【正文】 LcOfRjUmYp!samp。wz1C4G7JbMePhT kWnZr $u(x+ A2E5H 8KcNf RiUlXps%v)y0C3F6I aLdOgSjVmYq!t*wz1D4G7JbMeQ hT kW oZr$u(x+B2E5H9Kc NfRiUmXpsamp。w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x A2D5G8KbN fQiTlX or%v(y0B3E 6I9LcO gRjVmYp!tamp。v)z0C3F7I aLdPgSkVnYq$t*wA 1D4G8JbNeQ hTlWoZr%u(y+B2E6H9Kc OfRjUmXp!samp。w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXos%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!tamp。w)z0C4F7Ia MdPgSkVnZq$t*xA1D5G8KbNeQiTlWor%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!samp。v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*wA1D4G8JbMeQhTlWoZ r%u(x+ B2E5H 9KcOf RiUmXpsamp。wz1C4G 7JaMePhT kW nZr$u*x+A2E 5H8Kc NfQiUlXps% v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!tamp。w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*xA2D5G8KbNeQiTlXor%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!tamp。v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq!t*wA1D4G8JbMeQhTlWoZ r%u(x+B2E6H9KcO fRiUmXp!samp。w)z1C4F7Ja MePhSkWnZq$u*x+ A2D5H 8KbNf QiUlXos%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!tamp。v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x A1D5G8JbNe QiTlW or%u(y+B3E 6H9Lc OfRjUmYp!samp。wz1C4G 7JbMePhT kW nZr$u( x+A2E 5H8Kc NfRiUlXps% v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w z1D4G8JbMeQhT kWoZr% u(x+B2E5H9KcOfRiUmXpsamp。w)z1C4F7JaMdPhSkW nZq$u*xA2D5H8KbNfQiTlXor%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!tamp。v)z0C3F7Ia LdPgSkVnYq$t*wA1D5G8JbNeQhTlWoZ r%u(y+B2E6H9KcOf RjUmXp!samp。wz1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A 2D5H8KcNf QiUlXos%v)y0B3F6I 9LdOgSjVmYq!tamp。w)z0C4F7IaMdPhSkV nZq$t*xA2D 5G8KbNeQiTlXor% v(y+B3E6H9L cOgRjUmYp!samp。v)y0C3F6IaL dPgSjVnYq!t*wA1D 4G8JbMeQhT lWoZr %u(x+ B2E6H9KcOfRiUmXp!samp。 ?程序固有并行性不足，導(dǎo)致并行計算機很難達到理想的加速比 ?處理器之間通信代價高（即延時長），同樣將導(dǎo)致加速比下降 六、我國計算機體系結(jié)構(gòu)研究進展 ?過去重視多處理器并行計算機，即高性能計算機的研制，如銀河系列超級計算機，以及不對外公布的軍用超級計算機，曙光 4000服務(wù)器運行速度已達千億次 /秒 ?前不久對外宣布的 “ 龍芯 ” 研制成功的消息表明我國有能力研制高性能微處理器。 ?此類計算機要求互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬較高，通常采用交換機或多維網(wǎng)格實現(xiàn)處理器之間的直接互連。 ?局部性原理告訴我們：可以根據(jù)程序最近訪問的數(shù)據(jù)和指令來預(yù)測程序?qū)⒁{(diào)用的數(shù)據(jù)和指令 ， 且這一預(yù)測正確度是比較高的 。 ?問： 小容量的 Cache能否滿足程序存取指令和數(shù)據(jù)的需求 ？ ?答案： ?計算機設(shè)計定量原理中有一條局部性原理告訴我們： 程序總是傾向于重用那些剛剛用過的數(shù)據(jù)和指令 ， 這是計算機程序非常重要的性質(zhì) 。 解決辦法 ?