[文学研究]计算机组成与系统结构.ppt

计算机组成原理 第一章 概论第一节 基本构成 基本概念 寄存器 存储器 容量 字 字节 字长 指令 程序 CPU 主机 总线 二、计算机的软件 系统软件 操作系统 编译程序 解释程序 应用软件 音像处理，印刷排版，CAD，数据处 理，控制软件，信号处理DSP 三、语言及其编译 语言不是软件 机器语言(000 001 010) 汇编语言(ADD R1, R2) 高级语言(A=A+B) 源程序文件 ?编译程序/汇编程序?目标程序文件 编译过程 词法分析 语法分析 生成中间代码 代码优化 生成目标代码 第二节 系统结构的概念 一、概念 三个层次： 计算机实现——器件选择，机械、封 装、印板、机箱、电源、冷却设计 计算机组成——逻辑设计 计算机系统结构——外特性设计 相互关系 系统结构的例子 系统结构的研究范围 外特性——指令系统、数据表示、寻址 方式、寄存器集 界面设计——确定硬件功能。 新型系统结构设计——并行性、数据流、 推理机、神经网 性能成本评价——运算速度、存储容量、 I/O带宽 发展趋势：并行性 并行性——同时性，并发性 并行机型： 标量机 向量机 阵列机 多处理机 计算机、处理机与处理器 系统结构分类——按并行性 二、语言与系统结构的设计 语言的分类： 过程式 函数式 逻辑推理式 语言的影响： 计算模型 软硬件界面 三、软件与系统结构的设计 编译的影响： 数据的存储结构（如堆栈） 指令集的特征 控制结构（指令调度） 堆栈及其实现——寄存器堆栈 堆栈及其实现——存储器堆栈 三、软件与系统结构的设计（续） 操作系统的影响 系统服务机制、 存储管理、 进程同步和切换、 故障诊断 所有这些都需要硬件支持 四、应用与系统结构的实现 应用领域： 科学计算 工程计算 信息处理 应用的影响： 数据及运算类型 算法 计算模型（数据流，归约，模式匹配） 性价比（微机vs大型机，专用机vs通用机） 五、器件与系统结构的实现 器件类型： 电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路 器件的影响 软硬件的功能分配（浮点数计算，多媒体数据计算） 结构设计（cache） 开发手段——标准芯片，可编程芯片，全用户芯片 第三节 性能评价 一、方式 分析，模拟，测试 二、指标 响应时间、吞吐率、可扩展性、可编程性、可靠性、性价比 三、简单的分析方法 MIPS指标 MFLOPS指标 四、测试方法 选择工作负载 指令混合 核心程序 合成程序 应用程序 测试运行 统计结果 问题： 设计算机执行程序A的时间为1秒，执行程序B的时间为2秒，程序A和程序B的执行指令数均为106条，问该计算机的平均性能。 统计结果 几何平均的特点：在对各种机器性能比较进行性能规格化过程中，不论取哪一台作参考机，均能保持比较结果的一致性。 加权平均 五、阿姆达尔定律 第四节 系统的可靠性 一、基本概念 错误(error)：引起故障的因素（如固定为1） 故障(fault)：由系统中的错误引起的紊乱现象（显现的错误） 失效(failure)：故障导致的系统丧失功能的情况（浴盆曲线） 避错：避免错误的发生 容错：使错误不引起故障，有故障时系统不失效 二、技术指标 二、技术指标（续） 二、技术指标（续） 二、技术指标（续） 例：设系统的平均无故障时间是104小时，问该系统正常工作1小时的可靠性是多少？ 解：因MTTF=104, 故l=10-4, R(1)=e-0.0001=0.99 * * 正则化值 局限性：CPU的性能（而不是整体性能） 习题：6、7、8、9 * * * * *