计算机系统结构的研究内容
第三章 计算机系统分层结构
PF
CF
奇偶（偶/奇）
进位（是/否）
PE
CY
PO
NC
3．总线
所谓总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路， 它分时接收各部件送来的信息，并发送信息到有关部件。
由于多个部件连接在一组公共总线上，可能会出现多个部件争 用总线，因此需设置总线控制逻辑以解决总线控制权的有关问题。
总线分类:
CPU内部总线用来连接CPU内的各寄存器与ALU ; 系统总线用来连接CPU、主存储器与I/O接口，它通常包括 三组：数据总线、地址总线和控制总线。 按总线传送的方向可将总线分为单向总线和双向总线。
CPU是计算机的核心组成部分
3.1.1
CPU的组成
• 由算术逻辑部件ALU 、控制器、各种寄存器（寄 存器群）和CPU内部总线（连接部件） • 另：Cache
•
1．ALU部件
ALU的功能是实现数据的算术与逻辑运算 两个输入端口，参加运算的两个操作数，通常 来自CPU中的通用寄存器或ALU总线。 控制信号：ADD,SUB,OR,AND等 输出：运算结果
时序控制方式就是指微操作与时序信号之间采取何种关系，
它不仅直接决定时序信号的产生，也影响到控制器及其他部件的组 成，以及指令的执行速度。
1．同步控制方式
同步控制方式是指各项操作由统一的时序信号进行同步控制。 同步控制的基本特征是将操作时间分为若干长度相同的时钟 周期（也称为节拍），要求在一个或几个时钟周期内完成各个微 操作。在CPU内部通常是采用同步控制方式 。 同步控制方式的优点是时序关系简单，结构上易于集中，相应 的设计和实现比较方便。
计算机系统结构
系统的层次结构
★★
5层
翻译(编译器)
计算机系统的层次结构和功能模块
计算机系统的层次结构和功能模块在计算机科学领域，计算机系统是由不同层次和功能模块构成的复杂系统。
这些层次和功能模块相互协作，实现了计算机的各项功能和任务。
本文将详细探讨计算机系统的层次结构和各个功能模块。
一、计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构一般可以分为硬件层次和软件层次两个大的方面。
硬件层次包括物理层、逻辑层和微程序层；软件层次包括操作系统、系统软件和应用软件。
1. 物理层物理层是计算机系统的最底层，包括处理器、存储器、输入输出设备等硬件组成部分。
处理器是计算机的核心部件，负责执行各种指令和进行数据处理。
存储器用于存储数据和指令。
输入输出设备则用于与外部环境进行数据交互。
2. 逻辑层逻辑层主要负责解决数据传输和控制信号的问题，确保数据的正确传输和处理。
逻辑层包括总线、控制器和接口等组成部分。
总线是连接各个硬件设备的通信线路，用于传输数据和控制信号。
控制器则负责管理和控制各个硬件设备的工作。
接口用于连接外部设备和计算机系统。
3. 微程序层微程序层是计算机系统的底层软件，主要负责解释和执行计算机指令。
微程序层的设计和实现可以提高计算机系统的性能和灵活性。
4. 操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机系统的各项资源，提供用户与计算机之间的接口。
操作系统包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等模块，保证计算机系统的稳定运行和资源的有效利用。
5. 系统软件系统软件是在操作系统之上的软件层次，为用户提供各种工具和服务。
系统软件包括编译器、调试器、数据库管理系统等。
6. 应用软件应用软件是计算机系统中最顶层的软件，用于满足用户的各种需求。
应用软件包括办公软件、图像处理软件、娱乐软件等。
二、计算机系统的功能模块除了按照层次结构划分，计算机系统还可以按照功能模块进行划分。
计算机系统的功能模块包括：输入模块、输出模块、存储模块、运算控制模块、逻辑控制模块和时序控制模块。
1. 输入模块输入模块是用于将外部数据和指令输入到计算机系统中的模块。
计算机系统结构 第一章 计算机系统结构的基础知识PPT课件
CU IS PU2 DS2 MM2
SIMD
PUn DSn MMn
3.MISD多指令流单数据流
DS
MM1 MM2
IS1 CU1 IS1 PU1 IS2 CU2 IS2 PU1
MMn
ISn CUn ISn PU1
DS
4.多指令流多数据流MIMD计算机的体系结构：
CU1 IS1 PU1 DS1 CU2 IS2 PU1 DS2
i=1
n
CPU时间(T)=时钟周期长度* (CPIi*Ii )
1.1.4.3 汉德勒(Händler)分类法
1. 根据并行度和流水线提出的一种分类法。 2. t(系统型号)=(k,d,w)
➢ 程序控制部件(PCU)的个数k； ➢ 算术逻辑部件(ALU)或处理部件(PE)的个数d； ➢ 每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路(ELC)的套数w，如加法器位
