[工學]1計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本知識-文庫吧資料
2025-01-25 10:33本頁面
【正文】 。n 基準測試程序的最佳選擇是真實應(yīng)用程序?；鶞蕼y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?；鶞蕼y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 計算機系統(tǒng)的性能評測指代碼為幾十行、具有一些特定目的的測試程序。 兩個主要的吞吐率單位p MFLOPS（ Million floating point operations per second） 每秒百萬次浮點運算其中： ICF為浮點運算總次數(shù)； TE為完成 ICF次浮點運算所需時間。 吞吐率：單位時間內(nèi)所能完成的任務(wù)數(shù)。 兩個主要的吞吐率單位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條指令所用時間； TC為時鐘周期時間； Rc為系統(tǒng)時鐘周期頻率。 吞吐率：單位時間內(nèi)所能完成的任務(wù)數(shù)。p 系統(tǒng) CPU時間：用戶程序運行期間操作系統(tǒng)耗費的 CPU時間。 CPU時間： CPU執(zhí)行所給定的程序所花費的時間，不包含 I/O等待時間以及運行其他程序的時間。 計算機完成某一任務(wù)所花費的全部時間，包括磁盤訪問、存儲器訪問、輸入 /輸出、操作系統(tǒng)開銷等。 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間里能夠完成的任務(wù)很多） 計算機系統(tǒng)的性能評測n 假設(shè)兩臺計算機 X和 Y， X比 Y快的意思是：對于給定的任務(wù)， X的執(zhí)行時間比 Y的執(zhí)行時間少。216。 設(shè)計出生命周期長的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 確定用戶對計算機系統(tǒng)的功能、價格和性能的要求；216。 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理n 計算機系統(tǒng)設(shè)計者的主要任務(wù)包括指令系統(tǒng)的設(shè)計、數(shù)據(jù)表示的設(shè)計、功能的組織、邏輯設(shè)計以及其物理實現(xiàn)等。216。n 局部性包括時間局部性和空間局部性216。問：哪一個 CPU更快？如果 CPUB的時鐘周期時間只是 CPUA的 ，哪一個 CPU更快呢？ 計算機系統(tǒng)設(shè)計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)行時所訪問的存儲器地址分布不是隨機的，而是相對地簇聚。對于 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%。 2） CPUB： 在分支指令中包括比較過程。n 對 CPU性能公式進行進一步細化 假設(shè)：計算機系統(tǒng)有 n種指令； CPIi： 第 i種指令的處理時間； ICi ： 在程序中第 i種指令出現(xiàn)的次數(shù)；則 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理于是 CPU性能公式為 :CPI可以表示為其中， (ICi/IC)反映了第 i種指令在程序中所占的比例。216。216。n 每條指令執(zhí)行的平均時鐘周期數(shù) CPI CPI = 執(zhí)行程序所需的時鐘周期數(shù)／ IC 其中， IC是所執(zhí)行的指令條數(shù)n 程序執(zhí)行的 CPU時間可以寫成 CPU時間 = IC CPI 時鐘周期時間 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理n CPU的性能取決于 3個參數(shù)216。 n推論： 如果只針對整個任務(wù)的一部分進行優(yōu)化，那么所獲得的加速比不大于 1/(1fe)。 改進后系統(tǒng)總執(zhí)行時間為 Te則： 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理系統(tǒng)加速比為改進前與改進后總執(zhí)行時間之比Sp ＝ToTe＝（ 1－ fe） + fere1 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理例 1 將計算機系統(tǒng)中某一功能的處理速度提高到原來的 20倍，但該功能的處理時間僅占整個系統(tǒng)運行時間的 40%，則采用此提高性能的方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？（ ） 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理例 2 某計算機系統(tǒng)采用浮點運算部件后，使浮點運算速度提高到原來的 20倍，而系統(tǒng)運行某一程序的整體性能提高到原來的 5倍，試計算該程序中浮點操作所占的比例。 例如：若系統(tǒng)改進后，可改進部分的執(zhí)行時間是 2秒，而改進前其執(zhí)行時間為 5秒，則部件加速比為 5/2。它是改進前所需的執(zhí)行時間與改進后執(zhí)行時間的比。 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理n 加速比的大小與兩個因素有關(guān)216。它總是小于等于 1。加速比＝系統(tǒng)性能 改進后系統(tǒng)性能 改進前總執(zhí)行時間 改進前總執(zhí)行時間 改進后 ＝ 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理n 加速比的大小與兩個因素有關(guān)216。n 優(yōu)化是指分配更多的資源、達到更高的性能或 者分配更多的電能等。一般并行計算機大多采用這種結(jié)構(gòu)。單指令流多數(shù)據(jù)流 SIMDn 多個處理器，對同一數(shù)據(jù)流進行處理n MISD只是一種認為的劃分，目前沒有實際的機器。多倍性：在系統(tǒng)最受限制的元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)。 按馮氏分類法可得出四類不同處理方法的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ： n 字串位串 WSBSn 字并位串 WPBS n 字串位并 WSBP n 字并位并 WPBP 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類二、 Flynn分類法 — 按 “流 ”分類指令流：機器執(zhí)行的指令序列。 計算機組成和計算機實現(xiàn)一、馮氏分類法用系統(tǒng)的最大并行度對計算機進行分類。 乘法指令是用乘法器實現(xiàn)還是用加法器經(jīng)多步操作來實現(xiàn)屬于計算機組成；216。 計算機組成和計算機實現(xiàn)n概念舉例216。n 一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成；n 一種組成可以有多種物理實現(xiàn)。n 著眼于：器件技術(shù)（起主導作用）、微組裝技術(shù)。n 著眼于：物理機器級內(nèi)各事件的排序方式與控制方式、各部件的功能以及各部件之間的聯(lián)系。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實質(zhì)：確定 計算機系統(tǒng)中軟硬件的交界面，界面之上是軟件實現(xiàn)的功能，界面之下是硬件和固件實現(xiàn)的功能。 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義透明性：在計算機技術(shù)中，對這種本來是存在的事物或?qū)傩?，但從某種角度看又好象不存在的概念稱為透明性。 （ 2）不同計算機系統(tǒng)從傳統(tǒng)機器級或匯編語言程序員角度看，具有不同屬性，但從高級語言程序員角度看，幾乎沒差別，例如 C語言程序員。 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念的提出n 6
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