计算机系统结构教程(PPT)

计算机系统结构是计算机科学中的核心课程，它涵盖了计算机硬件和软件如何协同工作以执行任务的基础原理。本教程由华中科技大学计算机学院的林安主讲，旨在深入讲解计算机系统结构的相关知识，帮助学习者理解计算机的工作机制。教程分为多个章节，涵盖了从基本概念到具体实现的多个层面。 在第一章中，首先介绍了计算机系统结构的基本概念。计算机系统结构，英文名为Computer Architecture，是指计算机整机在硬软件统一条件下的设计技术，类似于建筑学中的建筑设计。在本课程中，它主要关注的是对硬件外部特性的理解和程序员（特别是低级语言程序员）所看到的机器特性。计算机系统结构的狭义定义包括了数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统、中断机构、机器工作状态、输入/输出子系统以及信息保护机制等多个方面。 接着，课程讲解了计算机系统的多级层次模型。这个模型展示了从专用应用到硬件底层的六级层次，从最顶层的专用应用语言机器到最底层的微指令语言机器。每一层都通过翻译和解释的过程，将上一层的语言转化为下一层可以理解和执行的形式，从而使得用户能以更抽象、更易用的方式与计算机交互。 此外，还提到了一些其他重要的名词概念，例如计算机组成（逻辑实现）、计算机实现（物理实现），以及计算机系统设计的三种主要方法：“由下往上”、“由上往下”和“由中间开始”。系列机指的是具有相同或相似体系结构的一系列计算机，兼容性则涉及不同系统之间能否共享软件资源。模拟和仿真用于在一台计算机上复制另一台计算机的行为，而虚拟机是在宿主机上运行的、具有完整系统功能的软件实现。并行性是指在解决问题时，不同操作可以在时间上重叠执行，提高效率。 冯·诺依曼（Von Neumann）型计算机结构是现代计算机的基础，它包括了五大组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中，存储程序的概念是核心，即程序和数据共同存储在内存中，由控制器按照指令顺序执行。 通过本教程的学习，学生将能够深入理解计算机系统内部的工作原理，掌握计算机性能评估的关键指标，并具备设计和分析计算机系统的能力。这对于成为专业的IT从业者或者进行相关领域的研究至关重要。