数 3. t(系统型号)＝(k×k’,d×d’,w×w’) ：有流水线
解：由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据Amdahl定律
1
1
Sn
0.60.4
0Байду номын сангаас6
1.5 4
6
10
例1.2：假设FP指令集中浮点平方根操作FPSQR占整个测试程序执 行时间的20%(fe0)，采用2种不同方法进行改进：
一种方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10 倍(Se0)。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使 FP指令的速度加快到1.6倍(Se1)，FP指令占整个执行时间的50% （Fe1)。请比较这两种设计方案。采用哪种实现技术来求浮点数 平方根FPSQR的操作对系统的性能影响较大。
西南大学计算机师资
计算机与信息科学学院目前有硕士研究生专业6个：计算机系统结构、计算机软件与理论、计算机应用技术、图书馆学、情报学、教育技术学。
一、计算机系统结构本专业研究计算机系统结构的新理论、新技术及其应用，培养具有扎实的计算机硬件、软件基础理论知识，能够从事计算机系统结构研究与应用开发的高级专门人才。
本专业主要研究方向：嵌入式系统：主要从事嵌入式系统硬件平台，嵌入式操作系统开发，嵌入式系统应用，片上系统，嵌入式浏览器/服务器，基于嵌入式的无线网络等方面的研究工作。
智能识别：人体生物特征识别，语音识别，字符识别，目标识别，实时快速算法与并行算法研究。
主要解决计算机视觉、智能机器人等研究领域中的关键理论与应用技术，并开发相应软件，嵌入相应设备。
先进计算机结构：主要从事存储管理,面向对象的网络存储技术,冗余节点阵列技术RAIN,计算机接口技术,基于CPLD和FPGA器件的硬件设计技术,专用集成电路ASIC等方面的研究工作。
二、计算机软件与理论计算机软件与理论主要研究软件设计、开发、维护和使用过程中涉及的软件理论、方法和技术，探讨计算机科学与技术发展的理论基础。
本专业主要研究方向：软件工程：主要从事针对软件工程理论和技术的研究，包括各种模型、面向对象方法、软件重构、软件重用、软件构件、软件测试评价以及软件形式化的研究。
它为广范地开发软件提供了理论及应用层面的全面性研究。
数据库与信息系统：主要从事数据库系统的体系结构、数据库安全、数据库并发控制、数据库恢复技术、并行数据库、分布式数据库、多媒体数据库、空间数据库、WEB与数据库、XML与半结构化数据库、异构数据库集成。
WEB应用技术：主要从事新一代WEB应用技术、WEB信息系统模型、WEB电子商务基本架构、WEB界面设计、WEB智能、WEB数据仓库与WEB 数据挖掘、XML在电子商务中的应用基础研究等。
软件测试技术与理论：主要从事软件质量与软件可靠性，软件测试理论、测试技术与标准，软件测试工具等研究。
计算机系统结构与计算机中的编码
1.1计算机系统结构计算机的发展历史：1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC出现，之后经历了5个发展阶段：冯式结构计算机的组成部分：存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备。
强化的概念：计算机的工作过程：一般是由用户使用各种编程语言把所需要完成的任务以程序的形式提交给计算机，然后翻译成计算机能直接执行的机器语言程序，在计算机上运行。
计算机系统可以由下面的模型表示：计算机系统结构（computer architecture）：指机器语言级机器（物理机器）的系统结构，它主要研究软件、硬件功能分配，确定软件、硬件界面（机器级界面），即从机器语言程序员或编译程序设计者的角度所看到的机器物理系统的抽象。
计算机组成（computer organization）：是指计算机系统的逻辑实现，包括机器内部数据流和控制流的组成以及逻辑设计等，其目标是合理的把各种部件、设备组成计算机，以实现特定的系统结构，同时满足所希望达到的性能价格比。
计算机实现（computer implementation）是指计算机组成的物理实现。
这几个概念之间的关系可以用下面的图加以说明：计算机系统的分类：Flynn分类、冯氏分类、Handler分类和Kuck分类；Flynn分类：根据不同指令流—数据流组织方式把计算机系统分成4类。
（重点理解）指令流：机器指令的执行序列；数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果；多倍性：在系统性能的瓶颈部件上同时处于同样执行阶段的指令和数据的最大可能个数；I. 单指令流单数据流SISD——如单处理机II. 单指令流多数据流SIMD——如相联处理机III. 多指令流单数据流MISD——如流水线计算机IV. 多指令流多数据流MIMD——如多处理机冯氏分类：以最大并行度Pm把计算机系统结构分为4类，其中字宽W表示在一个字中同时处理的二进制位数，位宽B表示在一个位片中能同时处理的字数。
