《計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》PPT配套課件

《計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》PPT配套課件,計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,計算機(jī)科學(xué),導(dǎo)論,PPT,配套,課件 第第0505章章 計算機(jī)組成計算機(jī)組成本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)2三大子系統(tǒng)三大子系統(tǒng)3中央處理單元中央處理單元CPU&中央處理單元用于數(shù)據(jù)運(yùn)算，包括算術(shù)邏輯單元中央處理單元用于數(shù)據(jù)運(yùn)算，包括算術(shù)邏輯單元ALUALU、控制單元和寄存器組。、控制單元和寄存器組。41、算術(shù)邏輯單元、算術(shù)邏輯單元ALU&算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALUALU對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、移位和算術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、移位和算術(shù)運(yùn)算。運(yùn)算。邏輯運(yùn)算：與、或、非、異或邏輯運(yùn)算：與、或、非、異或邏輯運(yùn)算：與、或、非、異或邏輯運(yùn)算：與、或、非、異或 移位運(yùn)算：邏輯移位和算術(shù)移位移位運(yùn)算：邏輯移位和算術(shù)移位移位運(yùn)算：邏輯移位和算術(shù)移位移位運(yùn)算：邏輯移位和算術(shù)移位 算術(shù)運(yùn)算：整數(shù)和實數(shù)的算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：整數(shù)和實數(shù)的算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：整數(shù)和實數(shù)的算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：整數(shù)和實數(shù)的算術(shù)運(yùn)算52、寄存器、寄存器&寄存器寄存器是用來臨時存放數(shù)據(jù)的高速獨立的存儲單是用來臨時存放數(shù)據(jù)的高速獨立的存儲單元。元。數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器：保存運(yùn)算的中間結(jié)果，可以提高運(yùn)算速度。：保存運(yùn)算的中間結(jié)果，可以提高運(yùn)算速度。：保存運(yùn)算的中間結(jié)果，可以提高運(yùn)算速度。：保存運(yùn)算的中間結(jié)果，可以提高運(yùn)算速度。指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器：CPUCPU負(fù)責(zé)從內(nèi)存中逐條取出指令，暫存在負(fù)責(zé)從內(nèi)存中逐條取出指令，暫存在負(fù)責(zé)從內(nèi)存中逐條取出指令，暫存在負(fù)責(zé)從內(nèi)存中逐條取出指令，暫存在指令寄存器中并解釋執(zhí)行。指令寄存器中并解釋執(zhí)行。指令寄存器中并解釋執(zhí)行。指令寄存器中并解釋執(zhí)行。程序計數(shù)器程序計數(shù)器程序計數(shù)器程序計數(shù)器：程序計數(shù)器保存當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，：程序計數(shù)器保存當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，：程序計數(shù)器保存當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，：程序計數(shù)器保存當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，當(dāng)前指令執(zhí)行完成后，自動增當(dāng)前指令執(zhí)行完成后，自動增當(dāng)前指令執(zhí)行完成后，自動增當(dāng)前指令執(zhí)行完成后，自動增1 1，指向下一條指令的地，指向下一條指令的地，指向下一條指令的地，指向下一條指令的地址。址。址。址。63、控制單元、控制單元&控制單元控制各個子系統(tǒng)的操作?？刂茊卧刂聘鱾€子系統(tǒng)的操作。&控制單元通過向各子系統(tǒng)發(fā)送信號來實現(xiàn)控制?？刂茊卧ㄟ^向各子系統(tǒng)發(fā)送信號來實現(xiàn)控制。7CPU的重要指標(biāo)時鐘頻率的重要指標(biāo)時鐘頻率&時鐘頻率時鐘頻率 CPUCPU的工作過程是一個取指令、執(zhí)行指令的周期性過程，的工作過程是一個取指令、執(zhí)行指令的周期性過程，的工作過程是一個取指令、執(zhí)行指令的周期性過程，的工作過程是一個取指令、執(zhí)行指令的周期性過程，它的它的它的它的“節(jié)拍節(jié)拍節(jié)拍節(jié)拍”由時鐘發(fā)生器發(fā)出的由時鐘發(fā)生器發(fā)出的由時鐘發(fā)生器發(fā)出的由時鐘發(fā)生器發(fā)出的脈沖脈沖脈沖脈沖決定；決定；決定；決定；時鐘發(fā)生器在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖次數(shù)就是計算機(jī)的時鐘發(fā)生器在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖次數(shù)就是計算機(jī)的時鐘發(fā)生器在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖次數(shù)就是計算機(jī)的時鐘發(fā)生器在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖次數(shù)就是計算機(jī)的“時鐘頻率時鐘頻率時鐘頻率時鐘頻率”，它決定了，它決定了，它決定了，它決定了CPUCPU的工作速度，也稱為的工作速度，也稱為的工作速度，也稱為的工作速度，也稱為主頻主頻主頻主頻，單位通常為兆赫茲單位通常為兆赫茲單位通常為兆赫茲單位通常為兆赫茲(MHz)(MHz)或千兆赫茲或千兆赫茲或千兆赫茲或千兆赫茲(GHz)(GHz)。8本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)9主存儲器主存儲器&基本概念基本概念 主存儲器是存儲單元的集合。每個存儲單元用唯一的標(biāo)主存儲器是存儲單元的集合。每個存儲單元用唯一的標(biāo)主存儲器是存儲單元的集合。每個存儲單元用唯一的標(biāo)主存儲器是存儲單元的集合。