第5章 计算机系统结构 2011-2012-1-2
计算机系统结构(第五版)第6章
【例 6-1】 计算D=A×(B+C)，其中A、B、C、D都是有N个元素的
如果采用逐个求D向量元素的方法，即访存取ai、bi、ci 元素求di，再取ai+1、bi+1、ci+1求di+1， 则这种处理方式称为 横向(水平)处理方式。
6.1.2
向量流水处理机的结构因具体机器的不同而不同。 图6 - 1只画出了CRAY-1中央处理机中有关向量流水处 理部分的简图。
所谓Vi冲突，指的是并行工作的各向量指令的源向量或结果 向量使用了相同的Vi。所谓功能部件冲突，指的是同一个功 能部件被要求并行工作的多条向量指令所使用。
第一、二条指令无任何冲突，可以并行执行。第三条指 令与第一、二条指令出现Vi冲突，存在先写后读数相关，本 来是不能并行执行的，但若能把第一、二条指令的结果分量 直接链接进第三条指令所用的功能部件，那第三条指令就能 与第一、二条指令在大部分时间内并行。它们的链接过程如 图6 - 3所示。
(V061)=(V053)+(V161) =(V15)+(V113)+(V121)+(V129)+(V137) +(V145)+(V153)+(V161)
第八部分(结果部分)
(V062)=(V054)+(V162) =(V16)+(V114)+(V122)+(V130)+(V138) +(V146)+(V154)+(V162)
(V05
)
(V00
)
(V15
)
0(V15
)
(V06 ) (V00 ) (V16 ) 0(V16 )
(V07 ) (V00 ) (V17 ) 0(V17 )
计算机组成原理第2版-唐朔飞配套PPT
2. 计算机的解题过程
1.1
高级语 言程序
翻译
目标
程序
运行
结果
计算机
二、计算机系统的层次结构
高级语言
汇编语言 操作系统 机器语言
虚拟机器 M3
虚拟机器 M2 虚拟机器 实际机器 M1
1.1
微指令系统
微程序机器 M0
虚拟机器 M4 虚拟机器 M3
用编译程序翻译 成汇编语言程序
1.1
软 件
用汇编程序翻译 成机器语言程序
3.SGI: SGI Altix ICE 8200
14 336个 CPU
最大平均速度 126 900 GFLOPS
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 2.1
4. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c
14 240个 CPU
最大平均速度 117 900 GFLOPS
X MQ
[ACC]÷[X]
余数在ACC中
(3)控制器的基本组成
完成 一条 指令
PC
1.2
PC
IR
取指令
分析指令
取指 访存
CU
执行指令
CU
执行 访存
IR
PC 存放当前欲执行指令的地址， 具有计数功能（PC）+ 1 PC IR 存放当前欲执行的指令
(4)主机完成一条指令的过程
以取数指令为例 CPU
…
MQ
初态 ACC [M] [ACC]-[X]
被减数
X ACC
③ 乘法操作过程
0 ACC ALU ALU X
运算器
1.2
指令
初态 乘 M
MQ
大学计算机基础(第三版)-1
第9章 Access数据库技术基础
第1章 计算机基础知识
计算机的发明和创造是人类文明史的一个具有时代意义的大 事，计算机的应用现今已渗透到人类应用的各个方面，由此人类 和计算机息息相关。 本章向读者介绍了计算机的产生、发展、特点与应用，此外 在本章还将向读者介绍信息（数据））在计算机中的表示方法以 及计算机的安全常识。
图1-1 算筹与算盘
我国酒泉卫星发射基地 建设时用的手摇计算机 手摇计算机
（ 2）软件： 1854年，英国数学家乔治.布尔(George Boole)， 设计了一套符号，表示逻辑理论中的基本概念，并 规定了运算法则，把形式逻辑归结成一种代数运算， 从而建立了逻辑代数，应用逻辑代数可以从理论上 图1-5 乔治· 布尔 解决具有两种电状态的电子管作为计算机的逻辑元 件问题，为现代计算机采用二进制奠定了理论基础。 1936年，英国数学家阿兰.麦席森.图灵(Alan Mathison Turing)，发表的论文《论可计算数及其在 判定问题的应用》，给出了现代电子数字计算机的 数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能 图1-6阿兰•麦席森•图灵 性。 1945年6月，美籍匈牙利数学家约翰.冯.诺依曼 (John Von Neumann)，首先提出了在计算机中“存 储程序”的概念，奠定了现代计算机的结构和工作 理论。 布尔、图灵和冯.诺依曼如图1-5~图1-7所示。
