現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)研討-閱讀頁
2025-02-02 22:22本頁面
【正文】 Technology Programming Languages Operating Systems History Applications Cleverness 體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的源動力 計算機體系結(jié)構(gòu) D e s i g nA n a l y s i s體系結(jié)構(gòu)設(shè)計是個循環(huán)的過程 : ? 在計算機系統(tǒng)的各個層次上搜索 可能的設(shè)計空間 Bad Ideas Creativity Good Ideas Mediocre Ideas Cost / Performance Analysis 計算機體系結(jié)構(gòu)設(shè)計過程 Instruction Set Architecture Pipelining, Hazard Resolution, Superscalar, Reordering, Prediction, Speculation, Vector, VLIW, DSP, Reconfiguration Addressing, Protection, Exception Handling L1 Cache L2 Cache DRAM Disks, WORM, Tape Coherence, Bandwidth, Latency Emerging Technologies Interleaving Bus protocols RAID VLSI Input/Output and Storage Memory Hierarchy Pipelining and Instruction Level Parallelism 計算機體系結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容 計算機體系結(jié)構(gòu) M Interconnection Network S P M P M P M P 176。 176。但它不包括機器內(nèi)部的數(shù)據(jù)流和控制流、邏輯設(shè)計和器件設(shè)計等。它著眼于機器級內(nèi)各事件的排序方式與控制機構(gòu)、各部件的功能以及各部件間的聯(lián)系。它著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)，其中，器件技術(shù)在實現(xiàn)技術(shù)中起著主導(dǎo)作用。 Time to do the task (Execution Time) – execution time, response time, latency 176。 Plane Boeing 747 BAD/Sud Concorde Speed 610 mph 1350 mph DC to Paris hours 3 hours Passengers 470 132 Throughput (pmph) 286,700 178,200 哪個性能高？ 性能的兩種含義 計算機體系結(jié)構(gòu) ? 之一：性能定義為每秒完成的任務(wù)數(shù) – bigger is better ? 之二：如果我們更關(guān)心響應(yīng)時間（ response time） – performance(x) = 1 execution_time(x) ― X 性能是 Y的 n倍” 是指 Performance(X) n = Performance(Y) 性能定義 計算機體系結(jié)構(gòu) ? Time of Concorde vs. Boeing 747? ? Concord is 1350 mph / 610 mph = times faster = hours / 3 hours ? Throughput of Concorde vs. Boeing 747 ? ? Concord is 178,200 pmph / 286,700 pmph = “times faster” ? Boeing is 286,700 pmph / 178,200 pmph = “times faster” ? Boeing is times (“60%”) faster in terms of throughput ? Concord is times (“120%”) faster in terms of flying time 我們主要關(guān)注單個任務(wù)的執(zhí)行時間 程序由一組指令構(gòu)成，指令的吞吐率 （ Instruction throughput）非常重要 ! 舉例 計算機體系結(jié)構(gòu) 性能設(shè)計與評測的基本原則 ? 大概率事件優(yōu)先原則 ? Amdahl定律 ? 程序局部性原理 – 時間局部性 – 空間局部性 計算機體系結(jié)構(gòu) 假設(shè)對機器的部件進行了改進 ExTime w/o E Performance w/ E Speedup(E) = = ExTime w/ E Performance w/o E 假設(shè)可改進部分 E在原來的計算時間所占的比例為 F，而部件加速比為 S，任務(wù)的其他部分不受影響，則 ExTime(with E) = ((1F) + F/S) X ExTime(without E) Speedup(with E) = 1/((1F)+F/S)) 重要結(jié)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/(1F) Amdahl39。在軟件中做一次乘法需要 200個周期，而用硬件來實現(xiàn)只要 4個時鐘周期。 現(xiàn)將用于該類計算的部件性能提高到原來的 10倍 。 ? 核心程序 – 從真實程序中提取的較短的但很關(guān)鍵的代碼構(gòu)成。 在一臺 loadstore型機器上 ， 有一程序優(yōu)化編譯可以使 ALU 操作減少到原來的 50％ ,其他操作數(shù)量不變 。但 MFLOPS也并非可靠 ， 因為不同機器上浮點運算集不同
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