【正文】 (傳統(tǒng)機(jī)器級(jí) )L1：微程序機(jī)器級(jí)軟件硬 /固件 這一級(jí)的機(jī)器語言是各種高級(jí)語言 。 解釋：每當(dāng)一條 N+1級(jí)指令被譯碼后，就直接去執(zhí)行一串等效的 N級(jí)指令，然后再去取下一條N+1級(jí)的指令，依此重復(fù)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)：確定 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件的交界面，界面之上是軟件實(shí)現(xiàn)的功能，界面之下是硬件和固件實(shí)現(xiàn)的功能。 計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)n概念舉例216。多倍性：在系統(tǒng)最受限制的元件上同時(shí)處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個(gè)數(shù)。加速比＝系統(tǒng)性能 改進(jìn)后系統(tǒng)性能 改進(jìn)前總執(zhí)行時(shí)間 改進(jìn)前總執(zhí)行時(shí)間 改進(jìn)后 ＝ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理n 加速比的大小與兩個(gè)因素有關(guān)216。 例如：若系統(tǒng)改進(jìn)后，可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間是 2秒，而改進(jìn)前其執(zhí)行時(shí)間為 5秒，則部件加速比為 5/2。216。對(duì)于 CPUA， 執(zhí)行的指令中分支指令占 20%；由于每條分支指令之前都需要有比較指令，因此比較指令也占 20%。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理n 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)包括指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)表示的設(shè)計(jì)、功能的組織、邏輯設(shè)計(jì)以及其物理實(shí)現(xiàn)等。 數(shù)據(jù)處理中心的管理員關(guān)心的是：吞吐率（性能好意味著在單位時(shí)間里能夠完成的任務(wù)很多） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測n 假設(shè)兩臺(tái)計(jì)算機(jī) X和 Y， X比 Y快的意思是：對(duì)于給定的任務(wù)， X的執(zhí)行時(shí)間比 Y的執(zhí)行時(shí)間少。 吞吐率：單位時(shí)間內(nèi)所能完成的任務(wù)數(shù)?；鶞?zhǔn)測試程序n 早期測試方法中采用簡化的程序，如： (1) 核心測試程序 (2) 小測試程序 (3) 合成測試程序 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測指代碼為幾十行、具有一些特定目的的測試程序。 對(duì)同一種語言的程序都采用相同的一組編譯標(biāo)志。演化出了 4個(gè)版本： SPEC9 SPEC9 SPEC2022和 SPEC CPU2022。 SPECapc：用于測試圖形密集型應(yīng)用的性能。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測n 總執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行所有測試程序總時(shí)間216。 在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)同等對(duì)待。216。把一個(gè)作業(yè)（程序）劃分為多個(gè)能夠并行執(zhí)行的任務(wù)（程序段），把每個(gè)任務(wù)分配給一個(gè)處理機(jī)執(zhí)行。 復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（ CISC）216。 模擬與仿真216。216。216。 這個(gè)微程序是專門為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)指令集而設(shè)計(jì)的，稱為仿真微程序。 高級(jí)語言有多種，且不同計(jì)算機(jī)上的同一種語言也不是完全相同；216。 器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響n 應(yīng)用需求是促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的最根本的動(dòng)力。 同時(shí)性：兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生。n 指令級(jí)并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。通過重復(fù)設(shè)置硬件資源，大幅度地提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。 單機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展在單處理機(jī)中，資源重復(fù)原理的運(yùn)用也已經(jīng)十分普遍。n 松散耦合系統(tǒng)（間接耦合系統(tǒng)）：一般是通過通道或通信線路實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的互連，可以共享外存設(shè)備。216。 多機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展假定某計(jì)算機(jī)有以下測試結(jié)果： 浮點(diǎn)操作指令使用頻率為 25%； 浮點(diǎn)指令平均 CPI為 ； 其他操作指令平均 CPI為 ； 浮點(diǎn)平方根指令的使用頻率為 1%； 浮點(diǎn)平方根指令的 CPI為 20。具體數(shù)據(jù)如下表所示：（ 1）改進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？（ 2）各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（ 3） 4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少？操作類型程序中的數(shù)量（百萬條指令）改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間（周期）改進(jìn)后的執(zhí)行時(shí)間（周期）操作 1 10 2 1操作 2 30 20 15操作 3 35 10 3操作 4 15 4 1。試比較這兩種設(shè)計(jì)方案。 多機(jī)系統(tǒng)中并行性的發(fā)展機(jī)間互連216。表現(xiàn)為兩種形式： n 多臺(tái)計(jì)算機(jī)和共享的外存設(shè)備連接，不同機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)功能上的分工，處理結(jié)果以文件或數(shù)據(jù)集的形式送到共享外存設(shè)備，供其他機(jī)器繼續(xù)處理。n 陣列處理機(jī)（并行處理機(jī)）：設(shè)置許多相同的處理單元，讓它們在同一個(gè)控制器的指揮下，按照同一條指令的要求，對(duì)向量或數(shù)組的各元素同時(shí)進(jìn)行同一操作，就形成了陣列處理機(jī)。 提高并行性的技術(shù)途徑 在發(fā)展高性能單處理機(jī)過程中，起主導(dǎo)作用的是時(shí)間重疊原理。通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位。 并發(fā)性：兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。 不同的應(yīng)用對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了不同的要求，從而出現(xiàn)多種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 軟件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響n 器件是促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的最活躍因素。 除了仿真目標(biāo)機(jī)的指令集外，還要仿真目標(biāo)機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)、 I/O系統(tǒng)和控制臺(tái)操作。216。n 向后兼容是系列機(jī)的根本特征！n 兼容機(jī)：由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī) 。216。 多種靈活的尋址方式。諾依曼結(jié)構(gòu)及其改進(jìn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)（ 3）存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)的發(fā)展n 相聯(lián)存儲(chǔ)器與相聯(lián)處理機(jī)216。 馮 216。 C機(jī)執(zhí)行程序 1和程序 2的速度是 A機(jī)的 216。 A機(jī)的速度是 B機(jī)的 10倍216。 SPECSFS：用于 NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）文件服務(wù)器的測試程序。216?；鶞?zhǔn)測試程序n 早期測試方法中采用簡化的程序，如： (1) 核心測試程序 (2) 小測試程序 (3) 合成測試程序n 上述三種測試程序現(xiàn)在已經(jīng)不可信了。 兩個(gè)主要的吞吐率單位p MIPS（ Million instructions per second） 每秒百萬次指令其中： IC為指令總條數(shù)； TE為執(zhí)行 IC條指令所用時(shí)間； TC為時(shí)鐘周期時(shí)間； Rc為系統(tǒng)時(shí)鐘周期頻率。 計(jì)算機(jī)完成某一任務(wù)所花費(fèi)的全部時(shí)間，包括磁盤訪問、存儲(chǔ)器訪問、輸入 /輸出、操作系統(tǒng)開銷等。 確定用戶對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能、價(jià)格和性能的要求；216。問：哪一個(gè) CPU更快？如果 CPUB的時(shí)鐘周期時(shí)間只是 CPUA的 ，哪一個(gè) CPU更快呢？ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理程序的局部性原理n 程序的局部性原理：程序執(zhí)行時(shí)所訪問的存儲(chǔ)器地址分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)地簇聚。216。 改進(jìn)后系統(tǒng)總執(zhí)行時(shí)間為 Te則： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理系統(tǒng)加速比為改進(jìn)前與改進(jìn)后總執(zhí)行時(shí)間之比Sp