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计算机系统的层次结构

一, 计算机系统的层次结构的定义

计算机的一个赢软件组成的综合体.
因为面对的应用范围越来越广, 所以必须有复杂的系统软件和硬件的支持.
软/硬件的设计者和使用者从不同的角度, 不同的语言来对待同一个计算机系统, 因此他们看到的计算机系统的属性对计算机系统提出的要求也就各不相同.
计算机系统的多级层次结构的作用, 就是针对上述情况, 根据从各种角度所看到的机器之间的有机联系, 来分清彼此之间的界面, 明确各自功能, 以便构成合理, 高效的计算机系统.
关于计算机系统层次结构的分层方式, 目前尚无统一的标准, 这里采用"王道"的多级层次结构.

二, 计算机系统的层次结构的定义(图解)

三, CPU可以理解和直接执行的指令类型

第一级是微程序机器层

这是一个实在的硬件层, 它由机器硬件直接执行微指令.

第二级是传统机器语言层

它也是一个实际的机器层, 由微程序解释机器指令系统.

第三级是操作系统层

它由操作系统程序实现.
操作系统程序是由机器指令和广义指令组成的, 这些广义指令是为了扩展机器功能而设置的, 是由操作系统定义和解释的软件指令, 所以这一层也称混合层.

第四级是汇编语言层

这一层由汇编程序支持和执行, 借此可编写汇编语言源程序.

第五级是高级语言层

它是面向用户的, 是为方便用户编写应用程序而设置的.
该层由各种高级语言编译程序支持和执行.

在高级语言之上

还可以有应用程序层, 它由解决实际问题的处理程序组成, 如文字处理软件, 多媒体处理软件和办公自动化软件等.

裸机

没有配备软件的纯硬件系统称裸机

虚拟机

第三层~第五层 称为虚拟机器, 简单来说就是软件实现的机器.
(虚拟机器只对该层的观察者存在, 这里的分层和计算机网络的分层类似, 对于某层观察者来说, 其只能通过该层的语言来了解和使用计算机, 而不必关心下层是如何工作的.)

层次之间的关系紧密, 下层是上层的基础, 上层是下层的扩展.

指令集体系结构(ISA)

软件和硬件之间的界面就是指令集体系结构(ISA), ISA定义了一台计算机可以执行的所有的指令集合, 每条指令规定了计算机执行什么操作, 以及所处理的操作数存放的地址空间和操作数类型.
可以看出, ISA是指软件能感知到的部分, 也称软件可见部分.

四, 注意

1), 计算机组成原理主要讨论传统机器M1和微程序机器M0的组成原理及设计思想.
2), 计算机体系结构vs计算机组成原理

五, 总结

• Q1, 计算机的层次机构

  • M4, 高级语言机器(执行高级语言)

  • M3, 汇编语言机器(执行汇编语言)

  • M2, 操作系统机器(向上提供广义指令)

  • M1, 传统机器(执行机器语言指令)

  • M0, 微程序机器(执行微指令)