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计算机体系结构 计算机体系结构 周学海 xhzhou@ustc.edu.cn 0551-3601558 中国科学技术大学计算机系 课程安排 授课方式 总学时60学时 每次三节课 评分方式 考试80％ 平时小测验10％ 平时作业10％ 教材与主要参考书 张晨曦等，计算机体系结构，高等教育出版社 John L. Hennessy, David A. Patternson, Computer Organization Design : The Hardware/Software Interface, 2nd ed. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, Inc. 1998, 机械工业出版社（影印版）1999 David A. Patternson, John L. Hennessy, Computer Architecture: A Quantitative Apprach. 2nd ed. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, Inc.,1996, 机械工业出版社（影印版）,1999 第1章 绪论 1.1 引论 计算机的食物链 为什么会有如此变化 现代计算机系统发展趋势 1.2 计算机体系结构的基本概念 1.3 定量分析技术基础 现实世界食物链—大鱼吃小鱼 截止1988年计算机食物链 1998年计算机食物链 1. 为什么会有如此变化 Performance 电路技术的发展 CMOS VLSI 取代了原来的TTL, ECL技术，提高了器件性能，降低了器件成本。 计算机体系结构技术的发展，提高了低端产品的性能。 RISC, Superscalar, VLIW, RAID, …. Price 开发周期缩短，难度降低 采用 CMOS VLSI，组件减少，系统相对较小。 大规模生产，批量大 系列机的概念，使得服务成本降低。 Function 网络技术，互连网络技术的发展，使得低端产品的功能增强。 2. Technology Trends: Microprocessor Capacity Memory Capacity (Single Chip DRAM) Technology Trends(Summary) Processor frequency trend Processor Performance Trends Professor Performance Performance Trends －(Summary) 性能: 提高50％ per year （2X / 18 months) 性价比: 提高70% per year 未来的热点之一 嵌入式微处理器 什么是嵌入式微处理器 一种可编程处理器，产品的最终用户不能访问其编程接口,用户只能通过应用程序与其交互 例如 - PDA - 3COM Palm pilots 原先为嵌入式系统设计，后来将编程接口开放转向通用计算机系统 一些有趣的数据 Intel 4004 是为嵌入式应用(计算器）设计 现在的微处理器 95% 用于嵌入式系统 SSH3/4 (Hitachi): best selling RISC microprocessor 50% 的收入来源于嵌入式系统 应用于特定领域的微处理器 Microcontrollers DSPs Media Processors Graphics Processors Network and Communication Processors 嵌入式微处理器的评价 Components of Cost Area of die / yield Code density (memory is the major part of die size) Packaging Design effort Programming cost Time-to-market Reusability 1.2 计算机系统基本概念 计算机体系结构定义 指令集结构 （Instruction Set Architecture) 计算机体系结构研究的内容 计算机体系结构的定义 Computer Architecture = Instruction Set Architecture + Machine Organization + ….. Instruction Set Architecuture ... the attributes of a [computing] system as seen by the programmer, i.e. the conceptual structure and functional beha