体系结构-研课程要点与复习-课件(PPT)-文档资料

• 计算机的更新换代
– 第一代：电子管计算机 – 第二代：晶体管计算机
硬件设计公理： 越小越快
– 第三代：中小规模集成电路
– 第四代：大或超大规模集成电路
– 第五代：VLSI(甚大规模集成电路)
计算机性能的大幅度提高和更新换代，一方面依靠 器件的不断更新，同时也依赖系统结构的不断改进。
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二 按计算机系统成本分类
• 是对计算机系统中各机器级之间界面的划 分和定义，以及对各级界面上、下的功能 进行分配
– 1964年，IBM/360系列机的总设计工程师G.M. Amdahl、G.A. Blauw、F.P. Brooks等人提出。 也称体系结构。
– 是从程序员的角度所看到的系统的属性，是 概念上的结构和功能上的行为
• 1.2.2 计算机系统的设计方法
• ---软硬件舍取的基本原则 • ---计算机系统设计者的主要任务 • ---计算机系统设计的基本方法 （三种）
• 计算机语言：是用以描述控制流程的、 有一定规则的字符集合
– 语言不是专属软件范畴，可以介属于计算机 系统的各个层次，具有不同作用
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1.1.1计算机系统的多级层次结构
从使用语言的角度上，将计算机系统 看成按功能划分的多级层次结构
机器、汇编、高级、应用语言
低级
高级
后者比前者功能更强、使用更方便；
而前者是后者发展的基础，在单条指令的 执行速度相比较，前者更快。
•第1章 •第2章 •第3章 •第4章 •第5章 •第6章
计算机系统设计基础 数据表示与指令系统性能分析 流水技术和向量处理 阵列计算机 多处理机系统 数据流计算机
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第1章 计算机系统设计基础
• 1.1 计算机系统的基本概念 • 1.2 计算机系统的设计技术 • 1.3 计算机系统的性能评价 • 1.4 计算机系统结构的发展

《计算机组成与体系结构》总复习
第一章 计算机系统概论
电子数字计算机的五个发展阶段 计算机系统的硬件组成
冯.诺依曼计算机的设计思想、五大功能部件以及各自的功能
计算机的工作过程（两阶段） 计算机的主要性能指标（字长、存储容量和运算速度）
第二章 运算方法和运算器
数值数据的表示
数值数据的机器码表示：定点小数或整数的原码、补 码、反码和移码表示以及各自的性质，相互间的转换
第四章 指令系统
寻址方式
寻址方式 - 指令的寻址方式 (顺序寻址、跳跃寻址) - 操作数的寻址方式
堆栈
寄存器堆栈 存储器堆栈的构成 存储器堆栈的工作方式 (进栈、出栈) 堆栈的应用
第四章 指令系统
指令的分类 指令系统的类型
CISC的特点 RISC的特点
DMA控制器的组成 DMA数据传送过程 DMA方式与程序中断方式的区别
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1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
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2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
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3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
第五章 中央处理器
CPU的基本功能
CPU的基本组成
运算器(ALU、GRS、PSW、锁存器、移位器、总线) 控制器(PC、IR、ID、时序部件、微操作信号发生器、中断机构) 指令流、数据流 微操作(图5.2)
指令周期
指令周期、CPU周期、节拍电位、节拍脉冲 CLA、ADD指令的指令周期
被乘数和乘数判0、阶码相加(判溢出)、尾数相乘、结果规格化 浮点除法运算