每個存儲單元用唯一的標(biāo)識符進(jìn)行標(biāo)識，稱為識符進(jìn)行標(biāo)識，稱為識符進(jìn)行標(biāo)識，稱為識符進(jìn)行標(biāo)識，稱為地址地址地址地址；數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)以字字字字為單位在存儲器中傳入和傳出。不同的機(jī)器，為單位在存儲器中傳入和傳出。不同的機(jī)器，為單位在存儲器中傳入和傳出。不同的機(jī)器，為單位在存儲器中傳入和傳出。不同的機(jī)器，字可以取字可以取字可以取字可以取8 8位、位、位、位、1616位、位、位、位、3232位或位或位或位或6464位。如果字是位。如果字是位。如果字是位。如果字是8 8位，稱為位，稱為位，稱為位，稱為字節(jié)字節(jié)字節(jié)字節(jié)(Byte)(Byte)。101、地址空間、地址空間&基本概念基本概念 存取存儲器中的每個字，需要有相應(yīng)的存取存儲器中的每個字，需要有相應(yīng)的存取存儲器中的每個字，需要有相應(yīng)的存取存儲器中的每個字，需要有相應(yīng)的標(biāo)識標(biāo)識標(biāo)識標(biāo)識，程序員通，程序員通，程序員通，程序員通常通過名稱來標(biāo)識（變量名字），在硬件層次上，都是常通過名稱來標(biāo)識（變量名字），在硬件層次上，都是常通過名稱來標(biāo)識（變量名字），在硬件層次上，都是常通過名稱來標(biāo)識（變量名字），在硬件層次上，都是通過通過通過通過地址地址地址地址來標(biāo)識。來標(biāo)識。來標(biāo)識。來標(biāo)識。在存儲器中可標(biāo)識的所有獨立地址單元的總數(shù)稱為在存儲器中可標(biāo)識的所有獨立地址單元的總數(shù)稱為在存儲器中可標(biāo)識的所有獨立地址單元的總數(shù)稱為在存儲器中可標(biāo)識的所有獨立地址單元的總數(shù)稱為地址地址地址地址空間空間空間空間。例如，。例如，。例如，。例如，64K64K字節(jié)存儲器、字長為字節(jié)存儲器、字長為字節(jié)存儲器、字長為字節(jié)存儲器、字長為1 1字節(jié)的系統(tǒng)具有字節(jié)的系統(tǒng)具有字節(jié)的系統(tǒng)具有字節(jié)的系統(tǒng)具有范圍為范圍為范圍為范圍為065535065535的地址空間。的地址空間。的地址空間。的地址空間。11存儲單位存儲單位UnitUnit-千字節(jié)千字節(jié)千字節(jié)千字節(jié)兆字節(jié)兆字節(jié)兆字節(jié)兆字節(jié)千兆字節(jié)千兆字節(jié)千兆字節(jié)千兆字節(jié)兆兆字節(jié)兆兆字節(jié)兆兆字節(jié)兆兆字節(jié)千兆兆字節(jié)千兆兆字節(jié)千兆兆字節(jié)千兆兆字節(jié)兆兆兆字節(jié)兆兆兆字節(jié)兆兆兆字節(jié)兆兆兆字節(jié)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)-210 Bytes220 Bytes230 Bytes240 Bytes250 Bytes260 Bytes近似值近似值近似值近似值-103 Bytes106 Bytes109 Bytes1012 Bytes1015 Bytes1018 Bytes1 1KB=1024BKB=1024B1MB1MB=1024KB1024KB=1024*1024B=1024*1024B1GB1GB=1024MB1024MB=1024*=1024*10241024*1024B*1024B1TB1TB=1024GB1024GB=1024*=1024*10241024*10241024*1024B*1024B12地址的位模式表示地址的位模式表示&計算機(jī)中使用位模式存儲地址計算機(jī)中使用位模式存儲地址 位模式長度取決于地址空間的大小位模式長度取決于地址空間的大小位模式長度取決于地址空間的大小位模式長度取決于地址空間的大小 地址空間為地址空間為地址空間為地址空間為64K64K（2 21616），字長為），字長為），字長為），字長為1 1個字節(jié)，需要使用個字節(jié)，需要使用個字節(jié)，需要使用個字節(jié)，需要使用1616位位模式存儲地址位位模式存儲地址位位模式存儲地址位位模式存儲地址 地址使用無符號整數(shù)定義地址使用無符號整數(shù)定義地址使用無符號整數(shù)定義地址使用無符號整數(shù)定義，地址空間為，地址空間為，地址空間為，地址空間為64K64K，則地址范，則地址范，則地址范，則地址范圍為圍為圍為圍為000000000000000000000000000000001111111111111111111111111111111113計算地址的位模式長度示例計算地址的位模式長度示例&問題問題 臺計算機(jī)有臺計算機(jī)有臺計算機(jī)有臺計算機(jī)有32MB32MB主存，需要多少位來尋址內(nèi)存中的任主存，需要多少位來尋址內(nèi)存中的任主存，需要多少位來尋址內(nèi)存中的任主存，需要多少位來尋址內(nèi)存中的任意一個字節(jié)？意一個字節(jié)？意一個字節(jié)？意一個字節(jié)？&解答解答32MB=25220=225B需要需要25位地址標(biāo)識每一個字節(jié)。位地址標(biāo)識每一個字節(jié)。14計算地址的位模式長度示例計算地址的位模式長度示例&問題問題 一臺計算機(jī)有一臺計算機(jī)有一臺計算機(jī)有一臺計算機(jī)有128MB128MB內(nèi)存，計算機(jī)的內(nèi)存，計算機(jī)的內(nèi)存，計算機(jī)的內(nèi)存，計算機(jī)的字長為字長為字長為字長為8 8個字節(jié)個字節(jié)個字節(jié)個字節(jié)，需要多少位來尋址內(nèi)存中的任意一個單需要多少位來尋址內(nèi)存中的任意一個單需要多少位來尋址內(nèi)存中的任意一個單需要多少位來尋址內(nèi)存中的任意一個單字字字字？&解答解答128MB=227B=2248B需要需要24位地址標(biāo)識內(nèi)存中的每一個字位地址標(biāo)識內(nèi)存中的每一個字152、存儲器類型、存儲器類型RAMRAMROMROMSRAMSRAMDRAMDRAMPROMPROMEPROMEPROMEEPROMEEPROM16RAM：隨機(jī)存儲器：隨機(jī)存儲器&RAMRAM是主存的主要組成部分。是主存的主要組成部分。RAMRAM具有具有可隨機(jī)可隨機(jī)讀寫、易失性讀寫、易失性特點。特點。SRAMSRAM：靜態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)RAMRAM，使用觸發(fā)器門電路保存數(shù)據(jù)，速，使用觸發(fā)器門電路保存數(shù)據(jù)，速，使用觸發(fā)器門電路保存數(shù)據(jù)，速，使用觸發(fā)器門電路保存數(shù)據(jù)，速度快但價格昂貴。度快但價格昂貴。度快但價格昂貴。度快但價格昂貴。DRAMDRAM：動態(tài)：動態(tài)：動態(tài)：動態(tài)RAMRAM，使用電容存儲數(shù)據(jù)，充電為，使用電容存儲數(shù)據(jù)，充電為，使用電容存儲數(shù)據(jù)，充電為，使用電容存儲數(shù)據(jù)，充電為1 1，放，放，放，放電狀態(tài)為電狀態(tài)為電狀態(tài)為電狀態(tài)為0 0。