计算机组成与设计1

第一讲：

1 计算机的总体层次结构

硬件——>指令系统——>软件（系统软件（操作系统、汇编器、编译器），应用软件）

2 计算机程序执行过程

高级语言程序首先预处理，然后通过编译器生成汇编语言程序，汇编语言程序经过汇编器生成可重定位的目标文件，可重定位的目标文件通过链接器连接到一起形成可执行的目标文件。

第二讲：

3 冯诺依曼体系结构

输入设备、输出设备、控制器、运算器、存储器。

对于控制器依据指令来进一步控制其他操作；运算器通过指令，根据地址取数据，根据地址存数据；存储器，存放程序执行所需要的程序代码和数据。其中控制器与运算器（也称数据通路包括ALU和registers）又称处理器。

4 处理器的主要功能：执行程序。控制器：对指令进行译码，产生控制信息；数据通路：ALU用来执行算术运算和逻辑运算，registers用来存储临时的指令和数据。

5 层次化结构的存储器：

registers——>cache——>mm（主存）——>外存（磁盘）。其中cache和mm合称为内存。这种层次化的结构是为了加快计算机的工作效率。高速缓存用来存储当前用到的指令附近的指令；mm存储的范围更大一些。而程序一般就是放在磁盘中，调用不丢失。

6 输入输出系统

输入输出系统包括了输入输出设备和输入输出控制。 

7 操作系统

（1）操作系统的功能：为应用程序提供简单一致的机制来控制复杂的低级硬件设备；防止硬件被 失控的应用程序滥用。

（2）操作系统提供的基本抽象概念：

        1）进程：是对一个正在运行程序的抽象

        2）虚拟存储器：是对程序存储器的抽象，每个进程看到的是一致的存储器—虚拟地址空间

        3）文件：是对IO设备的抽象，系统中对所有的IO都是通过OS提供的系统函数调用来访问文件实现的。

（3）计算机系统提供了不同层次的抽象表示，隐藏实际实现的复杂性，对更高层面的开发者也更加友好。

（4）虚拟机是对整个计算机（包括操作系统、处理器和程序）的抽象。

（5）上下文切换：OS实现交替指令执行的机制称之为上下文切换，它是指把正在运行的进程换下，换一个新进程到处理器执行。上下文切换时，必须保存换下的进程的上下文，同时恢复所换进程的上下文。

第三讲：

8 计算机的体系结构

体系结构=指令集合+计算机组成

在设计具体计算机时，首先要考虑计算机的指令集，然后去实现每个指令的功能（计算机硬件）

9 计算机指令集

指令格式、操作码集合（指令的功能）、寻址方式（数据/指令的存取）、异常条件与处理。

10 计算机的组成

五大功能部件的能力和工作特性、互相连接的方式、部件之间的信息流动方式、部件之间的信息流动的控制逻辑和控制方法

为应用程序提供

简单一

致

的机制

来

控制

复杂

的低

级

硬

件设备

为应用程序提供

简单一

致

的机制

来

控制

复杂

的低

级

硬

件设备

为应用程序提供

简单一

致

的机制

来

控制

复杂

的低

级

硬

件设备