分层原则
总结词
分层原则是系统架构设计中常见的原则，它要求将系 统划分为不同的层次，每个层次具有明确的功能和职 责。
详细描述
分层原则可以提高系统的解耦度和可扩展性。通过将系 统划分为不同的层次，可以降低各层之间的耦合度，使 得各层之间的通信更加清晰和简单。同时，分层原则也 使得系统更加易于扩展，可以在原有的层次上添加新的 层次，或者修改已有的层次来满足新的需求。常见的分 层架构包括表示层、业务逻辑层和数据访问层等。
系统架构的类型与选择
类型
常见的系统架构类型包括单体应用架构、微服务架构、服务导向架构（SOA） 等。
选择
选择合适的系统架构需要根据实际需求和业务场景进行评估，考虑系统的规模 、复杂性、可扩展性等因素。
CHAPTER 02
常见系统架构模式
单体应用架构
总结词
一种简单的应用程序架构，将所有功能集成到一个单独的应用程序中。
THANKS
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实践经验分享
实践经验三：如何评估系统架构的性 能
评估系统架构的性能是优化系统的重 要手段。
评估系统架构的性能需要从多个方面 进行，包括响应时间、吞吐量、稳定 性、可扩展性等。通过模拟实际业务 场景，测试系统的性能表现，并根据 测试结果进行针对性的优化和调整， 提高系统的性能表现。
优秀案例展示
01
《系统架构》ppt课件
CONTENTS 目录
• 系统架构概述 • 常见系统架构模式 • 系统架构设计原则 • 系统架构评估与优化 • 系统架构实践与案例
CHAPTER 01
系统架构概述
定义与特点
定义
系统架构是对系统各个组件及其相互 关系和依赖关系的描述，是系统的整 体结构。

5.掌握计算机组成、体系结构和实现的内 容和关系
6.了解计算机的发展历史和各类计算机的 特点
7.了解计算机的主要应用领域
第二章
运算方法和运算部件
本章主要讨论数据在计算机中的表示 方法、运算方法、运算部件的实现等问题。
1.掌握数制表示和不同数制间的数据 转换（二、八、十、十六进制的表示及相 互转换）。
操作码 地址码
3.掌握基本的寻址方式 立即寻址、直接寻址、寄存器直接寻址、 间接寻址(间址)、寄存器间址、变址寻址、 基址寻址、堆栈寻址等。
4.了解指令系统兼容性的概念 硬件实现方法可以不同，指令系统可以 有较大的扩充，但仍保留原来的全部指令， 保持软件向上兼容的特点。
5.掌握RISC和CISC的定义，各自的特点 指令系统很复杂，指令条数很多的计算 机为CISC。精简指令系统使机器结构更加简 单合理，提高运行速度的计算机为RISC。
第五章
中央ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理部件（CPU）
微处理器将运算器和控制器集成在一个 芯片上，称之为中央处理部件（CPU）。
本章主要论述了CPU的组成原理，各个 硬件在计算机运行过程中的作用；介绍了 CPU中各个部件的操作过程及其实现方法的 原理。重点讲述了程序是如何执行的；计算 机怎样实现各条指令的功能；又如何保证逐 条指令的连续执行过程。
(3) 数据以二进制码表示。 (4) 指令由操作码和地址码组成。
(5) 指令在存储器中按执行顺序存放，由指 令计数器（即程序计数器PC）指明要执行的 指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可 按运算结果或外界条件而改变。
(6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与 存储器间的数据传送都通过运算器。
4．计算题与设计（30%左右） 5.填图题（10%左右）

计算机原理及系统结构整 理ppt
第3章
数据表示、数据运算算法 和逻辑电路实现
计算机原理及系统结构
第七讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
二进制数据算术运算规则
(1) 加法运算规则
0+0=0
例如： 0101
0+1=1
+) 0001
1+0=1
0110
1+1=0 并产生进位
(2) 减法运算规则
0-0=0
00101001 1101 1000001
例如： 1110101/1001
二进制数据逻辑运算规则
（5）逻辑或运算规则
0∨0=0 0∨1=1
1∨0=1 1∨1=1
（6）逻辑与运算规则
0∧0=0 0∧1=0
1∧0=0 1∧1=1
（7）逻辑非运算规则
/0=1 /1=0
0000
（8）逻辑异或运算规则
0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1⊕1=0
要发现并改正一位错， 须满足如下关系：
2r > = k + r +1 ； 要发现并改正一位错，也能发现两位错,则应：
2r-1 >= k + r , 此时码距为 4。
(5) 若最小码距为 d (d>=2),
能发现 d-1 位错，或改正 (d-2)/2 (取整) 位错, 要发现 l 位错,并改正 t 位错，应满足如下条件: d >= l + t + 1 ( l >= t )
计算机原理及系统结构
第九讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
本章主要内容
信息编码、码制转换与检错纠错码 数据表示——常用的信息编码 二进制数值数据的编码与运算算法

