计算机体系结构第1次作业

1.简述计算机系统设计的主要方法。

答：基于计算机系统层次结构的基础上，其计算机系统设计方法可以有以下的三种：

方法1：由上向下（Top-Down）

设计过程：面向应用的数学模型→面向应用的高级语言→面向这种应用的操作系统→面向操作系统和高级语言的机器语言→面向机器语言的微指令系统和硬件实现。应用场合：专用计算机的设计（早期计算机的设计）。特点： 对于所面向的应用领域，性能（性能价格比）很高。随着通用计算机价格降低，目前已经很少采用。

方法2：由下向上（Bottom-Up）（通用计算机系统的一种设计方法）

设计过程：根据当时的器件水平，设计微程序机器级和传统机器级。根据不同的应用领域设计多种操作系统、汇编语言、高级语言编译器等。最后设计面向应用的虚拟机器级。应用场合：在计算机早期设计中（60～70年代）广为采用。特点：容易使软件和硬件脱节，整个计算机系统的效率降低。

方法3：中间开始（Middle-Out）

设计过程：首先定义软硬件的分界面。 然后各个层次分别进行设计。应用场合：用于系列机的设计。特点：软硬件的分界面在上升，硬件比例在增加。硬件价格下降，软件价格上升。软硬件人员结合共同设计。

2.一般来讲，计算机组成设计要确定的内容应包括那些方面？

答：一般来讲,计算机组成设计要确定的内容应包括:(1)数据通路的宽度; (2)专用部件的设置;(3)各种操作对部件的共享程度;(4)功能部件的并行度;(5)控制机构的组成方式;(6)缓冲和排队技术;(7)预估,预判技术(8)可靠性技术


3.简述冯.诺依曼计算机的特征。

答：计算机的工作过程就是执行程序的过程。怎样组织程序，涉及到计算机体系结构问题。现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计制造出来的。
(l)冯．诺依曼(Von Neumann)的“程序存储”设计思想
冯．诺依曼是美籍匈牙利数学家，他在1946年提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想。到现在为止，尽管计算机制造技术已经发生了极大的变化，但是就其体系结构而言，仍然是根据他的设计思想制造的，这样的计算机称为冯·诺依曼结构计算机。
冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点：
①计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。
②计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。 每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。
③将编好的程序送人内存储器中，然后启动计算机工作， 计算机勿需操作人员干预，能自动逐条取出指令和

执行指令。
从以上三条可以看出， 以前所有的讨论都是针对冯·诺依曼设计思想论述的，不过没 有明确指出其人罢了。 冯·诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了“程序存储”的概念，他的全部设计思想实际上是对对程序存储”概念的具体化。
(2)计算机的工作过程
了解了“程序存储”， 再去理解计算机工作过程变得十分容易。如果想叫计算机工作，就得先把程序编出来，然后通过输人设备送到存储器中保存起杂， 即程序存储。接来就是执行程序的问题了。 根据冯．诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序文归结为逐条执行指令。
①取出指令：从存储器某个地址中取出要执行的指令送到 CPU 内部的指令寄存器暂存；
②分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令寄存器，译出该指令对应的微操作；
③执行指令：根据招令译码器向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的操作；
④为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址。