（ 1）硬件。自古以来，人类就不断地追求先进的计算工具。早在古 代，人们就为了计数和计算发明了算筹、算盘、计算尺、机械计算器、 差分机和分析机等，机械计算机在程序自动控制、系统结构、输入输出 和存储等方面为现代计算机的产生奠定了技术基础，如图1-1~4所示。
图1-2 现代计算尺 图1-4 差分机和分析机 图1-3 帕斯卡机械计算器
第5章 8086-CPU寻址方式和指令系统
寻址过程：
AX BX IP CS DS
Hale Waihona Puke 66 30 mm nn 20
55 00 mm nn 00 nnnn0 +0mmmm ppppm 20000 03000 23000 ①
8B 07
OP
ppppm
③ 2300H ②
55 66
5.寄存器相对寻址 [变址寻址] （Index）
操作数在寄存器单元中，其有效地址是一个由指令码中 指定的基地址寄存器或变址寄存器的内容和一个8位或16位的 带符号数的位移量(displacement）相加之和。 无另加说明：隐含段R为DS（BX，DI，SI） 如基址寄存器BP，对应段R为SS (BX) (BP) (DI) (SI) 8位 16位 89 86 34 12 如图所示
第5章 8086/8088-CPU寻址方式 和指令系统
5-1 5-2
5-3
5-4 5-5
概述 指令格式 8086/8088 指令的寻址方式 8086/8088 指令系统的特点 8086/8088 指令系统
本章学习重点
①掌握操作数寻址方式和程序转移寻址方式 功能 寻址方式 对PSW的影响 具体用法
若是16位操作数 MOV AX，[1064H] 寻址过程如上 注意 跟 MOV AX,1064H 的区别 这是一条立即寻址指令。 [XXXX]：表示XXXX地址单元的内容。
yy 21064H xx
• 4．寄存器间接寻址 操作数在存储单元中，其有效地址EA存放在基址寄存器BX 或变址寄存器DI、SI中 (BX) EA= (SI) (DI) 亦即：寄存器中的内容是操作数的有效地址 寻址时，隐含段寄存器为DS 如：MOV AX，[BX] 将BX中的内容作为有效地址EA，对其进行有效读字操作。 设BX=3000H DS=2000H 寻址过程如图：
系统架构设计师真题解析(计算题)
系统架构设计师真题解析（计算题）第一章计算机组成与体系结构流水线吞吐率、加速比2017年下半年1.某计算机系统采用5级流水线结构执行指令，设每条指令的执行由取指令(2t ∆)、分析指令(1t ∆)、取操作数(3t ∆)、运算(1t ∆)和写回结果(2t ∆)组成，并分别用5个子部件完成，该流水线的最大吞吐率为()；若连续向流水线输入10条指令，则该流水线的加速比为()。
【解析】理论流水线执行时间=(2t ∆+1t ∆+3t ∆+1t ∆+2t ∆)+max(2t ∆,1t ∆,3t ∆,1t ∆,2t ∆)*(n-1)=9t ∆+(n-1)*3t ∆;第一问：最大吞吐率：Δt 31Δt 6t nΔ3n Δt31)(n-Δt+9n n =+=⨯∞→lim 第二问：10条指令使用流水线的执行时间=9t ∆+(10-1)*3t ∆=36t ∆。
10条指令不用流水线的执行时间=9t ∆*10=90t ∆。
加速比=使用流水线的执行时间/不使用流水线的执行时间=90t ∆/36t ∆=5:2。
2.例：某计算机系统，一条指令的执行需要经历取指（2ms ）、分析（4ms ）、执行（1ms ）三个阶段，现要执行100条指令，利用流水线技术需要多长时间?（教材1.3.1）理论上来说，1条指令的执行时间为：2ms+4ms+1ms=7ms 。
所以：理论流水线执行时间=2ms+4ms+1ms+(100-1)*4=403ms 。
而实际上，真正做流水线处理时，考虑到处理的复杂性，会将指令的每个执行阶段的时间都统一为流水线周期，即1条指令的执行时间为：4ms+4ms+4ms=12ms 。
所以：实际流水线执行时间=4ms+4ms+4ms+(100-1)*4=408ms扩展：上述题目中，如果采用3级操作，2级流水，等价于将3级操作变成2级操作。
最合理的划分是由取指（2ms ）、分析（4ms ）、执行（1ms ）相连划分为指（2ms ）、分析（4ms ）+执行（1ms ）={2,5}。