精品课件
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前言
体系结构简称架构或构架。
构：本义架木造屋，引申为构造
构架：建筑的结构
结：用绳、线、皮条等绾成的疙瘩；关键点；被联结状态
结构：组成整体的各部分的搭配和安排
对住房的功能需求：能够居住。
对住房的质量需求：
安全性：能避免地震、台风、暴雨等各种自然灾害。
居住者在建筑内的健康性，舒适性。
美观性：有亲和感，社会文化的体现。
精品课件
3
开发进度难以控制
由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻 辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。
在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况 层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给 项目计划和论证工作带来了很大的困难。
盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。 相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培 训和管理等方面的问题将更为严重。
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第1部分: 软件构架的基础 第2部分: 构架的创建 第3部分: 构架的分析与评审
精品课件
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课程形式
理论课、专题课、作业
成绩评定
作业、考勤、考试 作业 +考勤 30%、考试 70%
精品课件
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软件架构的概念
控制处理 (CP)
特征损失模型
回声模型
精品课件
噪音模型
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软件架构的定义
精品课件
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软件复杂度越来越高
软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其 复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智 力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题”。
所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采 用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开 发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆 在人们的面前。

研究：实际器件技术和微组装技术 （是数字电路等课程主要研究的内容）
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第1章 计算机系统结构的基础知识
举例：我们要制造飞机。首先要确定载客人数、
速度、高度等技术指标，这就属于系统结构；然 后根据技术指标研究、设计座舱怎么安排才可以 满足载客数量，飞机外形怎么设计才符合空气动 力学，供油、发动机、控制系统等等怎样设计、 组成，从而形成设计图纸上的飞机，这属于组成； 最后，经过论证确定设计没有问题，把图纸交付 工厂，由工人开始生产，这就是实现了。
(1)固件：具有软件功能的硬件。 (2)翻译：是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地转 换成低一级机器级上可运行的等效程序，然后再在低一级机器 级上去实现的技术。 (3)解释：是在低一级机器级上用它的一串语句或指令来仿真 高一级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高一级机器语 言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。 (4) 分层的好处：
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第1章 计算机系统结构的基础知识
第1章 计算机系统结构的基础知识
1.1 计算机系统的多级层次结构 1.2 计算机系统结构、组成与实现 1.3 计算机系统的软硬件功能分配、性能
评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件对系统结构的影响 1.5 系统结构中的并行性发展和计算机系
统的分类
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第1章 计算机系统结构的基础知识
第1章 计算机系统结构的基础知识
计算机系统结构
主讲
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第1章 计算机系统结构的基础知识
一、课程目标
1、计算机系统结构的研究 掌握计算机系统结构基本概念、组成及相关设计原理； 掌握计算机系统结构各组成部分的相关技术、分析及设计
方法； 了解计算机系统设计的基本方法。
2、计算机并行处理技术的研究 流水线技术分析及设计； 互连网络技术研究； 并行处理机技术研究； 多处理机技术研究。

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第9讲 体系结构设计
9.2 信息系统基础设施设计
2) 二级结构
图3 两级结构的网络系统
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第9讲 体系结构设计
9.2 信息系统基础设施设计
3) 多级结构 ● 适应于跨地区、跨省、跨国的大型或超大型系统。 ● 一般顶层采用社会公用网或专用广域网，二级和三
企业架构
信息系统体系结构框架
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第9讲 体系结构设计
9.1 概 述
9.1.3 信息系统体系结构设计的工作
● 信息系统基础设施设计 ● 信息资源结构设计 ● 信息系统拓扑结构设计 ● 信息系统体系结构模式设计 ● 信息系统软件架构设计
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第9讲 体系结构设计
9.2 信息系统基础设施设计
级则为骨干网和主干网，最下一级为局域网。
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第9讲 体系结构设计
9.2 信息系统基础设施设计
3) 多级结构
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第9讲 体系结构设计
9.2 信息系统基础设施设计
4. 网络详细设计
1) 网络节点设计 2) 网络设备确定及选择 3) 网络布线设计 4) 网络操作系统选择 5) 网络管理设计
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第9讲 体系结构设计
？问题8： 【问题1】 在项目甲方无法提供一个合适的人来说明需求时，小王的做法是否得 当？你认为应该怎么样做以获取用户的需求？请以300字以内的文字说明。 【问题2】 项目甲方和现在公司分散在两地，项目开发人员没有办法与他们很好的 协作，作为项目经理对此感到很棘手。请以200字以内的文字说说你的建 议。 【问题3】 请以200字以内的文字对项目经理和小王对甲方需求变化的认识上进行 点评。

