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计算机系统结构 第一章 基本概念 计算机系统结构（第2版） 课程介绍 1. 课程名称 Computer Architecture 计算机系统结构 计算机体系结构 建筑物的设计或式样, 通常指一个系统的外貌 2. 研究内容 从外部来研究计算机系统 使用者所看到的物理计算机的抽象 编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解到的计算机属性 分析、设计计算机系统 3. 学习目的 建立计算机系统的完整概念 学习计算机系统的分析方法和设计方法 了解计算机系统的必威体育精装版研究成果 4. 学科方向 一级学科 1 个：计算机科学与技术 二级学科 5 个：网络工程、嵌入式系统、信息系统、多媒体技术 、计算机教育（师范） 5. 与其他学科的交叉 学科交叉：计算机组成、操作系统、汇编语言、数据结构、微计算机技术、计算机网络、…… 新内容：超标量处理机、超流水线处理机、VLIW处理机、向量处理机、并行处理机、多处理机、互连网络、…… 计算机系统结构正处于变革时期 软件-系统结构-实现技术, 两头发展快中间慢 非冯计算机正兴起 系统结构的发展时期已经到来 6.教学计划 教材： 《计算机系统结构》（第二版） 郑纬民等 清华大学出版社 参考书： 《计算机系统结构复习与考试指导》 郑纬民等 高等教育出版社 总学时：40 第1章：4 第2章：6 第3章：10 第4章：4 第5章：8 第6章：2 第7章：2 第8章：2 第9、10章：2 第1章 基本概念 1.1 计算机系统结构简介 1.1.1 为什么要研究系统结构 1.1.2 如何认识计算机系统 1.1.3 计算机系统结构的定义 1.1.4 计算机组成技术 1.1.5 计算机实现技术 1.1.1 为什么要研究系统结构 1. 提高处理机运算速度：MIPS＝Fz ? IPC 其中: Fz为处理机的工作主频 IPC(Instruction Per Cycle)为 每个时钟周期平均执行的指令条数 提高Fz：缩短门电路延迟，依靠技术进步 提高IPC：依靠先进系统结构 过去，几个或几十个周期完成一条指令 现在，一个周期完成几条指令 流水线技术等，依靠先进系统结构 从指令串行执行，到P4的20级流水线 2. 计算机性能提高的几个阶段 20世纪70年代末之前，大型机和小型机计算机性能每年提高25%~30%。 20世纪80年代初，出现微处理机，依靠集成电路技术，性能每年提高35% 20世纪80年中期，出现RISC技术、高级语言和操作系统等，性能每年提高50% 1995年，先进系统结构对微处理器性能的贡献是单纯技术进步的5倍。 3. 近几年及将来，计算机性能按摩尔定理发展。 4. 计算机系统的设计者们要不断创新。 1.1.2 如何认识计算机系统（P2） 虚拟计算机系统 1.1.3 计算机系统结构的定义（P4） 计算机系统结构定义一 Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出： 程序员所看到的计算机系统的属性, 即概念性结构和功能特性 程序员：系统程序员（包括：汇编语言、机器语言、编译程序、操作系统） 看到的：编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解到的 概念性结构 IBM360系列计算机的概念性结构 功能特性 指令系统及其执行模式 2. 计算机系统结构定义二 研究软硬件功能分配和对软硬件界面的确定 计算机系统由软件、硬件和固件组成，它们在功能上是同等的。 同一种功能可以用硬件实现，也可以用软件或固件实现。 不同的组成只是性能和价格不同, 他们的系统结构是相同的。 系列计算机概念：相同系统结构,不同组成和实现的一系列计算机系统。 1.1.4 计算机组成技术（P5） 1.课程名称 Computer Organization 计算机组成，计算机组织，计算机原理，计算机组成原理 2.研究方法 从内部研究计算机系统 计算机组成是指计算机系统结构的逻辑实现。 1.1.5 计算机实现技术 计算机实现是指计算机组成的物理实现主要包括： 处理机、主存储器等部件的物理结构； 器件的集成度和速度； 专用器件的设计； 器件、模块、插件、底版的划分与连接； 信号传输技术； 电源、冷却及装配技术，制造工艺及技术等。 随着技术、器件和应用的发展，三者之间的界限越来越模糊。 1.2 计算机系统的分类（P6） 1.