11计算机系统结构10.ppt

计算机体系结构的分类 按性能与价格综合指标，分为巨型、大型、中型、小型、微型、单片机 等。按巨、大、中来划分的性能标准是随时间变化的。 按用途，分为科学计算、事务处理、实时控制、家用计算机等。计算机一般作为通用体系设计的，但编写程序有专用性。为适应不同需要，可灵活地改变体系配置，采取特殊要求的物理安装，提供多种语言和操作体系。 按处理机个数，计算机体系可分为单处理机，多处理机； 按种类可分为标量处理机，超标量处理机，超流水处理机，向量处理机，阵列处理机，对称多、大规模并行处理机，机群。 研究计算机体系分类方法有助于人们认识计算机的体系结构和组成的特点，理解体系的工作 原理和性能。 * * 1.1.4 计算机体系结构的分类 从计算机体系结构的并行性角度出发，介绍两种常用的分类方法。 * * 1 Flynn 分类法 Handler分类法 3 冯式分类法 Flynn 分类法 按指令流和数据流的组织方式分类(1966年） –单指令流单数据流（SISD）计算机系统 –单指令流多数据流（SIMD）计算机系统 –多指令流单数据流（MISD）计算机系统 –多指令流多数据流（MIMD）计算机系统 指令流——机器执行的指令序列 数据流——由指令流调用的数据序列，输入数据、中间结果和最终结果 指令流和数据流的并行性（多倍性）——指在机器最受限制的部件上，同时处于同一执行阶段的指令或数据的可能最大数量。 * * 计算机系统的Flynn 分类法 * * SISD-----传统的顺序处理计算机。 SIMD-----阵列处理机为代表。 MIMD-----代表是多处理机。 MISD-----在实际中代表何种计算机，存在着不同的看法： 有的文献把流水线结构的机器看成是MISD结构。 Handler分类法（1977年）  ?? Handler根据并行度和流水线提出了另一种分类法。 把计算机硬件结构分成三个层次 处理控制器PCU、 算术逻辑部件ALU(或运算部件PE) 运算部件所包含的位级电路BLC 分别考虑各层并行度和流水处理程度，将计算机用3对整数表示： T(体系型号)=〈k×k′,d×d′,w×w′〉 －k? ——处理控制器PCU的数目； －k′——可组成流水线的PCU数目； － d? ——每个PCU所控制的ALU(或PE)数目； －? d′——可组成流水线的ALU数目； － w? ——ALU或PE的字长； － w′——在所有ALU或一个PE中的流水段数目。 * * Handler分类法举例 【例】 CDC6600计算机体系有1个CPU，它的运算器ALU有10个功能部件，所有的功能部件可连成一条流水线，字长60位。则CDC6600体系可描述为: T(CDC6600)=T〈1,1×10,60〉 【例】 CRAY-1计算机有1个CPU，12个相当于ALU或PE的处理部件，最多可以实现8级流水线。字长为64位，可以实现1～14位流水线处理。所以CRAY-1的体系结构可表示为: T(CRAY-1)=〈1，12×8,64×(1～14)〉 注意:如1对参数的第二个元素值为1，则省略不写。 * * 冯式分类法* 冯泽云（1972）提出用最大并行度对计算机分类 最大并行度Pm定义：计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。假定每个时钟周期 ti 内能同时处理的二进位数为Pi: 则T个时钟周期内平均并行度 平均并行度不同于最大并行度，它取决于系统的运用程度　　　　　　　　　　　　　　　　　 　四类不同处理方法的计算机系统结构： １字串位串WSBS(Word Serial and Bit Serial)，n＝m＝1。串行机 ２字并位串WPBS(Word Parallel and Bit Serial)，n＞1,m＝1。传统并行单处理机。 ３字串位并WSBP(Word Serial and Bit Parallel)，n＝1,m＞1 4 字并位并WPBP(Word Parallel and Bit Parallel)，n，m＞1。 * * * * 系统结构的有关术语 计算机系统层次结构 计算机系统结构定义 广义机器、透明性概念 计算机系统结构、计算机组织和计算机实现 计算机系统分类 Flynn(弗林) 和Handler(汉乐)法 小结 计算机体系结构 * * 余 文 北京邮电大学计算机科学与技术学院 Email：yuwen@bupt.edu.cn 前 言 数字逻辑系统、计算机组成、计算机体系结构是计算机专业本科生硬件方面必修课程。 第一门——技术基础课:逻辑部件分析与设计 第二门——