（1） 计算机网络体系结构的定义和发展。 （2）计算机网络分层体系结构及分层原理。 （3） 计算机网络通信协议的概念，网络通信协议
三要素。
考核要求
领会：网络分层体系结构的概念和计算机网络体系 结构，协议的概念，通信协议三要素：语义、语法、 时序关系。
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2.1.1协议的要素（领会）
网络协议(Protocol)：为计算机网络中进行数据交换 而建立的规则、标准或约定的集合。
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学习目的与要求
要求理解计算机网络分层的目的 理解协议的要素、服务、协议与服务的区别、
协议数据单元 理解面向连接的服务和无连接服务的概念 理解ISO基本参考模型与各层的功能 理解TCP/IP参考模型与各层的功能 了解两个参考模型的相同点与不同点。
.
2.1网络的分层体系结构
课程内容与考核知识点
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
传输介质
ISO-OSI模型各层所涉及的问题
应用层： 处理应用进程之间所发送 和接收的数据中包含的信 息内容。 表示层： 会在话两层个：应用层之间的传 负输责过建程立中（负或责清数除据）的在表示 两语个法通信的表示层之间的
传通信输通层道：，包括交O互S管I理环、境
为同会步话，层 异提 常供 报与 告下 。面网络 无关的可靠消息传送机制
网络层：
路数由据、链C转路C发层P，：A 拥塞控制
成帧，差错控制、流量控
物制控网理，制层物络：理寻层址，媒体访问
缆线，信号的编码，网络
接数插据件链的路电、层机械接口
CCP B 网络层 数据链路层
物理层
物理层
主机B
应用进程B
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

1001010101100110
运算结果最高位为1
∴SF=1；
运算结果本身≠0
∴ZF=0；
低8位中1的个数为偶数个 ∴PF=1；
最高位没有进位
∴CF=0；
D3向D4有进位
∴AF=1；
次高位向最高位有进位 ，最高位向前没有进位，∴OF=1
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例：2个数相减后，分析各标志位的值
0110001101001101
指令队列中排队
✓减少了CPU取指所需的等待时间
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3）指令的执行过程：
✓从存储器中取出一条指令（用总线） ✓译码（分析指令） ✓从存储器中读取操作数（用总线） ✓执行指令 ✓将结果存到存储器（用总线） ✓重复以上过程 ✓由此可见，总线是信息传输中最忙的信号线
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8080CPU取指令与执行指令时序--串行工作
址据
逻
总 线
+ 偏移地址(16位)
---------------------物理地址(20位)
123456
辑
8088
指令代码
8086
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(3)BIU完成的操作
✓队列中空出两个字节，自动从存储器中取出指
令放在指令队列中（可存放最长指令为6字节）
✓ 指令执行时所需操作数也由BIU取出，送EU ✓取指和执行指令是分开的 ✓在执行一条指令的同时，可取下一条指令放在
8086CPU中标志寄存器有9个标志位， 其中6个状态标志位，3个控制标志位
状态标志有: CF:进位标志位 PF:奇偶位 AF:辅助进位位 ZF:零标志位， SF:符号标志位 OF:溢出位
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(1)进位标志位（CF）
进位标志CF： CF=1时，表明指令执行后的结果在最高位(字节操作时的 D7位，字操作时的D15位)上产生了一个进位或借位；