【正文】 分為 10，則表示該系統(tǒng)的相應(yīng)能力是參考機的 10倍。計算機系統(tǒng)性能是軟硬件有機結(jié)合的整體的綜合性能，而基準測試則是由若干個局部測試程序組成的，不能全面反映綜合性能，尤其是尚未解決如何檢測系統(tǒng)的瓶頸問題；再加上廠家大肆宣傳對其有利的測試結(jié)果，而掩蓋其缺點，因此對基準測試的結(jié)果也不能迷信。而在 Pentium微處理器中，使用了兩個容量各為 8KB的 L1 cache，一個用于代碼，一個用于數(shù)據(jù)。另外 PⅡ 采用了雙重獨立總線結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點不再重述。 Merced的編譯器 (將軟件開發(fā)者編寫的程序翻譯成機器語言 )除了把程序翻譯成 Merced的指令代碼外，還能分析程序，并提取不依賴于其他順序操作結(jié)果的指令構(gòu)成“獨立指令”等。 44 ③ 芯片組。其標準有 IDE、 EIDE以及新 IDE接口規(guī)范 Ultra DMA/33。 2. 便攜機 (筆記本 PC機 ) 將便攜機稱之為筆記本 PC機，是因為其外形像筆記本，一般表面面積相當于 A4紙大小，厚度在 3cm左右，重量約 3kg。 (3) 顯示器 采用薄型輕量的平面顯示器，而不用臺式機的 CRT顯示器。 56 (2) PDA的類型 由于應(yīng)用領(lǐng)域的不同，各種 PDA產(chǎn)品在性能上有較大差異，大致可分為以下四類： ① 筆式掌上機，有著與微機完全不同的使用對象，主要特點是強調(diào)筆輸入 (一般不帶鍵盤 )，配有良好的手寫體識別軟件，并內(nèi)置有字處理和電子表格軟件；有的還具有 Inter聯(lián)網(wǎng)功能。需要注意的是， PDA對無線通信網(wǎng)提出了更高的要求，因為無線通信網(wǎng)當初建立時，不是為數(shù)據(jù)通信設(shè)計的，在傳送語音時，短暫的傳輸中斷并不影響效果，而在傳送 Email、 Fax或數(shù)據(jù)文件時，則不允許。諸多功能需要通過硬件和軟件的配合才能實現(xiàn)，因而增加了用戶的使用難度。 ④ 直接與傳感器及執(zhí)行機構(gòu)相連接。 73 (2) 容錯技術(shù) 在很多軍用場合，對嵌入式計算機的可靠性要求很高。國際標準 (ISO 7816)規(guī)定卡上可以有8個觸點，并規(guī)定了卡的尺寸和觸點在卡上的位置。密碼通常用來驗證發(fā)行人或持卡人的身份 (必要時 )。 工作站系統(tǒng)的構(gòu)成： 中央處理器 CPU、主存儲器、總線系統(tǒng)、圖形子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口、輸入輸出子系統(tǒng)、大容量外設(shè)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。 86 服務(wù)器 在計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，服務(wù)器根據(jù)客戶機提出的服務(wù)請求，完成所需的計算和管理任務(wù)，客戶機接收到計算結(jié)果后，進一步進行后處理。 91 2. 多媒體軟件結(jié)構(gòu) (1) 多媒體設(shè)備驅(qū)動程序和音頻 /視頻壓縮與解壓縮軟件。將電視信號分成 RGB(紅綠藍 )或YUV。這種系統(tǒng)不具備多媒體演示節(jié)目的制作能力，但可播 CDROM上的節(jié)目，可用于家庭教育及一般訓練。超級標量處理機能與同一系列的原有機器保持指令兼容。向量數(shù)據(jù)是一個含有 N個元素的有序數(shù)組， N稱為“向量的長度”，向量中的每一個元素是一個標量，它可以是浮點數(shù)、定點數(shù)、邏輯值或字符。處理機之間的互連網(wǎng)絡(luò)通常用來在處理機同存儲器之間傳送信息。 122 圖 多處理機結(jié)構(gòu)框圖 123 具有局部存儲器的多處理機系統(tǒng)便于擴充，每個處理機模塊相對獨立。 (2) 交叉開關(guān) 交叉開關(guān) (crossbar switch)或看作是多總線結(jié)構(gòu)增加總線數(shù)量的極端情況，它使每個存儲器模塊都有一套總線同 p個處理機和 n個輸入輸出通道相連如圖。 對稱多處理機 SMP與 MMP的最主要差別反映在存儲空間的安排上。 120 圖 陣列處理機結(jié)構(gòu) 121 多處理機系統(tǒng) 1. 多指令流多數(shù)據(jù)流 (MIMD)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 在這種系統(tǒng)中有多臺處理機共享主存儲器。在有些系統(tǒng)中還采用了并行處理技術(shù)，提高了速度，但由于并行度并不高，所以提高的速度受到限制。 108 3. 超長指令字 (VLIW)處理機 VLIW是一種單指令流多操作碼多數(shù)據(jù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由編譯程序在編譯時，把多個能并行執(zhí)行的操作組合在一起，成為一條有多個操作段的超長指令，由這條超長指令控制 VLIW機中多個互相獨立工作的功能部件，每個操作段控制一個功能部件，相當于同時執(zhí)行多條指令。 102 圖 四種處理機的指令流水線 103 1. 超級標量 (superscalar)處理機 在超級標量處理機中，配置了多個功能部件和指令譯碼電路，采取了多條流水線，還有多個寄存器端口和總線，因此可以同時執(zhí)行多個操作，以并行處理來提高機器速度。因此，該系統(tǒng)配有功能較強的計算機和聲、文、圖信息齊備的外部設(shè)備，多媒體接口卡以及多媒體演示的制作工具等。 94 3. 具有多媒體處理功能的微處理器和 (或 )專用芯片 多媒體計算機需要快速實時完成視頻 /音頻信號的采集、壓縮和解壓縮、圖形、圖像和聲音處理以及信息的輸出，必須采用專門為之設(shè)計的芯片。 (2) 大容量主存和外存 (CDROM必備 )，支持音頻 /視頻數(shù)據(jù)的存儲和傳送。目前 100Mb/s的高速網(wǎng)絡(luò)已投入應(yīng)用，這對圖形、圖像和視頻信號在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)钠款i問題提供了解決方案。 81 （二）工作站和服務(wù)器 工作站 工作站是個人使用的臺式計算機系統(tǒng)，是一種具有高速數(shù)據(jù)處理能力、高性能的圖形處理系統(tǒng)。也就是說從讀寫器向卡供電開始，直到斷電為止所有操作都受 COS監(jiān)控。 E2PROM主要存放應(yīng)用數(shù)據(jù)。 2. 軍用嵌入式計算機 前面講到的嵌入式計算機特征以及有關(guān)嵌入式工業(yè)PC的描述同樣適用于軍用嵌入式計算機。 68 嵌入式計算機一般具有以下特征： ① 功能和結(jié)構(gòu)符合應(yīng)用系統(tǒng)的要求。但是家用電腦還不是家用電器。 59 ② 存儲器 由于受尺寸限制， PDA中沒有內(nèi)置軟盤或硬盤驅(qū)動器，所有的軟件和數(shù)據(jù)都存放在 RAM和 ROM中，因此容量有限。 ④ 以筆輸入為主，并逐步向語音輸入發(fā)展。例如將軟驅(qū)或光驅(qū)更換為硬盤或電池模塊等。 以上介紹的主機板主要適用于臺式 PC機。隨著人們對 PC機的圖形處理能力的要求提高，使得 PCI顯示卡難以滿足， 33MHz的顯示總線頻率已經(jīng)限制了多媒體 PC機性能。Slot 1是 Intel為 PⅡ 所設(shè)計的插槽形式。他們用顯性并行指令計算 (explicitly parallel instruction puting,簡稱 EPIC)來描述 Merced的設(shè)計原理，這種設(shè)計使單個 Merced能夠起到一群處理器的角色，有可能同時處理十幾個運算操作。指令預取，對多分支指令進行預測，按優(yōu)化順序執(zhí)行指令，提高了處理速度。 (3) 數(shù)據(jù)總線寬度 表 送數(shù)據(jù)的總線寬度，外部數(shù)據(jù)寬度是指處理器與內(nèi)存 (或 I/O接口 )之間交換數(shù)據(jù)的寬度。 23 (5) 行業(yè)基準測試 國內(nèi)外一些重要行業(yè)，如核能、航天、氣象、石油行業(yè)等，深感通用基準測試程序的不足，他們根據(jù)自己行業(yè)應(yīng)用的特點而開發(fā)了一批基準測試程序，其成功者，再逐步推廣到其他行業(yè)，成為公共的基準測試程序。 SPEC 95重點測試計算機的處理器、存儲結(jié)構(gòu)和編譯器的性能，對 I/O、網(wǎng)絡(luò)和圖形部件的測試未加考慮。通常將 VAX11／ 780 的運算速度定為 1 MIPS。互操作性是指不同廠家在不同平臺上開發(fā)的多種應(yīng)用軟件具有共享數(shù)據(jù)和協(xié)同工作的能力。每臺處理器執(zhí)行各自的指令，存取各自的數(shù)據(jù) (各不相同 )。其中指令流是機器執(zhí)行的指令序列，數(shù)據(jù)流是由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列。 (3) CPU 和輸入輸出設(shè)備并行工作，以減少 CPU 等待和空閑時間。 早期的計算機速度是通過計算得來的，當時根據(jù)各類指令的執(zhí)行頻率按一定的比例估算，得到平均運算速度。 Whetstone 基準測試程序主要由執(zhí)行浮點運算、整數(shù)算術(shù)運算、功能調(diào)用、數(shù)組變址、條件轉(zhuǎn)移和超越函數(shù)的程序組成。 20 SPEC 95的主流版本是用于 UNIX操作系統(tǒng)的版本。另外有些重要性能，如系統(tǒng)的可靠性、可用性和可維護性很難測試。 30 Pentium Pro進一步將 CPU和 L2 cache封裝在一起 (容量為 256KB或 512KB)，并且讓 L2 cache通過專用總線 (64位寬 )以主頻速度與微處理器中的 CPU進行通信 (圖 )，提高了微處理器性能，并解決了外部數(shù)據(jù)總線 (系統(tǒng)總線 )帶寬受限的瓶頸問題。 35 PⅡ 采用 Slot 2技術(shù)，將 L2 cache由 512KB提高到 2MB，并適用于 8處理器多重處理，采用Slot 1技術(shù)的 PⅡ 只支持雙處理器多重處理。這些指令可以按任意次序運行，并且可以讓芯片任何可用的部分執(zhí)行。芯片組是主板的關(guān)鍵部件，由一組 (例如2個 )超大規(guī)模集成電路芯片構(gòu)成，它被固定在主板上，不能像 CPU、內(nèi)存條等那樣容易更換 (升級 )，而正是由它控制和協(xié)調(diào)整個計算機系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。 Ultra DMA/33將數(shù)據(jù)傳輸率提高到 33MB/s。其 CPU和臺式機一樣，從 80286升到 80486， Pentium再升到 PⅡ 。 53 (4) 外設(shè)接口 (PCMCIA) PC機必備的串口和并口已做在主板上，在機箱后部有插座引出。 ② 掌上 PC機，是微縮的便攜式計算機，它的特點是與微型機兼容，以鍵盤作為主要輸入設(shè)備 (或兼有筆輸入 )，以 DOS作為操作系統(tǒng)，或以 Windows CE(consultor electronics)作為操作系統(tǒng)。另外，無線通信網(wǎng)種類很多，缺乏標準、傳輸率低、服務(wù)的覆蓋范圍有限，這些缺點還有待于克服。 65 嵌入式計算機（工業(yè) PC和軍用計算機） 嵌入式計算機是嵌入應(yīng)用系統(tǒng)中的計算機。 ⑤ 硬件一般用單片機或單板機；在軟件方面，因程序固定，往往被固化在機內(nèi)，人機界面簡單。例如，衛(wèi)星要在太空連續(xù)運行數(shù)月或數(shù)年，運行環(huán)境非常嚴酷，運行期間又不能進行維護。