计算机体系结构PPT_day12(中文版)互连网络 93页

2019-11-6
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层次结构方法的优点
独立性强——耦合程度低
• 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务——黑箱 方法。
适应性强
• 只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。
易于实现和维护
• 把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子 单元：
使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易 发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合
复用和分用
• 多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接
建立连接和释放连接
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通信协议
人际交流的协议:
• 人类之间 • “我有一个问题。” • “现在几点了?”
通信协议:
• 计算机之间
• 网络中所有的通信活 动都是由协议所控制
正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束
语法
• 协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：
HDLC Flag Address Ctrl
Data
FCSS Flag
BSC SOH HEAD STX
TEXT
ETX BCC
时序
• 通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则
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• 由最高层将消息提 交给目标进程。
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逻辑通信
Pn+1 Pn Pn-1
目标进程 消息
N+1 N N-1
P3
3
P2
2
P1
1
物理通信线路
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体系结构各层中实现的主要功能

• 中央处理器和主存储器构成了计算机主体， 称为主机；相对地又把I/O设备称作外围设备或 外部设备，简称外设。
• 于是，计算机又被看成是由主机和外设两 大部分组成。但无论怎样划分，计算机的5大 部件始终是相对独立的子系统，缺一不可。
3.1.2 计算机硬件的典型结构
• 计算机系统的硬件结构包括各种形式的总线结构和通 道结构，它们是各种大、中、小、微型计算机的典型 结构体系。
软件资源的增多， 信息存储问题就十 分突出，促使由一 级存储发展到多级 存储，甚至在主存 储器一级也采用多 存储体交叉访问技 术，出现了以存储 系统为核心的计算 机系统结构。
第三章 计算机体系结构
• 硬件和软件是学习计算机知识经常遇到的术语。 硬件是指计算机系统中实际设备的总称。它可 以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件 或设备，或由它们组成的计算机部件或整个计 算机硬件系统。
• 计算机系统包括大型机、中小型机以及微机等 多种结构形式，其硬件主要包括: 运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备等部件。
一、计算机系统的硬件结构
计算机系统包括大型计算机、中小型 计算机、微型计算机等各种不同的硬件结 构，不同种类的计算机硬件结构具有不同 的硬件体系和结构特点，本节简要介绍不 同计算机的硬件结构。
3.1.1 现代计算机结构的特点 3.1.2 计算机硬件的典型结构 3.1.3 微型计算机常见总线标准
3.1.1 现代计算机结构的特点
• 1．总线 • 所谓总线，就是CPU、内存储器和I/O接口之间相互交
换信息的公共通路，各部件通过总线连成一个整体。 所有的外围设备也通过总线与计算机相连。按传送信 息的类别，总线可以分为三种：地址总线（Address Bus 缩写为AB）、数据总线（Data Bus 缩写为DB）和 控制总线（Control Bus 缩写为CB）。地址总线传送存 储器和外围设备的地址，数据总线传送数据，控制总 线则是管理协调各部分的工作,图3-2所示。

• 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

向量处理器广泛应用于高性能计算、科学计算、图像处理等领域，是计算机体系结构优化的重要方向之 一。
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计算机体系结构的发展趋势
多核处理器
总结词
多核处理器技术是计算机体系结构的重要发 展趋势之一，它通过将多个处理器核心集成 到一个芯片上，提高了计算机的处理能力和 能效。
详细描述
随着集成电路技术的发展，多核处理器已成 为现实，并广泛应用于各类计算机系统中。 多核处理器可以同时执行多个线程，提高了 并行处理能力，使得计算机在处理复杂任务 时更加高效。
存储器是计算机中用于存储数据和指令的部件。
详细描述
存储器分为不同的类型，如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和高速缓存等。它们以二进制的形 式存储数据和指令，并允许对存储的数据进行读取、写入和修改等操作。
控制器
总结词
控制器是计算机中协调各部件工作的部件。
详细描述
控制器负责控制计算机中各个部件的工作流程，确保它们按照正确的顺序和时间进行操作。它通常由 指令计数器、指令寄存器和控制逻辑等组成，能够解析指令并协调各部件的工作。
硬件虚拟化技术
总结词
硬件虚拟化技术是计算机体系结构的另一重要发展趋势，它通过虚拟化技术将物理硬件 资源抽象成虚拟资源，实现了资源的共享和灵活配置。
详细描述
硬件虚拟化技术可以使得多个操作系统在同一物理硬件上运行，并且每个操作系统都认 为自己拥有完整的硬件资源。这不仅提高了硬件资源的利用率，还增强了系统的可靠性
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计算机体系结构决定了计算机 的能耗和成本，对于现代计算 机系统来说，能耗和成本是非 常重要的考虑因素。
计算机体系结构的分类
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根据指令集体系结构的分类
可以分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令 集计算机（RISC）。