第1-2章 计算机基础知识-yh
3 0011 B 1011
4 0100 C 1100
5 0101 D 1101
6 0110 E 1110
7 0111 F 1111
二进制
十六进制
二进制
23
数制及其转换
(3)依据二进制数与八进制和十六进制之间的对应 关系可进行数制转换。 例1 (547)8= ( ? )2。
根据对应关系5→101，4→100，7→111
第1章
计算机基础知识
1
本章内容
1.1 计算机发展概述
1.2 计算机的主要应用领域
1.3 信息技术概述
1.4 数制与信息编码
1.5 计算机系统组成与工作原理 1.6 扩充与提高知识
2
教学目标
了解计算机技术发展简史； 2. 了解计算机的特点和典型应用领域与应用案例； 3. 了解计算机技术的发展趋势； 4. 了解计算机技术对社会的作用与影响； 5. 理解信息在计算机内的表示与存储； 6. 理解计算机系统的基本组成； 7. 理解软件的概念与软件系统的类型； 8. 理解计算机基本工作原理、存储程序原理； 9. 了解计算机的基本指令系统； 10.理解计算机各基本部件的功能与主要技术指标； 11.理解逻辑地址、物理地址、地址映射等概念； 12.了解常用外部设备的功能和基本工作原理。
28
二进制数的运算规则
（3）二进制乘法 二进制数的乘法运算法则为： 0×0 = 0， 0×1 = 0 1×0 = 0， 1×1=1 例如，二进数1110与1101相乘，结果为10110110。 （4）二进制除法 二进制数的除法运算法则为：
0÷0 ，
0÷1 = 0
1÷0 （无意义）， 1÷1=1 例如，二进制数100111与110相除，运算结果商为110，余 数为11。
第7章-计算机系统结构(第五版)李学干
第7章 多处理机
图 7-4 通过消息传送系统连接的松耦合多处理机结构
第7章 多处理机
卡内基-梅隆大学设计的松耦合多处理机Cm*是层次型总 线式多处理机，其结构如图7 - 5所示。
第7章 多处理机
图 7-5 Cm*多处理机结构
第7章 多处理机
2. 多处理机机间互连的形式是决定多处理机性能的一个重 要因素。 1) 多个处理机、存储器模块和外围设备通过接口与公用总 线相连，采用分时或多路转接技术传送。
第7章 多处理机
图7 - 10给出了一个42×32的Delta网络，这种互连网络比 较适用于输入端数和输出端数不等或通信不规则的多处理机 中。
第7章 多处理机
图 7-10 42×32的Delta网络(榕树形互连网络的特例)
第7章 多处理机
4) 如果每个存储器模块都有多个访问端口，将分布在交叉 开关矩阵中的控制、转移和优先级仲裁逻辑分别移到相应存 储器模块的接口中，就构成了多端口存储器形式的结构。图 7- 11是一个四端口存储器形式的结构。
第7章 多处理机
图 7-25 嵌套并行进程的优先执行过程
第7章 多处理机
7.3.4
使用多处理机的主要目的是用多个处理机并发执行多 个任务来提高解题速度。
第7章 多处理机
7.4 多处理机的操作系统
7.4.1
在主从型操作系统中，管理程序只在一个指定的处理机 (主处理机)上运行。
1. 优点 2. 缺点 3. 适用场合
图 7-21 计算Z=E+A*B*C/D+F的并行程序数据相关图
第7章 多处理机
这条语句又派生出S4，分配给空闲的处理机1，而处理机 2接着执行S3。同样，等S4和S3都先后结束后，才满足JOIN语 句的汇合条件，经GOTO 50进入S5。
《大学计算机基础》第2章-计算机系统(2012)OK【OK】
在计算机世界中 也存在等级差别！
28
2.2 计算机软件系统
2.2.1 软件概念
2.2.2 软件分类
29
2.2.1 软件概念
计算机软件 计算机软件是为运行、管理和维护计算机而编制的
各种指令、程序和文档的总称。
指令 程序 文档
软件
软件是计算机的灵魂， 是人机之间的接口
30
软件概念
基本概念
程序 程序是按照一定顺序执行的、能够完成某一任务的指 令集合。
将1传送至AL寄 Int a =1; 存器 将2传送至BL 寄 Int b =2; 存器
2
MOV BL, 2
3
4 5
将寄存器BL的内 容与寄存器AL的 Int c = a+b; ADD AL, BL 内容相加，结果 保存在AL中 将寄存器AL中的 MOV [06H], AL 内容传送到内存 地 址 为 06H 的 存 储单元中 HLT 停止操作
11
