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[文学研究]计算机组成与系统结构
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 * * * * *
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