1.2 计算机体系结构的概念 计算机系统中的层次概念 1. 计算机系统＝软件＋硬件/固件 2. 计算机语言由低级向高级发展

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1 1.2 计算机体系结构的概念 1.2.1 计算机系统中的层次概念 1. 计算机系统＝软件＋硬件/固件 2. 计算机语言由低级向高级发展
第一章 计算机体系结构的基本概念 1.2 计算机体系结构的概念 1.2.1 计算机系统中的层次概念 1. 计算机系统＝软件＋硬件/固件 2. 计算机语言由低级向高级发展 　　 高一级语言的语句相对于低级语言功能更强，更便于应用，但又都以低级语言为基础。 3. 从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成多级层次结构。   

2 软件 硬件或固件

3 ◆ 翻译：先把N+1级程序全部变换成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。
1.2 计算机体系结构的概念 (1) 虚拟机：由软件实现的机器。 (2) 语言实现的两种基本技术 ◆ 翻译：先把N+1级程序全部变换成N级程序后， 再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N 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。 解释执行比翻译花的时间多，但存储空间占用较少。

4 1.2.2 计算机体系结构 1. 计算机体系结构的定义： 程序员所看到的计算机的属性，即概念性 结构与功能特性。
1.2 计算机体系结构的概念 计算机体系结构 1. 计算机体系结构的定义： 程序员所看到的计算机的属性，即概念性 结构与功能特性。 2. 按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序 员所看到的计算机具有不同的属性。 3. 透明性 在计算机技术中，对这种本来是存在的 事物或属性，但从某种角度看又好象不存在。

5 4. Amdahl提出的体系结构：传统机器级的体系结构。 即一般所说的机器语言程序员所看到的传统 机器级所具有的属性。
1.2 计算机体系结构的概念 4. Amdahl提出的体系结构：传统机器级的体系结构。 即一般所说的机器语言程序员所看到的传统 机器级所具有的属性。 5. 对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指： (1) 数据表示 （硬件能直接辩认和处理的数据类型） (2) 寻址规则 （包括最小寻址单元、寻址方式及其表示） (3) 寄存器定义 （包括各种寄存器的定义、数量和使用方式）

6 (4) 指令集 （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）
1.2 计算机体系结构的概念 (4) 指令集 （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） (5) 中断系统 （中断的类型和中断响应硬件的功能等） (6) 机器工作状态的定义和切换 （如管态和目态等） (7) 存储系统 （主存容量、程序员可用的最大存储容量等）

7 (8) 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）
1.2 计算机体系结构的概念 (8) 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持） (9) I/O结构 （包括I/O连接方式、处理机/存储器与I/O设备 间数据传送的方式和格式以及I/O操作的状态等） 经典计算机体系结构概念的实质： 计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。

8 1.2.3 计算机组成和计算机实现技术 1. 计算机组成：计算机体系结构的逻辑实现。 2. 计算机实现：计算机组成的物理实现。
1.2 计算机体系结构的概念 1.2.3 计算机组成和计算机实现技术 1. 计算机组成：计算机体系结构的逻辑实现。 2. 计算机实现：计算机组成的物理实现。 一种体系结构可以有多种组成。 一种组成可以有多种物理实现。 3. 系列机 (1) 系列机 在一个厂家内生产的具有相同的体系 结构，但具有不同组成和实现的一系列不 同型号的机器。

9 如：IBM 370系列有370/115、125、135、145、158、168等一系列从低速到高速的各种型号。
1.2 计算机体系结构的概念 如：IBM 370系列有370/115、125、135、145、158、168等一系列从低速到高速的各种型号。 (2) IBM PC系列机 （处理器、处理器字宽、主要I/O总线、存储空间、 主要操作系统和计算机结构）

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15 表1.1 PC系列机典型特性比较 1.2 计算机体系结构的概念 计算机 PC和PC XT PC AT 80386 PC 80486 PC
Pentium PC Pentium II PC Pentium III PC Pentium 4 PC 时间 1981 1982 1985 1989 1993 1997 1999 2000 处理器 8088 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 字宽 16位 32位 主要I/O总线 PC总线 AT（ISA） ISA/EISA ISA+VL ISA+PCI ISA+PCI+AGP PCI+AGP +USB PCI-X+AGP +USB 存储空间 20位 24位 32位 主要操作系统 DOS DOS、XENIX DOS、Windows 3.0 DOS、Windows 3.1 Windows 95 Windows 98、2000 Windows Me、XP

16 4. 软件兼容:同一个软件可以不加修改地运行于体 系结构相同的各档机器，而且它们所获得的结果 一样，差别只在于有不同的运行时间。
1.2 计算机体系结构的概念 4. 软件兼容:同一个软件可以不加修改地运行于体 系结构相同的各档机器，而且它们所获得的结果 一样，差别只在于有不同的运行时间。

17 机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之 前(后)投入市场的机器。
1.2 计算机体系结构的概念 ◆ 向上(下)兼容：按某档机器编制的程序，不加修 改的就能运行于比它高(低)档的机器。 ◆ 向前(后)兼容：按某个时期投入市场的某种型号 机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之 前(后)投入市场的机器。 向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。 5. 兼容机 不同厂家生产的具有相同体系结构的计算机。