I. 字串位串WSBS（serial）(parallel)II. 字并位串WPBSIII. 字串位并WSBPIV. 字并位并WPBPHandler分类：根据并行度和流水线处理的程度将计算机系统结构分成3个层次I. 程序控制部件PCU的个数KII. 算术逻辑部件ALU或处理部件PE的个数DIII. 每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路ELC的套数WKuck分类：与Flynn分类法类似，根据指令流、执行流和多倍性来分类。
山东大学计算机系统结构介绍
山东大学计算机系统结构介绍山东大学计算机系统结构介绍一、培养目标1、认真学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论，加强爱国主义、集体主义、社会主义教育，使硕士生具有勇于追求真理和献身社会主义现代化事业的敬业精神。
2、具有坚实的计算机科学与技术的理论基础，系统掌握计算机系统结构并了解有关计算机软件与理论、计算机应用技术方面的专业知识。
具有严谨求实的科学态度、较深的学术修养。
较为熟练地掌握一门外国语。
具有从事科学研究或独立承担专门技术工作的能力，能胜任计算机系统结构的教学、科研、软件系统开发等工作。
3、具有健康的体魄、良好的心理素质。
二、研究方向1、计算机网络与分布式系统研究计算机通信、异构网络集成、网络与分布式操作系统、网络安全、网络计算、分布式数据采集与监控以及基于网络的CIMS、ERP体系结构及应用技术。
2、多媒体计算机系统研究多媒体计算机体系结构与应用；数字、语音、图象与影象的压缩与传输；多媒体信息技术与应用。
3、微机系统开发与应用研究工业控制计算机系统结构与应用工程、多微机系统及分布式多微机控制系统、嵌入式新型微机应用、计算机接口技术、计算机控制技术等。
三、学习年限硕士生学习年限为3年，允许硕士生分阶段完成学业，但在学累计时间不得超过4年。
四、筛选、分流硕士生在第四学期初，结合硕士学位论文开题报告，由院中期考核领导小组对硕士生进行中期考核筛选。
考核内容包括：政治思想表现、课程学习完成情况、科研能力、外国语水平、论文开题报告、健康状况和学科综合考试。
学科综合测试以考核硕士生的全面业务能力为目的.，内容含基础理论知识和实际工作能力两部分。
中期筛选合格者可进入硕士学位论文阶段。
中期筛选不合格者，按《山东大学硕士生学籍管理条例》的有关规定处理。
五、课程设置及学分总学分不少于34学分1.学位公共课4门8学分2.学位基础课2门6学分3.学位专业课2门6学分4.前沿讲座2学分5.选修课不少于5门，不少于12学分。
计算机系统结构前四章知识总结
计算机系统结构前四章知识总结第一章计算机系统结构的基本概念1、层次结构：计算机系统由硬件/器件和软件组成，按功能划分成多级层次结构。
每一级对应一种机器：第0级和第1级是具体实现机器指定功能的中央控制部分；第2级是传统机器语言及其；第3级是操作系统机器；第4级是汇编语言机器；第5级是高级语言机器；第6级是应用语言机器。
2、计算机系统结构：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。
但按照计算机层次结构，不同程序者所看到的计算机有不同的属性。
主要研究软件、硬件功能分配和对软、硬件界面的确定。
3、计算机组成：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
4、计算机实现：是指计算机组成的物理实现。
5、透明性：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，成为透明性现象。
6、由上往下设计（自上而下设计）：首先确定用户级虚拟机器的基本特征、数据类型和基本命令等，而后再逐级向下设计，直到由硬件执行或解释那级为止。
7、由下往上设计（自下而上设计）：根据硬件技术条件，特别是器件水平，首先把微程序机器级和传统机器研制出来。
在此基础上，再设计操作系统、汇编语言、高级语言等虚拟机器级。
最后设计面向应用的虚拟机器级。
8、系列机：是指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
9、软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各挡机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。
10、兼容机：不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