需要周期性刷新，速度慢但價格便宜。需要周期性刷新，速度慢但價格便宜。需要周期性刷新，速度慢但價格便宜。需要周期性刷新，速度慢但價格便宜。17ROM：只讀存儲器：只讀存儲器&ROMROM是只讀存儲器，內(nèi)容由制造商寫入，是只讀存儲器，內(nèi)容由制造商寫入，具有只具有只讀、非易失性讀、非易失性特點。特點。PROMPROM：可編程只讀存儲器，出廠時空白，借助特殊設(shè)：可編程只讀存儲器，出廠時空白，借助特殊設(shè)：可編程只讀存儲器，出廠時空白，借助特殊設(shè)：可編程只讀存儲器，出廠時空白，借助特殊設(shè)備可一次寫入內(nèi)容。備可一次寫入內(nèi)容。備可一次寫入內(nèi)容。備可一次寫入內(nèi)容。EPROMEPROM：可擦除的可編程只讀存儲器，借助紫外線裝：可擦除的可編程只讀存儲器，借助紫外線裝：可擦除的可編程只讀存儲器，借助紫外線裝：可擦除的可編程只讀存儲器，借助紫外線裝置可擦除內(nèi)容，然后可重新寫入。置可擦除內(nèi)容，然后可重新寫入。置可擦除內(nèi)容，然后可重新寫入。置可擦除內(nèi)容，然后可重新寫入。EEPROMEEPROM：電可擦除的可編程只讀存儲器，使用電子：電可擦除的可編程只讀存儲器，使用電子：電可擦除的可編程只讀存儲器，使用電子：電可擦除的可編程只讀存儲器，使用電子脈沖即可擦除和編程寫入脈沖即可擦除和編程寫入脈沖即可擦除和編程寫入脈沖即可擦除和編程寫入183、存儲器的層次結(jié)構(gòu)、存儲器的層次結(jié)構(gòu)&存取速度快的存儲器價格昂貴，通常采用存取速度快的存儲器價格昂貴，通常采用層次層次配配置置 對速度要求苛刻的場合，配置少量高速存儲器，如對速度要求苛刻的場合，配置少量高速存儲器，如對速度要求苛刻的場合，配置少量高速存儲器，如對速度要求苛刻的場合，配置少量高速存儲器，如CPUCPU中的寄存器；中的寄存器；中的寄存器；中的寄存器；用適量中速的存儲器存儲需要經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)；用適量中速的存儲器存儲需要經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)；用適量中速的存儲器存儲需要經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)；用適量中速的存儲器存儲需要經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)；用大量低速存儲器存儲大量不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。用大量低速存儲器存儲大量不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。用大量低速存儲器存儲大量不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。用大量低速存儲器存儲大量不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。194、高速緩沖存儲器、高速緩沖存儲器&高速緩沖存儲器速度比主存快，但比高速緩沖存儲器速度比主存快，但比CPUCPU內(nèi)部的內(nèi)部的寄存器要慢，介于寄存器要慢，介于CPUCPU和內(nèi)存之間和內(nèi)存之間 作為內(nèi)存和作為內(nèi)存和作為內(nèi)存和作為內(nèi)存和CPUCPU之間緩沖，可提高系統(tǒng)性能；之間緩沖，可提高系統(tǒng)性能；之間緩沖，可提高系統(tǒng)性能；之間緩沖，可提高系統(tǒng)性能；高速緩存的配置較少，會保存主存一部分內(nèi)容的副本。高速緩存的配置較少，會保存主存一部分內(nèi)容的副本。高速緩存的配置較少，會保存主存一部分內(nèi)容的副本。高速緩存的配置較少，會保存主存一部分內(nèi)容的副本。20高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器&基本原理基本原理 CPUCPU要存取主存中的一個字時，首先檢查高速緩存；要存取主存中的一個字時，首先檢查高速緩存；要存取主存中的一個字時，首先檢查高速緩存；要存取主存中的一個字時，首先檢查高速緩存；如果存在，直接存??；如果存在，直接存取；如果存在，直接存?。蝗绻嬖?，直接存??；如果不存在，從主存中拷貝包含欲存取字的數(shù)據(jù)塊至高如果不存在，從主存中拷貝包含欲存取字的數(shù)據(jù)塊至高如果不存在，從主存中拷貝包含欲存取字的數(shù)據(jù)塊至高如果不存在，從主存中拷貝包含欲存取字的數(shù)據(jù)塊至高速緩存，速緩存，速緩存，速緩存，CPUCPU從高速緩存中存取數(shù)據(jù)。從高速緩存中存取數(shù)據(jù)。從高速緩存中存取數(shù)據(jù)。從高速緩存中存取數(shù)據(jù)。&提高整體訪問性能提高整體訪問性能 計算機(jī)處理數(shù)據(jù)具有連續(xù)性；計算機(jī)處理數(shù)據(jù)具有連續(xù)性；計算機(jī)處理數(shù)據(jù)具有連續(xù)性；計算機(jī)處理數(shù)據(jù)具有連續(xù)性；根據(jù)合理的預(yù)測技術(shù)，使得從高速緩存訪問數(shù)據(jù)的命中根據(jù)合理的預(yù)測技術(shù)，使得從高速緩存訪問數(shù)據(jù)的命中根據(jù)合理的預(yù)測技術(shù)，使得從高速緩存訪問數(shù)據(jù)的命中根據(jù)合理的預(yù)測技術(shù)，使得從高速緩存訪問數(shù)據(jù)的命中率很高。率很高。率很高。率很高。21本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)22非存儲設(shè)備非存儲設(shè)備&非存儲設(shè)備提供非存儲設(shè)備提供CPUCPU與外界的通信，但不能存儲與外界的通信，但不能存儲信息信息 鍵盤：提供輸入功能鍵盤：提供輸入功能鍵盤：提供輸入功能鍵盤：提供輸入功能 監(jiān)視器：顯示輸出監(jiān)視器：顯示輸出監(jiān)視器：顯示輸出監(jiān)視器：顯示輸出 打印機(jī)：產(chǎn)生永久記錄的輸出設(shè)備打印機(jī)：產(chǎn)生永久記錄的輸出設(shè)備打印機(jī)：產(chǎn)生永久記錄的輸出設(shè)備打印機(jī)：產(chǎn)生永久記錄的輸出設(shè)備 其它：鼠標(biāo)、操縱桿、掃描儀等其它：鼠標(biāo)、操縱桿、掃描儀等其它：鼠標(biāo)、操縱桿、掃描儀等其它：鼠標(biāo)、操縱桿、掃描儀等23存儲設(shè)備存儲設(shè)備&存儲設(shè)備可存儲大量信息以備后用，速度比主存存儲設(shè)備可存儲大量信息以備后用，速度比主存慢但價格便宜。存儲的信息不易丟失，稱為輔助存慢但價格便宜。存儲的信息不易丟失，稱為輔助存儲設(shè)備。儲設(shè)備。