接受中央服務(wù)器分配的任務(wù)，然后在不忙的時候（如晚上或周末）執(zhí)行這些任務(wù)。77多核處理器Freescale MSC8144Freescale MSC815678/327879計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類Flynn分類：根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的多少進(jìn)行分類單指令單數(shù)據(jù)SISD單指令多數(shù)據(jù)SIMD多指令單數(shù)據(jù)MISD多指令多數(shù)據(jù)MIMDCU控制部件PU處理部件MM存儲單元CS為控制流DS為數(shù)據(jù)流IS為指令流傳統(tǒng)的順序處理機(jī)、標(biāo)量流水線處理機(jī)、超標(biāo)量流水線處理機(jī)陣列處理機(jī)、向量處理機(jī)無實(shí)際機(jī)型對應(yīng)多處理機(jī)系統(tǒng)79計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能測定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能由硬件性能和程序特性決定，通?？衫脴?biāo)準(zhǔn)測試程序來測定性能。1、用MIPS (Million