体系结构第1章 第2讲.pptVIP

1.1.4系列机和兼容系列机（familymachine）是具有相同体系结构，但组成和实现不同的一系列不同型号的计算机系统IBM公司在推出IBMS360时首次提出的系列机的概念，被认为是计算机发展史上一个重要里程碑各计算机厂家仍按系列机研发产品现代计算机不但系统系列化，其构成部件和软件也系列化如微处理器（CPU）、硬盘、操作系统、高级语言等系列机(Familymachine)一种指令集结构可以有多种组成。同样，一种组成可以有多种物理实现。系列机就是指在一个厂家生产的具有相同的指令集结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。计算机时间处理器字宽主要I/O总线存储空间PC和PCXT1981808816位PC总线20位PCAT19828028616位AT（ISA）24位80386PC19858038632位ISA/EISA32位80486PC19898048632位ISA+VL32位PentiumPC1993Pentium32位ISA+PCI32位PentiumIIPC1997PentiumII32位ISA+PCI+AGP32位PentiumIIIPC1999PentiumIII32位PCI+AGP+USB32位Pentium4PC2000Pentium432位PCI-X+AGP+USB32位软件兼容长期以来，程序员希望有一个稳定的软件环境，使他们编制出来的程序能够在更加广泛计算机类型中得到长期的应用软件兼容（softwarecompatibility）系列机具有相同的体系结构，软件可以在系列计算机的各档机器上运行同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于有不同的运行时间兼容分为二进制级兼容、汇编级兼容、高级语言兼容、数据级兼容等等兼容机虽然程序员希望有一个稳定的软件环境，但是机器设计人员则希望根据硬件技术和器件技术的进展不断地推出新的机器兼容机（compatiblemachine）不同厂家生产的具有相同体系结构的计算机计算机厂家为了能利用大的计算机厂家的开发成果，采用新的计算机组织和实现技术，研制一些软件兼容的产品，具有更加低廉的价格在市场上有较强的竞争能力兼容性向上(下)兼容指的是按某档机器编制的程序，不加修改的就能运行于比它高(低)档的机器向前(后)兼容指的是按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之前(后)投入市场的机器兼容对体系结构的影响计算机系统及软件设计者的“障碍”：系统软件的开发难度大需要保护巨大的应用软件宝库向后兼容是才是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征为了保证软件的兼容，要求指令集不改变，这无疑又妨碍计算机体系结构的发展向后兼容虽然削弱了系列机对体系结构发展的约束，但仍然是体系结发展的沉重包袱20世纪80年代具有RISC体系结构的微处理器在新结构、新技术应用等方面领先传统的CISC微处理器的主要原因之一Intel公司的x86系列Intel公司的x86系列微处理器在向后兼容方面是非常具有代表性的1979年的8086到2009年的Nehalem由16位系统发展到32位系统增加了保护方式指令集、MMX指令集和面向64位的扩展等但它保持了极好的二进制代码级的向后兼容性1.2计算机体系结构的发展VonNeumann体系结构计算机分代和分型(巨、大、中、小、微）软件的发展（语言，OS,中间件）应用的发展（嵌入式，掌上，桌面，服务器，数据中心）集成电路的发展（摩尔定律，DRAM,闪存，网络）体系结构的发展2.计算机的分代分代器件体系结构技术软件技术典型机器第一代(1945-1954)电子管和继电器存储程序计算机、程序控制I/O机器语言和汇编语言普林斯顿ISA、ENIACIBM701第二代(1955-1964)晶体管、磁芯、印刷电路浮点数据表示、寻址技术、中断、I/O处理机高级语言和编译、批处理监控系统UnivacLARCCDC1604IBM7030第三代(1965-1974)SSI和MSI、多层印刷电路、微程序流水线、Cache、先行处理、系列计算机多道程序和分时操作系统IBM360/370CDC6600/7600、DECPDP-8第四代(1974-1990)LSI和VLSI、半导体存储器向量处理、分布式存储器并行与分布处理Cray-1、IBM3090、DECVAX9000、Convax-1第五代(1991-)高性能微