磁介質(zhì)存儲設(shè)備：使用磁性來存儲數(shù)據(jù)，通過磁性介質(zhì)磁介質(zhì)存儲設(shè)備：使用磁性來存儲數(shù)據(jù)，通過磁性介質(zhì)磁介質(zhì)存儲設(shè)備：使用磁性來存儲數(shù)據(jù)，通過磁性介質(zhì)磁介質(zhì)存儲設(shè)備：使用磁性來存儲數(shù)據(jù)，通過磁性介質(zhì)的磁化表示的磁化表示的磁化表示的磁化表示1 1，消磁表示，消磁表示，消磁表示，消磁表示0 011磁盤磁盤11磁帶磁帶 光存儲設(shè)備光存儲設(shè)備光存儲設(shè)備光存儲設(shè)備241、磁盤物理布局、磁盤物理布局&磁盤由多張盤片疊加而成，每個盤片上的讀磁盤由多張盤片疊加而成，每個盤片上的讀/寫磁寫磁頭控制數(shù)據(jù)的讀寫。頭控制數(shù)據(jù)的讀寫。25磁盤物理布局磁盤物理布局&磁盤表面結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)被存儲在磁盤表面磁盤表面結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)被存儲在磁盤表面 磁道：每個盤面被劃分為磁道：每個盤面被劃分為磁道：每個盤面被劃分為磁道：每個盤面被劃分為磁道磁道磁道磁道，磁道之間有內(nèi)部間隔。，磁道之間有內(nèi)部間隔。，磁道之間有內(nèi)部間隔。，磁道之間有內(nèi)部間隔。扇區(qū)：每個磁道被劃分為若干扇區(qū)：每個磁道被劃分為若干扇區(qū)：每個磁道被劃分為若干扇區(qū)：每個磁道被劃分為若干扇區(qū)扇區(qū)扇區(qū)扇區(qū)，扇區(qū)之間也有內(nèi)部，扇區(qū)之間也有內(nèi)部，扇區(qū)之間也有內(nèi)部，扇區(qū)之間也有內(nèi)部間隔間隔間隔間隔26磁盤數(shù)據(jù)存取磁盤數(shù)據(jù)存取&磁盤是一種隨機(jī)存儲設(shè)備磁盤是一種隨機(jī)存儲設(shè)備 數(shù)據(jù)項可以被數(shù)據(jù)項可以被數(shù)據(jù)項可以被數(shù)據(jù)項可以被隨機(jī)存取隨機(jī)存取隨機(jī)存取隨機(jī)存?。荒硞€時間可以讀取的某個時間可以讀取的某個時間可以讀取的某個時間可以讀取的最小存儲區(qū)域只能是一個扇區(qū)最小存儲區(qū)域只能是一個扇區(qū)最小存儲區(qū)域只能是一個扇區(qū)最小存儲區(qū)域只能是一個扇區(qū)。27磁盤性能磁盤性能&角速度角速度：定義磁盤的旋轉(zhuǎn)速度，決定特定扇區(qū)旋：定義磁盤的旋轉(zhuǎn)速度，決定特定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到讀轉(zhuǎn)到讀/寫磁頭下方的時間。寫磁頭下方的時間。&尋道時間尋道時間：讀：讀/寫磁頭尋找數(shù)據(jù)所在磁道的時間。寫磁頭尋找數(shù)據(jù)所在磁道的時間。&傳送時間傳送時間：將數(shù)據(jù)從磁盤移動到：將數(shù)據(jù)從磁盤移動到CPU/CPU/內(nèi)存所需要內(nèi)存所需要的時間。的時間。282、磁帶、磁帶29磁帶表面結(jié)構(gòu)磁帶表面結(jié)構(gòu)&表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu) 劃分為劃分為劃分為劃分為9 9個磁道，每道上每個點存儲個磁道，每道上每個點存儲個磁道，每道上每個點存儲個磁道，每道上每個點存儲1 1個位個位個位個位 垂直的切面垂直的切面垂直的切面垂直的切面9 9個點存儲一個字節(jié)，個點存儲一個字節(jié)，個點存儲一個字節(jié)，個點存儲一個字節(jié)，1 1位用于錯誤檢測位用于錯誤檢測位用于錯誤檢測位用于錯誤檢測30磁帶數(shù)據(jù)存取和性能磁帶數(shù)據(jù)存取和性能&數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)存取 磁帶是磁帶是磁帶是磁帶是順序存取順序存取順序存取順序存取設(shè)備，雖然磁帶表面可能會分成若干塊，設(shè)備，雖然磁帶表面可能會分成若干塊，設(shè)備，雖然磁帶表面可能會分成若干塊，設(shè)備，雖然磁帶表面可能會分成若干塊，但缺乏尋址機(jī)制；要想讀取指定的塊，必須順序通過其但缺乏尋址機(jī)制；要想讀取指定的塊，必須順序通過其但缺乏尋址機(jī)制；要想讀取指定的塊，必須順序通過其但缺乏尋址機(jī)制；要想讀取指定的塊，必須順序通過其前面的所有塊。前面的所有塊。前面的所有塊。前面的所有塊。&性能性能 磁帶速度比磁盤慢，但非常便宜，常用于大量磁帶速度比磁盤慢，但非常便宜，常用于大量磁帶速度比磁盤慢，但非常便宜，常用于大量磁帶速度比磁盤慢，但非常便宜，常用于大量數(shù)據(jù)的備數(shù)據(jù)的備數(shù)據(jù)的備數(shù)據(jù)的備份份份份。313、光存儲設(shè)備、光存儲設(shè)備&光存儲設(shè)備采用光（激光）技術(shù)來存儲和讀取數(shù)光存儲設(shè)備采用光（激光）技術(shù)來存儲和讀取數(shù)據(jù)。據(jù)。使用使用使用使用CDCD主要用來保存音頻信息主要用來保存音頻信息主要用來保存音頻信息主要用來保存音頻信息 現(xiàn)在，同樣的技術(shù)用于存儲計算機(jī)信息現(xiàn)在，同樣的技術(shù)用于存儲計算機(jī)信息現(xiàn)在，同樣的技術(shù)用于存儲計算機(jī)信息現(xiàn)在，同樣的技術(shù)用于存儲計算機(jī)信息11CD-ROMCD-ROM：只讀光盤：只讀光盤11CD-RCD-R：可刻錄光盤：可刻錄光盤11CD-RWCD-RW：可重寫光盤：可重寫光盤11DVDDVD：數(shù)字多功能光盤：數(shù)字多功能光盤32CD-ROM：制作與讀：制作與讀制造主盤，有坑表制造主盤，有坑表制造主盤，有坑表制造主盤，有坑表示示示示1 1，沒有表示，沒有表示，沒有表示，沒有表示0 0制作模盤：模具制作模盤：模具制作模盤：模具制作模盤：模具批量制作光盤批量制作光盤批量制作光盤批量制作光盤通過反射強(qiáng)度的差通過反射強(qiáng)度的差通過反射強(qiáng)度的差通過反射強(qiáng)度的差異，讀出數(shù)據(jù)異，讀出數(shù)據(jù)異，讀出數(shù)據(jù)異，讀出數(shù)據(jù)33CD-ROM：格式：格式&CD-ROMCD-ROM光盤只有一條螺旋磁道光盤只有一條螺旋磁道(光道光道)，從中心，從中心旋轉(zhuǎn)向外；旋轉(zhuǎn)向外；&光盤的磁道劃分為光盤的磁道劃分為扇區(qū)扇區(qū)，每扇區(qū)通常存儲，每扇區(qū)通常存儲23522352位位34CD-ROM：速度：速度&衡量衡量CD-ROMCD-ROM驅(qū)動器讀取數(shù)據(jù)速度以驅(qū)動器讀取數(shù)據(jù)速度以153600B/s153600B/s為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)(稱稱為單倍速為單倍速)，當(dāng)前光驅(qū)速度均是此速度的整數(shù)倍數(shù)，當(dāng)前光驅(qū)速度均是此速度的整數(shù)倍數(shù)速度速度速度速度-1x1x2x2x4x4x6x6x8x8x12x12x16x16x24x24x32x32x40 x40 x數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率-153,600153,600 B/sB/s307,200307,200 