計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第1講-資料下載頁
2025-09-19 10:35本頁面
【導(dǎo)讀】“建筑學(xué)”、“建筑物的設(shè)計或式樣”，通常是指一個系統(tǒng)的外貌。使用者所看到的物理計算機的抽象。編寫出能夠在機器上正確運行的程序所。必須了解到的計算機的屬性。軟硬件功能分配及分界面的確定。建立計算機系統(tǒng)的完整概念。掌握新型計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其工。與其他課程的交叉。統(tǒng)、匯編語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、微機原理、高。向量處理機、并行處理機、多處理機等。軟件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成技術(shù)，兩頭發(fā)展快、非馮計算機正興起。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展時期已經(jīng)到來。課內(nèi)：48學(xué)時；課外：課內(nèi)外比例1:2；除完成作業(yè)外，還要多看參考書。子科技大學(xué)出版社,1991年。性可擴展性可編程性，清華大學(xué)出版社。第四章輸入輸出系統(tǒng)?？刂萍拇嫫骷皩Ｓ眉拇嫫鞯亩x、數(shù)量和。令間的排序和控制機制等；它們之間仍有交叉
【正文】 計 第 4代，由應(yīng)用、軟件、硬件和器件人員共同設(shè)計 將來：除器件設(shè)計之外，主要是軟件設(shè)計 邏輯設(shè)計方法改變 過去邏輯設(shè)計很重要，盡量節(jié)省每一個芯片，每一個門 目前的設(shè)計主要考慮：了解市場，盡量選擇通用芯片、標準芯片；結(jié)構(gòu)化設(shè)計，規(guī)整、易讀、易診斷 應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響 1. 應(yīng)用需求 今后 10年，需要專門為以下領(lǐng)域設(shè)計高效率的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 高結(jié)構(gòu)化的數(shù)值計算：氣象模型、流體流動、有限元分析。 非結(jié)構(gòu)化的數(shù)值計算：蒙特卡洛模擬、稀疏矩陣。 實時多因素問題：語音識別、圖象處理、計算機視覺。 大存儲器容量和輸入輸出密集的問題： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、事務(wù)處理系統(tǒng)。 圖形學(xué)和設(shè)計系統(tǒng)：計算機輔助設(shè)計。 人工智能：面向知識的系統(tǒng)、推理系統(tǒng)。 2. 三個時期 通用計算機： 主要是通用科學(xué)計算 專用計算機： 科學(xué)計算、事務(wù)處理、實時 控制 高性能通用機： 滿足多種需求 3. 兩個發(fā)展趨勢 維持價格不變，利用 VLSI技術(shù)等，提高性能 普通 PC微處理器芯片 2020元，但性能提高很快 性能基本不變，價格迅速下降 一般先推出 中間機型 ，然后分別向高端和低端兩個方向發(fā)展；例如： PentiumII，80486等 4. 三種設(shè)計思想 最高性能價格比： 商用機。主要發(fā)展方向 最高性能： 國家安全需要，科技發(fā)展需要 銀河 3… 最低價格： 家用學(xué)習(xí)機等 算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響 在多個層次上，算法影響著系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 快速乘法、除法、開平方等的實現(xiàn) Tomasulo算法提高指令級并行性 多線程系統(tǒng) 消除名字相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)的算法 有些應(yīng)用問題，如果算法上有突破，不需要高性能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而在普通的系統(tǒng)上就能得到解決。 許多算法還有改進的余地，通過算法的研究能夠大大提高系統(tǒng)的性能。 應(yīng)用程序設(shè)計者只有了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，才能設(shè)計出高效率的程序。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者應(yīng)該研究一類算法，設(shè)計一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使所有這類問題在此結(jié)構(gòu)上都能很好解決。 第一章 基本概念 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義 計算機系統(tǒng)的評價標準 計算機系統(tǒng)的設(shè)計方法 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 計算機系統(tǒng)的分類 計算機系統(tǒng)的分類 常見分類方法 1. 