11、模拟：是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。
12、仿真：用程序直接解释另一种机器指令系统的方法。
13、虚拟机和宿主机：在A计算机上要实现B计算机的指令系统，通常采用解释方法来完成，即B机器的每一条指令用一段A机器的指令进行解释执行，如同A机器上也有B机器的指令系统一样，A机器称为宿主机，B机器称为虚拟机。
《计算机系统结构》教学大纲
《计算机系统结构》教学大纲课程名称：计算机系统结构课程学时：72学时课程类型：专业必修课课程学分：3学分课程考核方式：考试一、课程目标本课程旨在使学生了解计算机系统的基本结构和原理，掌握计算机系统的层次结构、指令系统和中央处理器、主存储器和输入输出系统等方面的知识，培养学生分析和设计计算机系统的能力。
二、课程内容1.计算机系统概论1.1计算机系统的发展历程1.2计算机系统的基本组成部分1.3计算机系统的层次结构2.指令系统2.1指令的分类与特点2.2指令的寻址方式2.3指令的执行过程2.4简单指令系统的设计与实现3.中央处理器3.1数据通路和控制器3.2指令的执行过程3.3中央处理器的设计与实现3.4流水线技术4.主存储器4.1存储器的基本概念4.2存储器的层次结构4.3存储器的组织与管理4.4高速缓存存储器的设计与实现4.5虚拟存储器5.输入输出系统5.1输入输出系统的功能与分类5.2输入输出设备的接口技术5.3中断处理和DMA技术5.4输入输出系统的设计与实现三、教学方法本课程采用理论课和实验相结合的教学方法。
理论课主要讲授计算机系统的基本原理和概念，通过示例和案例分析加深学生的理解。
实验课将对部分计算机系统组成部分进行仿真和实践操作，提高学生的实际操作能力。
四、教材与参考书主教材：《计算机组成与设计》（第5版）- David A. Patterson, John L. Hennessy，机械工业出版社参考书：1. 《计算机系统结构教程》- M. Morris Mano, 赵洁，高等教育出版社2.《计算机体系结构》-王肇国，机械工业出版社五、考核方式与评分标准本课程采取考试的方式进行综合评估。
考试主要包括选择题、填空题、简答题和综合性问题。
评分标准包括学生对计算机系统原理的掌握程度、对计算机系统设计的理解程度以及实验操作能力的表现等。
六、实验内容1.设计一个简单的指令系统，包括指令集、寻址方式和控制流程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机系统结构的研究内容
计算机系统结构是计算机科学中的一个重要研究领域，它主要涉及计算机硬件和软件之间的相互关系，以及计算机系统的组成和工作原理。
计算机系统结构的研究内容主要包括以下几个方面。
1. 计算机组成原理：计算机系统结构的核心是计算机组成原理，它研究计算机硬件系统的各个组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
计算机组成原理的研究内容涉及到计算机的逻辑结构、数据通路和控制器等方面。
2. 指令集架构：指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口，它定义了计算机的指令集、寄存器和内存等。
指令集架构的研究内容包括指令的格式、寻址方式、操作类型等。
常见的指令集架构有精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）等。
3. 存储系统：存储系统是计算机系统中的重要组成部分，它负责存储和访问数据。
存储系统的研究内容包括存储器的层次结构、存储器的组织和管理方式等。
常见的存储器包括主存储器、高速缓存和辅助存储器等。
4. 总线系统：总线系统负责计算机内部各个组件之间的数据传输和控制信号传递。
总线系统的研究内容包括总线的类型、总线的拓扑结构、总线的传输速率等。
总线系统的设计和实现对计算机系统的性能和可扩展性有重要影响。
5. 输入输出系统：输入输出系统是计算机系统与外部设备之间的接口，它负责数据的输入和输出。
输入输出系统的研究内容包括输入输出设备的种类、输入输出接口的设计和实现等。
输入输出系统的性能和可靠性对计算机系统的使用和应用有重要影响。
6. 多核和并行计算：随着计算机性能的不断提升，多核和并行计算成为计算机系统结构的研究热点。
多核和并行计算的研究内容包括多核处理器的设计和实现、并行计算的算法和编程模型等。
多核和并行计算可以提高计算机系统的性能和并行处理能力。
7. 计算机网络：计算机网络是计算机系统之间进行通信和数据传输的基础设施。
计算机网络的研究内容包括网络拓扑结构、网络协议和网络安全等。
计算机网络的设计和实现对计算机系统的通信和数据传输具有重要意义。
计算机系统结构的研究内容非常广泛，涉及到计算机硬件和软件的方方面面。
通过对计算机系统结构的研究，可以提高计算机系统的性能、可靠性和可扩展性，为计算机科学的发展和应用提供有力支持。