2.1.3 存储器
存储器——帮助计算机记忆信息
存储器是存取程序和数据的部件。 类型划分：依据CPU是否可以直接访存将存储器划 分为内存和外存。
随机存储器
内存
只读存储器 高速缓冲存储器
存储器
硬盘
外存
光盘
快速闪存
12
存储器—内存
（1）内存
内存可以被CPU直接访问。内存容量小、速度快、掉电后 RAM信息全部消失。
2.1.4 输入设备
2.1.5 输出设备
2.1.6 硬件连接
4
计算机硬件系统
什么是计算机？
计算机是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处 理和计算，并输出结果信息的机器系统。
第01-02章习题
专业班级学号姓名1.2.6本节习题精选一、单项选择1. 完整的计算机系统应包括( )。
A. 运算器、存储器、控制器B. 外部设备和主机C. 主机和应用程序D. 配套的硬件设备和软件系统2. 冯。
诺依曼机的基本工作方式是（）。
A. 控制流驱动方式B. 多指令多数据流方式C．微程序控制方式 D. 数据流驱动方式3. 下列（）是冯.诺依曼机工作方式的基本特点。
A. 多指令流单数据流B. 按地址访问并顺序执行指令C. 堆栈操作D. 存储器按内容选择地址4.【2009年计算机联考真題】冯.诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（）。
A. 指令操作码的译码结果B. 指令和数据的寻址方式C. 指令周期的不同阶段D.指令和数据所在的存储单元5. 以下说法错误的是（）。
A. 硬盘是外部设备B. 软件的功能与硬件的功能在逻辑上是等效的C. 硬件实现的功能一般比软件实现具有更高的执行速度D. 软件的功能不能用硬件取代6. 存放欲执行指令的寄存器是（）。
A. MARB. PCC. MDRD.IR7. 在CPU中，跟踪下一条要执行的指令的地址的寄存器是（）。
A. PCB. MARC. MDRD.IR8. CPU不包括（ )。
A. 地址寄存器B. 指令寄存器（IR)C. 地址译码器D. 通用寄存器9. 在运算器中,不包含（）。
A. 状态寄存器B. 数据总线C. ALUD. 地址寄存器10. 下列关于CPU存取速度的比较中，正确的是（）。
A. Cache>内存〉寄存器B. Cache>寄存器>内存C. 寄存器>Cache>内存D. 寄存器>内存>Cache11. 一个8位的计算机系统以16位来表示地址，则该计算机系统有（）个地址空间。
A.256B. 65535C.65536D. 13107212. ( )是程序运行时的存储位置，包括所需的数据。
A. 数据通路B. 主存C. 硬盘D. 操作系统13．下列（）属于应用软件。
广工计算机系统结构课件第五章
本节及以后两节逐个解决
tiger September 2016
13
5.1.2.2 先行控制方式的指令执行时序
设置了指令缓冲栈，取指令的时间可忽略不计 1 一次重叠执行方式,分析指令和执行指令时间不相等时
分析 k
执行 k 分析 k+1 执行 k+1 分析 k+2 执行 k+2 分析 k+3 执行 k+3
取指令k 分析k 执行k 取指令k+1 分析k+1 执行k+1
执行n条指令所用的时间
T
(t 取指令 i t 分析 i t 执行 i）
i 1
n
如每段时间都为t，则执行n条指令所用的时间 T=3nt 主要优点：控制简单，节省设备 主要缺点：执行指令的速度慢，功能部件的利用率低
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5.1.2.1 处理机结构 处理机内部设置一定容量的指令缓冲栈 指令分析器所需的指令事先取到指令缓冲栈，不必访问主 存储器 取指令、分析指令和执行指令重叠执行 三个独立的控制器 存储控制器、指令控制器、运算控制器 四个缓冲栈
先行指令缓冲栈、先行操作栈、பைடு நூலகம்行读数缓冲栈、 后行写数栈
分析器 分析k+1 流水 锁存器 执行部件 执行k 流水 锁存器
输 出
D t1
D t2
流水线的每一个阶段称为stage, 流水步、流水步骤、流水段、 流水线阶段、流水功能段、功能段、流水级、流水节拍等 在每一个流水段的末尾或开头必须设置一个寄存器，称为流 水寄存器、流水锁存器、流水闸门寄存器等 为了简化，流水线中一般不画出流水锁存器 先行控制技术--复杂，不整齐，不可预知，不可控 流水线 --简单，统一， 可预知， 可控