按大小劃分 種類： 巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機等。 劃分原則： 以性能為表征，按價格來劃分 存在問題： 劃分的標準是隨時間而變化 2. 按用途劃分 種類： 科學(xué)計算、事務(wù)處理、實時控制、工作站、服務(wù)器、家用計算機等。 劃分原則： 科學(xué)計算：浮點計算速度；事務(wù)處理：字符處理、十進制運算；實時控制：中斷響應(yīng)速度、 I/0能力；工作站：圖形處理能力 發(fā)展方向： 具備上述所有功能的通用處理機 3. 按數(shù)據(jù)類型劃分 種類： 定點機、浮點機、向量機、堆棧機等 4. 按處理機個數(shù)和種類劃分 種類： 單處理機、并行處理機、多處理機、分布處理機、關(guān)聯(lián)處理機、超標量處理機、超流水線處理機、 SMP（ 對稱多處理機）、 MPP（ 大規(guī)模并行處理機）、機群（ Cluster） 系統(tǒng)等 5. 按所使用的器件劃分 種類： 第一代 (Valve) 第二代 (Transitor) 第三代 (SSI和 MSI) 第四代 (LSI和 VLSI) 第五代 (智能計算機 )等 按并行度的分類方法 1. 佛林（ Flynn） 分類法 1966年由 提出 按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性特征對計算機系統(tǒng)進行分類 指令流： 機器執(zhí)行的指令序列 數(shù)據(jù)流： 由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸入數(shù)據(jù)和中間結(jié)果 多倍性 （ multiplicity） ： 在系統(tǒng)性能瓶頸部件上同時處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個數(shù) 四種類型 單指令流單數(shù)據(jù)流 SISD (Single Instruction Single Datastream)。 單 指 令 流 多 數(shù) 據(jù) 流 SIMD (Single Instruction Multiple Datastream)。 多指令流單數(shù)據(jù)流 MISD (Multiple Instruction Single Datastream)。 多指令流多數(shù)據(jù)流 MIMS (Multiple Instruction Multiple Datastream) SISD 典型單處理機 ， 包括： 單功能部件處理機： IBM1401， VAX11 多功能部件處理機： IBM360/91， 370/168，CDC6600 流水線處理機：標量流水線處理機 CU PU MM IS DS SISD SIMD： 并行處理機 、 陣列處理機 、 向量處理機 、相聯(lián)處理機 、 超標量處理機 、 超流水線處理機 、 ... 多個 PU按一定方式互連 ， 在同一個 CU控制下 ， 多各自的數(shù)據(jù)完成同一條指令規(guī)定的操作；從 CU看 ， 指令順序 （ 串行 ） 執(zhí)行 ， 從 PU看 ， 數(shù)據(jù)并行執(zhí)行 。 全并行： IILIAC IV、 PEPE、 STAR100、ASC、 CRAY 字并位串： STARAN、 MPP、 DAP PU MM IS DS1 SIMD CU PU PU DS2 DSn MM …… MISD 幾條指令對同一個數(shù)據(jù)進行不同處理 ，實際上不存在 MIMD 多處理機系統(tǒng) ， 包括： 緊密耦合： IBM308 IBM308 UNIVAC1100/80 松散耦合： D82 Cmmp、 CRAY2 MM DS MISD PU IS1 CU MM …… PU IS1 CU PU IS1 CU …… …… MM MIMD PU IS1 CU MM …… PU IS1 CU PU IS1 CU …… …… DS1 DS2 DSn Flynn分類法得到廣泛應(yīng)用 SIMD、 MIMD、 SPMD… 主要缺點： (1) 分類太粗：例如， 在 SIMD中包括有多種處理機 對流水線處理機的劃分不明確 標量流水線為 SISD， 向量流水線 為 SIMD (2) 根本問題是把兩個不同等級的功能 并列對待；通常，數(shù)據(jù)流受指令流 控制，從而造成 MISD不存在 (3) 非馮計算機的分類 ？ 其他新型計算機的分類 ？ 本 章 重 點 1. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義及研究對象 2. 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 3. 評價計算機系統(tǒng)的常用方法 4. 馮 諾依曼結(jié)構(gòu)及其發(fā)展 5. 透明性、系列機、兼容性、模擬與仿真等基本概念 6. 了解計算機系統(tǒng)的分類方法 練習(xí)題： 1 .10
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1