B/sB/s614,400614,400 B/sB/s921,600921,600 B/sB/s1,228,8001,228,800 B/sB/s1,843,2001,843,200 B/sB/s 2,457,600 2,457,600 B/sB/s3,688,4003,688,400 B/sB/s 4,915,200 4,915,200 B/sB/s6,144,000 6,144,000 B/sB/s近似值近似值近似值近似值-150 KB/s150 KB/s300 KB/s300 KB/s600 KB/s600 KB/s900 KB/s900 KB/s1.2 MB/s1.2 MB/s1.8 MB/s1.8 MB/s2.4 MB/s2.4 MB/s3.6 MB/s3.6 MB/s4.8 MB/s4.8 MB/s6 MB/s6 MB/s35CD-R&CD-ROMCD-ROM適合適合生產(chǎn)商大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)商大批量生產(chǎn)，CD-RCD-R可進(jìn)行可進(jìn)行一次性刻錄，稱為一次性刻錄，稱為WORMWORM(寫一次，讀多次寫一次，讀多次)，用，用于少量的數(shù)據(jù)備份。于少量的數(shù)據(jù)備份。反射層使用反射層使用反射層使用反射層使用金金金金。增加增加增加增加染料層染料層染料層染料層保存數(shù)據(jù)，通過燒制顏色的深淺模擬凹坑和保存數(shù)據(jù)，通過燒制顏色的深淺模擬凹坑和保存數(shù)據(jù)，通過燒制顏色的深淺模擬凹坑和保存數(shù)據(jù)，通過燒制顏色的深淺模擬凹坑和紋間表面紋間表面紋間表面紋間表面36CD-R：讀寫：讀寫37CD-RW&CD-RWCD-RW是是可重寫可重寫光盤。光盤。制作光盤的原理與制作光盤的原理與制作光盤的原理與制作光盤的原理與CD-RCD-R類似，通過合金層存儲數(shù)據(jù)，類似，通過合金層存儲數(shù)據(jù)，類似，通過合金層存儲數(shù)據(jù)，類似，通過合金層存儲數(shù)據(jù)，利用利用利用利用合金合金合金合金的兩種狀態(tài)模擬坑和紋間表面。的兩種狀態(tài)模擬坑和紋間表面。的兩種狀態(tài)模擬坑和紋間表面。的兩種狀態(tài)模擬坑和紋間表面。擦除擦除擦除擦除：通過激光改變合金狀態(tài)，使其變成紋間表面狀態(tài)：通過激光改變合金狀態(tài)，使其變成紋間表面狀態(tài)：通過激光改變合金狀態(tài)，使其變成紋間表面狀態(tài)：通過激光改變合金狀態(tài)，使其變成紋間表面狀態(tài)38DVD&CD-ROMCD-ROM存儲容量（存儲容量（650M650M）已經(jīng)不能滿足視頻）已經(jīng)不能滿足視頻信息的存儲需求，信息的存儲需求，DVDDVD是新一代光存儲設(shè)備。是新一代光存儲設(shè)備?？痈?；坑更小；坑更??；坑更?。淮诺篱g更為緊密；磁道間更為緊密；磁道間更為緊密；磁道間更為緊密；使用紅激光代替紅外激光；使用紅激光代替紅外激光；使用紅激光代替紅外激光；使用紅激光代替紅外激光；使用使用使用使用1212個存儲層，可以是單面或雙面。個存儲層，可以是單面或雙面。個存儲層，可以是單面或雙面。個存儲層，可以是單面或雙面。&用于大容量數(shù)據(jù)存儲。用于大容量數(shù)據(jù)存儲。39DVD容量容量特征特征-單面、單層單面、單層D5D5單面、雙層單面、雙層D9D9雙面、單層雙面、單層D10D10雙面、雙層雙面、雙層D18D18容量容量-4.7 GB8.5 GB9.4 GB17 GBDVDDVD使用使用MPEGMPEG技術(shù)進(jìn)行壓縮（參見第技術(shù)進(jìn)行壓縮（參見第1515章），章），單面、單層單面、單層DVDDVD可以存儲可以存儲133133分鐘高品質(zhì)視頻。分鐘高品質(zhì)視頻。40本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)411、CPU和存儲器的連接和存儲器的連接42總線總線&數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線：線的根數(shù)由字長決定，如字長為：線的根數(shù)由字長決定，如字長為4 4個字個字節(jié)，需要節(jié)，需要3232根數(shù)據(jù)總線，根數(shù)據(jù)總線，CPUCPU和內(nèi)存之間一次傳和內(nèi)存之間一次傳送送3232位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。&地址總線地址總線：在訪問主存中的某個字，首先通過地：在訪問主存中的某個字，首先通過地址總線傳送地址。線的根數(shù)取決于存儲空間的大小。址總線傳送地址。線的根數(shù)取決于存儲空間的大小。&控制總線控制總線：用于發(fā)送控制命令，線的根數(shù)取決于：用于發(fā)送控制命令，線的根數(shù)取決于計算機(jī)所需要的控制命令總數(shù)。計算機(jī)所需要的控制命令總數(shù)。432、I/O設(shè)備的連接設(shè)備的連接輸入輸出設(shè)備通過控制器或接口與總線連接輸入輸出設(shè)備通過控制器或接口與總線連接44控制器控制器&CPUCPU與內(nèi)存通過總線連接，而輸入與內(nèi)存通過總線連接，而輸入/輸出設(shè)備由于輸出設(shè)備由于速度慢，不能直接接入總線。輸入速度慢，不能直接接入總線。輸入/輸出設(shè)備借助輸出設(shè)備借助輸入輸入/輸出輸出控制器控制器或或接口接口連接到總線上。連接到總線上。串行控制器只有一根線連接到設(shè)備上，每次只能傳輸一串行控制器只有一根線連接到設(shè)備上，每次只能傳輸一串行控制器只有一根線連接到設(shè)備上，每次只能傳輸一串行控制器只有一根線連接到設(shè)備上，每次只能傳輸一位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；并行控制器有數(shù)根線連接到設(shè)備上，一次能傳輸多個位并行控制器有數(shù)根線連接到設(shè)備上，一次能傳輸多個位并行控制器有數(shù)根線連接到設(shè)備上，一次能傳輸多個位并行控制器有數(shù)根線連接到設(shè)備上，一次能傳輸多個位45SCSI小型計算機(jī)系統(tǒng)接口小型計算機(jī)系統(tǒng)接口&8 8、1616、3232線的線的并行接口并行接口。&提供菊花鏈連接，兩端需要終結(jié)器提供菊花鏈連接，兩端需要終結(jié)器46火線接口火線接口&是一種是一種高速串行接口高速串行接口，數(shù)據(jù)的傳輸速度高達(dá)，數(shù)據(jù)的傳輸速度高達(dá)50Mbps50Mbps（或（或b/sb/s）。）。&通過菊花鏈或樹型連接可連接多達(dá)通過菊花鏈或樹型連接可連接多達(dá)6363個設(shè)備個設(shè)備47USB通用串行總線通用串行總線&是一種是一種串行控制器串行控制器，用來連接低速或高速設(shè)備，用來連接低速或高速設(shè)備&支持多達(dá)支持多達(dá)127127個設(shè)備接入到個設(shè)備接入到USBUSB控制器上，支持熱交換（不控制器上，支持熱交換（不用關(guān)機(jī)即可插拔），支持用關(guān)機(jī)即可插拔），支持1.5Mbps1.5Mbps、12Mbps12Mbps、480Mbps480Mbps48493、輸入、輸入/輸出設(shè)備尋址輸出設(shè)備尋址&通常通常CPUCPU使用相同的總線在主存和輸入使用相同的總線在主存和輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備之間讀寫數(shù)據(jù)。