一般只用其中的 5個觸點，分別為電壓、地、Reset(復位 )、 Clk(時鐘 )和 I/O端口， ISO 7816標準對電信號及傳輸特性作出了明確的規(guī)定。 79 綠色計算機 人類賴以生存的環(huán)境受到嚴重污染，為滿足環(huán)保要求而設(shè)計和生產(chǎn)的計算機稱為綠色計算機。 82 1. 中央處理器 CPU 早期的工作站采用 CISC作為 CPU。在這種系統(tǒng)中，一臺服務(wù)器要面向多個客戶的服務(wù)請求。多媒體驅(qū)動程序完成多媒體設(shè)備的初始化、設(shè)備的打開和關(guān)閉等操作。 Y是亮度信號， U， V是色差信號。 家用多媒體播放系統(tǒng)通常配備 CDROM，并采用電視機輸出。 1989年，在 Tandem 公司發(fā)表的 Cyclone 高可靠計算機系統(tǒng)中，開始采用超級標量技術(shù)。因此，向量處理機是一種具有向量數(shù)據(jù)表示，并設(shè)置相應(yīng)的硬件能對向量的各個元素進行并行處理的處理機。 (3) 數(shù)據(jù)流計算機。由于有了局部存儲器，因此減少了主存訪問的沖突。 131 圖 交叉開關(guān) 132 (3) 多端口存儲器結(jié)構(gòu) 每個存儲器模塊有多個端口，每個處理機和輸入輸出模塊都分別接到一個端口上，因而它們都可以獨立地直接訪問存儲器。 MPP的結(jié)構(gòu)如圖 。 根據(jù)存儲器的不同組成形式，有分布存儲器與共享存儲器兩種陣列處理機結(jié)構(gòu)，分別如圖 (a)和圖(b)所示。 圖 帶向量協(xié)處理器的計算機系統(tǒng) 116 （二）陣列處理機和多處理機系統(tǒng) 在本章前面幾節(jié)中講到的計算機系統(tǒng)均屬于 SISD系統(tǒng)。超級流水線結(jié)構(gòu)的 CPU很少。超級流水線以增加流水線級數(shù)的方法來縮短機器周期，圖 種處理機的指令流水線，其中 (a)為早期 RISC機的指令流水線，其余三種流水線分別介紹如下 (假設(shè)采用取指、譯碼、執(zhí)行、寫回四級流水線 )。 開發(fā)系統(tǒng)具有多媒體應(yīng)用軟件的開發(fā)和制作能力，以及播放功能。光纖通信的發(fā)展解決了通信介質(zhì)問題，今后滿足不同特點的綜合多媒體信息的網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)將成為通信的關(guān)鍵技術(shù)。 圖 多媒體計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 90 1. 多媒體硬件組成 (1) 功能強、速度快的 CPU和專用的集成電路芯片。 84 4. 網(wǎng)絡(luò)接口 工作站一般提供傳輸率為 10Mb/s的局域網(wǎng) (以太網(wǎng) )接口。 各國相繼制定或正在制定綠色計算機的產(chǎn)品標準。讀寫器發(fā)送來的命令，也是經(jīng)過 COS的分析后執(zhí)行的。 RAM主要存放卡操作過程中的一些中間數(shù)據(jù)。 (8) 采用容錯技術(shù) (見 )。嵌入式系統(tǒng)所服務(wù)的對象往往需要實時控制。由于其使用對象不是專業(yè)人員，因此還要求操作簡易。 由于 PDA推出于 20世紀 90年代，當時 RISC結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)，因此有的公司推出的 MPU采用 RISC結(jié)構(gòu)，有的仍采用 CISC結(jié)構(gòu)。 PDA可外接或內(nèi)置 modem(調(diào)制解調(diào)器 )，通過有線或無線方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。于是將“全內(nèi)置”和“模塊化”結(jié)合起來，全內(nèi)置指的是將 CPU、內(nèi)存盤控、串 /并接口、顯示適配器和 Mod