在高速 CPU與低速 Memory之間引入一個小容量的高速緩沖存儲器（ Cache），Cache速度與 CPU速度之差（不足 1個數(shù)量級）遠遠小于 CPU與 DRAM速度差（ 3個數(shù)量級～ 4個數(shù)量級），通過將存儲器分級的方法來緩解這一巨大的速度差，提高計算機的性能。 ?超標量處理器的特殊困難 ?發(fā)射邏輯復(fù)雜且高速 ?動態(tài)調(diào)度硬件極其復(fù)雜 ?超長指令字處理器的特殊困難 ? 對編譯器的要求高 ? VLIW系列機二進制代碼兼容困難 四、 Cache技術(shù) ? Cache— 一種小容量的高速緩沖存儲器 ? Cache 在計算機中的位置 為什么要引入 Cache？ ? 首先看一下 CPU芯片速度與內(nèi)存儲器 DRAM芯片速度的差別有多大 CPU與 DRAM速度差意味著什么？ ?說明單純地改善 CPU的設(shè)計，一味追求提高 CPU的速度，并不能提高計算機整機的性能，因為高速 CPU的性能被低速的存儲器訪問所抵銷。 ? 采用靜態(tài)調(diào)度（ piler完成）和 /或動態(tài)調(diào)度（硬件完成）方法確定可同時發(fā)射的指令 3．超長指令字處理器（ VLIW） ?VLIW處理器特點 ?一次發(fā)射一條超長指令，其中包含 多個操作 ，而不像超標量處理器那樣一次發(fā)射多條指令 ?在超長指令當中多個操作按規(guī)定搭配順序排列，即指令類型不能任意搭配，操作順序不能任意顛倒 VLIW究竟有多長？ ? 以一個擁有多個功能單元的 VLIW處理器為例： ? 設(shè) 7個功能單元可支持： 2個整數(shù)操作 、 2個 FP操作 、 2個存儲器訪問操作和 1個轉(zhuǎn)移操作 ， 這樣這條含 7個操作的 VLIW的功能相當于 7條指令 ， 為支持每一功能單元正常工作 ， 應(yīng)分配每一功能單元相應(yīng)的數(shù)據(jù)域；一般每個數(shù)據(jù)域為16～ 24位 ? 這一 VLIW長度為： 16 bits 7 = 112 bits 或為 : 24 bits 7 = 168 bits ? 比較：一個擁有 7個功能單元的超標量處理器，一次發(fā)射 7條指令，總長度為 32 bits 7=224 bits ?超長指令字的組裝由編譯器完成，即由編譯器作靜態(tài)調(diào)度，選擇無相關(guān)性指令按搭配順序填入超長指令字 ?為充分發(fā)揮 VLIW處理器功能單元的作用，必須要有足夠多的可并行執(zhí)行指令提供給 VLIW，編譯器必須采用功能更強的全局調(diào)度技術(shù) 4．多發(fā)射處理器的技術(shù)難點 ?程序固有指令級并行性有限 是多發(fā)射處理器的本質(zhì)困難，需要的可并行執(zhí)行的指令數(shù)大致等于功能單元數(shù)乘以流水線級數(shù)。 4， p10 計算機設(shè)計技術(shù)人員的任務(wù) ?明確具體的功能要求，因為來自市場的功能要求往往是不明確的 ?明確最主要的任務(wù)是什么，最主要的功能往往是使用最頻繁的部件，做好了最主要部件的設(shè)計對提高性能影響最大。 ?用定量方法進行計算機設(shè)計 ?用定量方法作為工具分析程序?qū)嶋H運行結(jié)果、各類實驗和仿真 ?用定量方法尋找計算機體系結(jié)構(gòu)的新思路、新技術(shù)，保證計算機性能繼續(xù)按現(xiàn)在速率提高 計算機的分類 ? 傳統(tǒng)的計算機分類： ? 大型機、小型機、巨型機（成熟超級計算機） ? 按機器規(guī)模指令（字長，內(nèi)外存儲器容量，速度等指標），價格等指標進行分類（ PC）機、工作站，服務(wù)器 ? 1980年代產(chǎn)生了新的機型： ? 個人（ PC）機、工作站、服務(wù)器 ? 主要按用途來分類 ? 1990年代產(chǎn)生了 嵌入式系統(tǒng) ： ? 高性能家電、機頂盒、電子游戲機、手機、網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機等 ? 這里微處理器成為設(shè)備的一個組件，如馬達所起的作用，主要不是作計算用 ?計算機的新分類 ?臺式機 ?服務(wù)器 ?嵌入式計算機 它們分別面向不同應(yīng)用，具有不同要求，采用不同技術(shù) 臺式機、服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)特征對比 計算機設(shè)計的任務(wù) ?計算機設(shè)計目標： ? 應(yīng)滿足市場對功能的要求，同時也應(yīng)滿足成本， 功耗 和性能的目標 計算機設(shè)計任務(wù) ? 指令集設(shè)計 —— 這是傳統(tǒng)計算機體系結(jié)構(gòu)的任務(wù)，即程序員面對的（看得見的）指令系統(tǒng)的設(shè)計 ? 計算機組織設(shè)計 —— 存儲器設(shè)計， CPU設(shè)計， I/O總線結(jié)構(gòu)設(shè)計等高層內(nèi)容，同一個指令集可以對應(yīng)不同組織設(shè)計 ? 硬件設(shè)計 —— 芯片的邏輯設(shè)計、封裝、冷卻。 計算機性能高速發(fā)展及其原因 ? 1946年第一臺通用電子計算機 ENIAS誕生至今僅 56年 —— 每秒 5000次運算加法 ? 計算機技術(shù)以驚人速度發(fā)展，并將繼續(xù)高速發(fā)展 ? 1980年百萬美元機器的性能比不上今年 1千美元的機器 ? 今天最高性能的微處理器超過 10年前的超級計算機 ? 如用于高端網(wǎng)絡(luò)交換機和最新電