唯一的區(qū)別在于使用之間讀寫數(shù)據(jù)。唯一的區(qū)別在于使用不同的指令不同的指令。&如果指令涉及主存中的字，數(shù)據(jù)在主存和如果指令涉及主存中的字，數(shù)據(jù)在主存和CPUCPU之之間傳送；如果指令涉及輸入間傳送；如果指令涉及輸入/輸出設(shè)備，則數(shù)據(jù)在輸出設(shè)備，則數(shù)據(jù)在CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備之間傳送。設(shè)備之間傳送。&有兩種方法對輸入有兩種方法對輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行尋址：輸出設(shè)備進(jìn)行尋址：I/OI/O獨立尋址獨立尋址獨立尋址獨立尋址 I/OI/O存儲器映射尋址存儲器映射尋址存儲器映射尋址存儲器映射尋址 CPUCPU對控制器中的每個寄存器進(jìn)行尋址對控制器中的每個寄存器進(jìn)行尋址對控制器中的每個寄存器進(jìn)行尋址對控制器中的每個寄存器進(jìn)行尋址50I/O獨立尋址獨立尋址&讀寫主存和讀寫輸入輸出設(shè)備讀寫主存和讀寫輸入輸出設(shè)備使用不同的指令使用不同的指令。每個輸入輸出設(shè)備有自己的地址每個輸入輸出設(shè)備有自己的地址51I/O存儲器映射尋址存儲器映射尋址&將輸入將輸入/輸出設(shè)備中的每個寄存器看成主存中的字，輸出設(shè)備中的每個寄存器看成主存中的字，統(tǒng)一尋址，統(tǒng)一尋址，使用相同的指令。使用相同的指令。52本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)53程序的執(zhí)行程序的執(zhí)行&程序由一系列程序由一系列指令指令構(gòu)成，計算機(jī)通過執(zhí)行程序，構(gòu)成，計算機(jī)通過執(zhí)行程序，將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)據(jù)。將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)據(jù)。&程序和數(shù)據(jù)都必須放到內(nèi)存中。程序和數(shù)據(jù)都必須放到內(nèi)存中。541、機(jī)器周期、機(jī)器周期&CPUCPU利用重復(fù)的機(jī)器周期執(zhí)行指令，簡化的周期利用重復(fù)的機(jī)器周期執(zhí)行指令，簡化的周期包括取指令、譯碼、執(zhí)行。包括取指令、譯碼、執(zhí)行。55機(jī)器周期機(jī)器周期&取指令取指令：由控制單元將下一條要執(zhí)行的指令復(fù)制：由控制單元將下一條要執(zhí)行的指令復(fù)制到指令寄存器中，程序計數(shù)器自動加到指令寄存器中，程序計數(shù)器自動加1 1指向內(nèi)存中指向內(nèi)存中的下一條指令。的下一條指令。&譯碼譯碼：控制單元對指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，：控制單元對指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生系統(tǒng)可以執(zhí)行的操作碼。產(chǎn)生系統(tǒng)可以執(zhí)行的操作碼。&執(zhí)行執(zhí)行：控制單元發(fā)送命令到某個部件完成操作。：控制單元發(fā)送命令到某個部件完成操作。如將兩個寄存器中的內(nèi)容相加如將兩個寄存器中的內(nèi)容相加并將結(jié)果保存到輸出并將結(jié)果保存到輸出寄存器中；從內(nèi)存中加載（讀）數(shù)據(jù)項。寄存器中；從內(nèi)存中加載（讀）數(shù)據(jù)項。562、輸入、輸入/輸出操作輸出操作&計算機(jī)需要通過命令把數(shù)據(jù)從計算機(jī)需要通過命令把數(shù)據(jù)從I/OI/O設(shè)備傳輸?shù)皆O(shè)備傳輸?shù)紺PUCPU和內(nèi)存。因為輸入和內(nèi)存。因為輸入/輸出設(shè)備的運(yùn)行速度比輸出設(shè)備的運(yùn)行速度比CPUCPU要要慢很多，慢很多，CPUCPU的操作必須和輸入的操作必須和輸入/輸出設(shè)備同步輸出設(shè)備同步(CPU(CPU等待輸入等待輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備)。&有三種基本的同步方法：有三種基本的同步方法：程序控制輸入輸出程序控制輸入輸出程序控制輸入輸出程序控制輸入輸出 中斷控制輸入輸出中斷控制輸入輸出中斷控制輸入輸出中斷控制輸入輸出 直接存儲器存取直接存儲器存取直接存儲器存取直接存儲器存取(DMA)(DMA)57程序控制輸入程序控制輸入/輸出輸出&CPUCPU等待等待I/OI/O設(shè)備；設(shè)備；CPUCPU查查詢設(shè)備狀態(tài)，詢設(shè)備狀態(tài)，效率非常低效率非常低。58中斷控制輸入中斷控制輸入/輸出輸出&I/OI/O設(shè)備開始設(shè)備開始工作后，工作后，CPUCPU轉(zhuǎn)向其它工作，轉(zhuǎn)向其它工作，I/OI/O完成后，完成后，通知通知(中斷中斷)CPU)CPU。59直接存儲器直接存儲器(DMA)控制輸入控制輸入/輸出輸出&程序控制輸入輸出和中斷控制輸入輸出，對于每程序控制輸入輸出和中斷控制輸入輸出，對于每個字，個字，在在I/OI/O設(shè)備和設(shè)備和CPUCPU之間傳輸數(shù)據(jù)，之間傳輸數(shù)據(jù)，輸出時數(shù)輸出時數(shù)據(jù)從內(nèi)存中讀取。據(jù)從內(nèi)存中讀取。&DMADMA方式適合方式適合高速高速I/OI/O設(shè)備設(shè)備(如磁盤如磁盤)和主存之間直和主存之間直接傳輸接傳輸大大量數(shù)據(jù)塊量數(shù)據(jù)塊(不需要通過不需要通過CPUCPU的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸)。由由DMADMA控制器控制器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。60直接存儲器直接存儲器(DMA)控制輸入控制輸入/輸出輸出61直接存儲器直接存儲器(DMA)控制輸入控制輸入/輸出輸出62本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)63CISC復(fù)雜指令集計算機(jī)復(fù)雜指令集計算機(jī)&CISCCISC體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略是使用大量的指令，包體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略是使用大量的指令，包括復(fù)雜指令。