【正文】 n 加權(quán)執(zhí)行時間：各測試程序執(zhí)行時間的加權(quán)平均值其中， Wi：第 i個測試程序在測試程序組中所占的比重 Ti： 該程序的執(zhí)行時間 計算機系統(tǒng)的性能評測 馮 諾依曼結(jié)構(gòu)的主要特點216。216。指令和數(shù)據(jù)一樣可以進行運算，即由指令組成的程序是可以修改的。 存儲器是按地址訪問、按順序線性編址的一維結(jié)構(gòu)，每個單元的位數(shù)是固定的。 指令的執(zhí)行是順序的。 指令由操作碼和地址碼組成。 指令和數(shù)據(jù)均以二進制編碼表示，采用二進制運算。諾依曼結(jié)構(gòu)及其改進在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的改進（ 1）對輸入 /輸出方式的改進 以運算器為中心帶來了慢速的 I/O占用快速的運算器問題，為此人們提出各種 I/O方式。諾依曼結(jié)構(gòu)及其改進在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的改進（ 2）采用并行處理技術(shù) 挖掘傳統(tǒng)機器中的并行性n 改進 CPU的組成；重疊方式、先行控制、多操作部件、流水線方式n 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上對某些計算問題實現(xiàn)并行計算。n 多機并行處理技術(shù)。 馮 相聯(lián)存儲器：把查找、比較的操作交由存儲器硬件實現(xiàn)。 相聯(lián)處理機：讓相連存儲器除了完成信息檢索任務(wù)外，還能進行一些算術(shù)邏輯運算。諾依曼結(jié)構(gòu)及其改進在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的改進（ 4）指令集結(jié)構(gòu)的發(fā)展n 指令集的功能和復(fù)雜度216。 精簡指令集計算機（ RISC）n 指令的地址空間和尋址方式216。 馮 我們稱這兩臺計算機是 軟件兼容 的。 采用系列機216。 統(tǒng)一高級語言 軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響系列機 n 由同一廠家生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器。 例如 IBM370系列有 11 125/13 14 15 168等一系列從低速到高速的各型號機器，這些計算機具有相同的指令集，但在低檔機上，指令的分析、執(zhí)行是順序進行的，而在高檔機上則采用重疊、流水等并行處理方式。 系列機能較好地解決軟件開發(fā)要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定與器件、硬件技術(shù)迅速發(fā)展的矛盾。 向上（下）兼容：按某檔機器編制的程序，不加修改就能運行于比它高（低）檔的機器。 向前（后）兼容：按某個時期投入市場的某種型號機器編制的程序，不加修改地就能運行于在它之前（后）投入市場的機器。 軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響模擬和仿真n 要使軟件能在具有不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機器之間相互移植，就要求：216。216。 軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響n 模擬：用軟件的方法在一臺現(xiàn)有的機器（稱為宿主機）上實現(xiàn)另一臺機器（稱為虛擬機）的指令集。 通常用解釋的方法來實現(xiàn)，即虛擬機的每一條指令都用宿主機的一段程序進行解釋執(zhí)行。 為了使虛擬機的應(yīng)用程序能在宿主機上運行，還要模擬虛擬機的存儲系統(tǒng)、 I/O系統(tǒng)和控制臺操作等。 由于模擬機采用純軟件解釋執(zhí)行的方法，因此運行速度較慢、性能較差。216。216。216。216。 軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響統(tǒng)一高級語言 n 實現(xiàn)軟件移植的一種理想的方法n 較難實現(xiàn)216。 不是所有的軟件開發(fā)商都開放其源代碼。216。這使得越來越多的功能可以由一塊芯片來實現(xiàn)，而且芯片的性價比越來越高。 許多高性能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擺脫芯片價格和集成度限制，能夠在高性能計算機甚至個人計算機中實現(xiàn)。216。216。但一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域需要高性能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 高結(jié)構(gòu)化的數(shù)值計算 非結(jié)構(gòu)化的數(shù)值計算實時多因素問題 大存儲容量和輸入輸出密集的問題圖形學(xué)和設(shè)計問題 人工智能 應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響 并行性的概念n 并行性：計算機系統(tǒng)在同一時刻或者同一時間間隔內(nèi)進行多種運算或操作。216。216。 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并行性的發(fā)展n 從處理數(shù)據(jù)角度來， 并行性等級 從低到高可分為：n 字串位串：每次只對一個字的一位進行處理。n 字并位串：同時對許多字的同一位（稱為位片）進行處理。 并行性的概念n 從執(zhí)行程序角度來，并行性等級從低到高可分為：n 指令內(nèi)部并行：單條指令中各微操作之間的并行。n 線程級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的線程。n 任務(wù)級或過程級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的過程或任務(wù)（程序段）。n 作業(yè)或程序級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的作業(yè)或程序。n 資源重復(fù)引入空間因素，以數(shù)量取勝。n 資源共享這是一種軟件方法，它使多個任務(wù)按一定時間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。n 實現(xiàn)時間重疊的基礎(chǔ)：部件功能專用化216。 把每一部分指定給專門的部件完成；216。 單機系統(tǒng)中并行性的發(fā)展例如：對于解釋指令的 5個過程，就分別需要 5個專用的部件：取指令部件 (IF)、 指令譯碼部件 (ID)、指令執(zhí)行部件 (EX)、 訪問存儲器部件 (M)和寫結(jié)果部件 (WB)。n 多體存儲器n 多操作部件：通用部件被分解成若干個專用部件，如加法部件、乘法部件、除法部件、邏輯運算部件等，而且同一種部件也可以重復(fù)設(shè)置多個。 單機系統(tǒng)中并行性的發(fā)展在單處理機中，資源共享的概念實質(zhì)上是用單處理機模擬多處理機的功能，形成所謂虛擬機的概念，如分時系統(tǒng)。多機系統(tǒng)按耦合度分為兩大類：216。 松散耦合系統(tǒng) 多機系統(tǒng)中并行性的發(fā)展n 緊密耦合系統(tǒng)（直接耦合系統(tǒng)）：在這種系統(tǒng)中，計算機之間的物理連接的頻帶較高，一般是通過總線或高速開關(guān)互連，可以共享主存。機器之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級上進行的。n 計算機網(wǎng)絡(luò)：通過通信線路連接，實現(xiàn)更大范圍的資源共享。 專用外圍處理機例如，輸入 /輸出功能的分離。 專用處理機如數(shù)組運算、高級語言翻譯、數(shù)據(jù)庫管理等，分離出來。 異構(gòu)型多處理機系統(tǒng)由多個不同類型、至少擔(dān)負不同功能的處理機組成，它們按照作業(yè)要求的順序，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務(wù)進行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。 容錯系統(tǒng)216。高帶寬、低延遲、低開銷的機間互連網(wǎng)絡(luò)是高效實現(xiàn)程序或任務(wù)一級并行處理的前提條件。 同構(gòu)型多處理機系統(tǒng)由多個同類型或至少擔(dān)負同等功能的處理機組成，它們同時處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個任務(wù)。 假定有兩種減少 CPI的措施可供選擇，一種是將浮點平方根指令的 CPI降為 2，另一種是將所有浮點指令的平均 CPI降為 3。習(xí)題某工作站采用時鐘頻率為 15MHz、處理速率為10MIPS的處理機來執(zhí)行一個已知混合程序。這樣每次存儲器存取需要 2個周期。習(xí)題 假設(shè)某應(yīng)用程序中有 4類操作，通過改進，各操作獲得了不同的性能