计算机体系结构的发展.ppt

*／27 *／27 1.3 计算机体系结构的发展 1.3.1 存储程序计算机体系结构及其发展 第一章 计算机体系结构的基本概念 计算机系统按功能划分成 1. 存储程序计算机的主要特点 (1) 机器以运算器为中心； (2) 采用存储程序原理； (3) 存储器是按地址访问的、线性编址的空间； (4) 控制流由指令流产生； (5) 指令由操作码和地址码组成； (6) 数据以二进制编码表示，采用二进制运算。 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 2. 对体系结构进行的改进 (1) 分布的I/O处理能力 以运算器为中心带来了慢速输入／输 出操作占用快速运算器的问题。 为了解决这一问题，人们提出了各种 输入/输出方式。 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 (2) 保护的存储器空间 是否把指令和数据放在同一存储器中？ 优点 : 不必预先区分指令和数据，易实现存储管理软件； 程序和指令在执行过程中可以被修改，因而可以 编写出灵活的可修改的程序； 对于存取指令和数据仅需一套读/写和寻址电路， 硬件简单； 数据可以分配于任何可用空间，从而可更有效地 利用存储空间等。 1.3 计算机体系结构的发展 缺点： 不利于进行程序调试诊断； 不利于实现程序的可再入性和程序的递归调用； 不利于重叠和流水方式的操作。 现在绝大多数计算机都规定，在执行进程中不准修改程序。 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 (3) 存储器组织结构的发展 相联存储器和相联处理机 通用寄存器 高速缓冲存储器和多级存储器组织结构 (4) 并行处理技术 如何挖掘传统机器中的并行性？ ◆ 改进CPU的组成 重叠方式 先行控制 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 ◆ 在体系结构上对某些计算问题实现并行计算。 如向量计算 ◆ 多机并行处理系统 把一个作业(程序)划分成能并行执行的多个任 务(程序段)，把每个任务分配给一个处理机执行。 多操作部件 流水方式 1.3 计算机体系结构的发展 复杂指令集计算机(CISC) 精简指令集计算机(RISC) (5) 指令集结构的发展 ◆ 指令集的功能 ◆ 指令的地址空间和寻址方式 多种灵活的寻址方式。 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 1.3.2 计算机的分代和分型 1. 计算机到目前为止已经发展了五代 这五代计算机分别具有明显的器件、体系结 构技术和软件技术的特征。 2. 计算机可以根据价格分为五个档次： 巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机 1.3 计算机体系结构的发展 计算机系统按功能划分成 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、ENIAC、IBM701 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 Univac LARC、CDC1604、IBM7030 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 IBM360/370、CDC6600/7600、DEC PDP-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、IBM 3090、DEC VAX9000、Convax-1 第五代(1991-) 高性能微处理器、高密度电路 超标量、超流水、SMP、MP、MPP 大规模、可扩展并行与分布处理 SGI Cray T3E、IBM SP2、DEC AlphaServer8400 计算机系统按功能划分成 3. 计算机系统性能随时间“下移” 1.3 计算机体系结构的发展 1.3 计算机体系结构的发展 4.根据当前的计算机应用市场的现状和价格特征， 通常把计算机分为服务器、桌面系统和嵌入式计 算三大领域。 计算机系统按功能划分成 5. 新型体系结构的设计 (1) 合理地增加计算机系统中硬件的功能比例， 这种体系结构对操作系统、高级语言甚至应 用软件提供更多更好的支持； (2)