括復(fù)雜指令。程序設(shè)計簡單，簡單或復(fù)雜任務(wù)都有對應(yīng)的指令；程序設(shè)計簡單，簡單或復(fù)雜任務(wù)都有對應(yīng)的指令；程序設(shè)計簡單，簡單或復(fù)雜任務(wù)都有對應(yīng)的指令；程序設(shè)計簡單，簡單或復(fù)雜任務(wù)都有對應(yīng)的指令；CPUCPU和控制電路復(fù)雜；和控制電路復(fù)雜；和控制電路復(fù)雜；和控制電路復(fù)雜；折中：折中：折中：折中：CPUCPU不直接執(zhí)行機(jī)器指令，只執(zhí)行微操作。復(fù)雜不直接執(zhí)行機(jī)器指令，只執(zhí)行微操作。復(fù)雜不直接執(zhí)行機(jī)器指令，只執(zhí)行微操作。復(fù)雜不直接執(zhí)行機(jī)器指令，只執(zhí)行微操作。復(fù)雜指令被轉(zhuǎn)化為一系列微操作然后由指令被轉(zhuǎn)化為一系列微操作然后由指令被轉(zhuǎn)化為一系列微操作然后由指令被轉(zhuǎn)化為一系列微操作然后由CPUCPU執(zhí)行。執(zhí)行。執(zhí)行。執(zhí)行。代表：代表：代表：代表：IntelIntel公司的奔騰系列公司的奔騰系列公司的奔騰系列公司的奔騰系列64RISC精簡指令集計算機(jī)精簡指令集計算機(jī)&RISCRISC體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略是使用少量的指令完成體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略是使用少量的指令完成最少的簡單操作。最少的簡單操作。復(fù)雜指令用簡單指令集模擬；復(fù)雜指令用簡單指令集模擬；復(fù)雜指令用簡單指令集模擬；復(fù)雜指令用簡單指令集模擬；需要程序員付出更多的努需要程序員付出更多的努需要程序員付出更多的努需要程序員付出更多的努力；力；力；力；CPUCPU和控制電路簡單和控制電路簡單和控制電路簡單和控制電路簡單。65流水線流水線&每條指令經(jīng)歷取指令、譯碼、執(zhí)行三個階段每條指令經(jīng)歷取指令、譯碼、執(zhí)行三個階段 早期計算機(jī)的三個階段串行執(zhí)行，一條指令的三個階段早期計算機(jī)的三個階段串行執(zhí)行，一條指令的三個階段早期計算機(jī)的三個階段串行執(zhí)行，一條指令的三個階段早期計算機(jī)的三個階段串行執(zhí)行，一條指令的三個階段完成后，才執(zhí)行下一條指令。完成后，才執(zhí)行下一條指令。完成后，才執(zhí)行下一條指令。完成后，才執(zhí)行下一條指令。&流水線流水線 一條指令完成取指令階段，進(jìn)入譯碼階段，下一條指令一條指令完成取指令階段，進(jìn)入譯碼階段，下一條指令一條指令完成取指令階段，進(jìn)入譯碼階段，下一條指令一條指令完成取指令階段，進(jìn)入譯碼階段，下一條指令即可開始取指令；即可開始取指令；即可開始取指令；即可開始取指令；通過流水線技術(shù)可以提高系統(tǒng)的通過流水線技術(shù)可以提高系統(tǒng)的通過流水線技術(shù)可以提高系統(tǒng)的通過流水線技術(shù)可以提高系統(tǒng)的吞吐量吞吐量吞吐量吞吐量（單位時間內(nèi)完（單位時間內(nèi)完（單位時間內(nèi)完（單位時間內(nèi)完成的指令總數(shù)）成的指令總數(shù)）成的指令總數(shù)）成的指令總數(shù)）問題：遇到轉(zhuǎn)移指令時，預(yù)取并執(zhí)行的指令將作廢。問題：遇到轉(zhuǎn)移指令時，預(yù)取并執(zhí)行的指令將作廢。問題：遇到轉(zhuǎn)移指令時，預(yù)取并執(zhí)行的指令將作廢。問題：遇到轉(zhuǎn)移指令時，預(yù)取并執(zhí)行的指令將作廢。66流水線流水線67并行處理并行處理&傳統(tǒng)計算機(jī)傳統(tǒng)計算機(jī) 單個控制單元、單個算術(shù)邏輯單元、單個內(nèi)存單個控制單元、單個算術(shù)邏輯單元、單個內(nèi)存單個控制單元、單個算術(shù)邏輯單元、單個內(nèi)存單個控制單元、單個算術(shù)邏輯單元、單個內(nèi)存&并行處理系統(tǒng)并行處理系統(tǒng) 多個控制單元、多個算術(shù)邏輯單元和多個內(nèi)存多個控制單元、多個算術(shù)邏輯單元和多個內(nèi)存多個控制單元、多個算術(shù)邏輯單元和多個內(nèi)存多個控制單元、多個算術(shù)邏輯單元和多個內(nèi)存 根據(jù)數(shù)據(jù)流和指令流，并行系統(tǒng)劃分為根據(jù)數(shù)據(jù)流和指令流，并行系統(tǒng)劃分為根據(jù)數(shù)據(jù)流和指令流，并行系統(tǒng)劃分為根據(jù)數(shù)據(jù)流和指令流，并行系統(tǒng)劃分為4 4類類類類68SISD單指令流單數(shù)據(jù)流單指令流單數(shù)據(jù)流&SISDSISD 一個控制單元，一個算術(shù)邏輯單元，一個控制單元，一個算術(shù)邏輯單元，一個控制單元，一個算術(shù)邏輯單元，一個控制單元，一個算術(shù)邏輯單元，1 1個內(nèi)存?zhèn)€內(nèi)存?zhèn)€內(nèi)存?zhèn)€內(nèi)存 指令順序執(zhí)行，每條指令可以存取數(shù)據(jù)流中的一個或多指令順序執(zhí)行，每條指令可以存取數(shù)據(jù)流中的一個或多指令順序執(zhí)行，每條指令可以存取數(shù)據(jù)流中的一個或多指令順序執(zhí)行，每條指令可以存取數(shù)據(jù)流中的一個或多個數(shù)據(jù)項。個數(shù)據(jù)項。個數(shù)據(jù)項。個數(shù)據(jù)項。69SIMD單指令流多數(shù)據(jù)流單指令流多數(shù)據(jù)流&SIMDSIMD 一個控制單元，多個算術(shù)邏輯單元，一個控制單元，多個算術(shù)邏輯單元，一個控制單元，多個算術(shù)邏輯單元，一個控制單元，多個算術(shù)邏輯單元，1 1個內(nèi)存?zhèn)€內(nèi)存?zhèn)€內(nèi)存?zhèn)€內(nèi)存 所有處理器單元從控制單元接收相同的指令，但處理不所有處理器單元從控制單元接收相同的指令，但處理不所有處理器單元從控制單元接收相同的指令，但處理不所有處理器單元從控制單元接收相同的指令，但處理不同的數(shù)據(jù)項。同的數(shù)據(jù)項。同的數(shù)據(jù)項。同的數(shù)據(jù)項。70MISD多指令流單數(shù)據(jù)流多指令流單數(shù)據(jù)流&MISDMISD 多個指令流的多個指令作用于相同的數(shù)據(jù)。多個指令流的多個指令作用于相同的數(shù)據(jù)。多個指令流的多個指令作用于相同的數(shù)據(jù)。多個指令流的多個指令作用于相同的數(shù)據(jù)。沒有真正實現(xiàn)過。沒有真正實現(xiàn)過。沒有真正實現(xiàn)過。沒有真正實現(xiàn)過。71MIMD多指令流多數(shù)據(jù)流多指令流多數(shù)據(jù)流&MIMDMIMD 多個指令流的指令作用于多個數(shù)據(jù)流。多個指令流的指令作用于多個數(shù)據(jù)流。多個指令流的指令作用于多個數(shù)據(jù)流。多個指令流的指令作用于多個數(shù)據(jù)流。同時執(zhí)行多個任務(wù)，真正意義上的并行處理。同時執(zhí)行多個任務(wù)，真正意義上的并行處理。同時執(zhí)行多個任務(wù)，真正意義上的并行處理。同時執(zhí)行多個任務(wù)，真正意義上的并行處理。72本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&中央處理單元中央處理單元&主存儲器主存儲器&輸入輸入/輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)&子系統(tǒng)的互連子系統(tǒng)的互連&程序執(zhí)行程序執(zhí)行&不同的體系結(jié)構(gòu)不同的體系結(jié)構(gòu)&簡單計算機(jī)簡單計算機(jī)73簡單計算機(jī)的組成簡單計算機(jī)的組成74簡單計算機(jī)的組成簡單計算機(jī)的組成&CPUCPU：數(shù)據(jù)寄存器、控制單元、算術(shù)邏輯單元：數(shù)據(jù)寄存器、控制單元、算術(shù)邏輯單元 1616個個個個1616位數(shù)據(jù)寄存器，地址為位數(shù)據(jù)寄存器，地址為位數(shù)據(jù)寄存器，地址為位數(shù)據(jù)寄存器，地址為0F0F。指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器IRIR，1616位位位位 程序計數(shù)器程序計數(shù)器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC，8 8位位位位&主存：主存：256256個個1616位（字長為位（字長為2 2個字節(jié)）存儲單元，個字節(jié)）存儲單元，地址地址00FF00FF 003F003F存儲指令存儲指令存儲指令存儲指令 40FD40FD存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)&輸入輸出子系統(tǒng)輸入輸出子系統(tǒng) 鍵盤和監(jiān)視器，統(tǒng)一編址，鍵盤為鍵盤和監(jiān)視器，統(tǒng)一編址，鍵盤為鍵盤和監(jiān)視器，統(tǒng)一編址，鍵盤為鍵盤和監(jiān)視器，統(tǒng)一編址，鍵盤為FEFE，監(jiān)視器，監(jiān)視器，監(jiān)視器，監(jiān)視器FFFF751、指令集、指令集&簡單計算機(jī)具備簡單計算機(jī)具備1616條指令，每個指令由操作碼和條指令，每個指令由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成操作數(shù)構(gòu)成 操作碼操作碼操作碼操作碼指明執(zhí)行的操作類型（用指明執(zhí)行的操作類型（用指明執(zhí)行的操作類型（用指明執(zhí)行的操作類型（用4 4位表示）位表示）位表示）位表示）操作數(shù)操作數(shù)操作數(shù)操作數(shù)按按按按4 4位劃分，包含操作數(shù)或操作數(shù)的地址（寄存位劃分，包含操作數(shù)或操作數(shù)的地址（寄存位劃分，包含操作數(shù)或操作數(shù)的地址（寄存位劃分，包含操作數(shù)或操作數(shù)的地址（寄存器地址、內(nèi)存地址、輸入輸出設(shè)備地址）器地址、內(nèi)存地址、輸入輸出設(shè)備地址）器地址、內(nèi)存地址、輸入輸出設(shè)備地址）器地址、內(nèi)存地址、輸入輸出設(shè)備地址）不是所有指令都需要不是所有指令都需要不是所有指令都需要不是所有指令都需要3 3個操作數(shù)，不需要的操作數(shù)填充個操作數(shù)，不需要的操作數(shù)填充個操作數(shù)，不需要的操作數(shù)填充個操作數(shù)，不需要的操作數(shù)填充為為為為0 076指令結(jié)構(gòu)指令結(jié)構(gòu)772、處理指令、處理指令&簡單計算機(jī)使用機(jī)器周期簡單計算機(jī)使用機(jī)器周期 取指令、譯碼和執(zhí)行取指令、譯碼和執(zhí)行取指令、譯碼和執(zhí)行取指令、譯碼和執(zhí)行&三個階段三個階段 取指令取指令取指令取指令：根據(jù)：根據(jù)：根據(jù)：根據(jù)PCPC（程序計數(shù)器）中的地址，從內(nèi)存中?。ǔ绦蛴嫈?shù)器）中的地址，從內(nèi)存中取（程序計數(shù)器）中的地址，從內(nèi)存中?。ǔ绦蛴嫈?shù)器）中的地址，從內(nèi)存中取指令，保存到指令，保存到指令，保存到指令，保存到IRIR（指令寄存器）中；（指令寄存器）中；（指令寄存器）中；（指令寄存器）中；PCPC加加加加1 1，指向下一，指向下一，指向下一，指向下一條指令。條指令。條指令。條指令。譯碼譯碼譯碼譯碼：IRIR中的指令被譯碼，所需的操作數(shù)從寄存器或內(nèi)中的指令被譯碼，所需的操作數(shù)從寄存器或內(nèi)中的指令被譯碼，所需的操作數(shù)從寄存器或內(nèi)中的指令被譯碼，所需的操作數(shù)從寄存器或內(nèi)存中取得存中取得存中取得存中取得 執(zhí)行執(zhí)行執(zhí)行執(zhí)行：指令被執(zhí)行，結(jié)果放入合適的內(nèi)存單元：指令被執(zhí)行，結(jié)果放入合適的內(nèi)存單元：指令被執(zhí)行，結(jié)果放入合適的內(nèi)存單元：指令被執(zhí)行，結(jié)果放入合適的內(nèi)存單元793、一個例子、一個例子&兩個整數(shù)相加：兩個整數(shù)相加：C=A+BC=A+B。假定整數(shù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式；假定假定整數(shù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式；假定假定整數(shù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式；假定假定整數(shù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式；假定AA和和和和B B存儲在單元存儲在單元存儲在單元存儲在單元(40)(40)1616和和和和(41)(41)1616單元，結(jié)果保存在單元，結(jié)果保存在單元，結(jié)果保存在單元，結(jié)果保存在(42)(42)1616單元單元單元單元 需要執(zhí)行下面的需要執(zhí)行下面的需要執(zhí)行下面的需要執(zhí)行下面的5 5條指令條指令條指令條指令80程序指令程序指令&假定程序從內(nèi)存單元假定程序從內(nèi)存單元(00)(00)1616開始存儲，開始存儲，&程序共占用程序共占用1010個字節(jié)的存儲空間。個字節(jié)的存儲空間。&示例計算：示例計算：161161254=415254=415，(00A1)(00A1)1616、(00FE)(00FE)1616、(019F)(019F)161681周期周期182周期周期283周期周期384周期周期485周期周期586