系统结构基本概念.ppt

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授课:黄建忠,胡迪青(hudq024@) 手机O) 邮箱:husthjz@ 参考书目 《计算机系统结构》(第二版) 郑纬民等清华大学出版社 Computer Architecture 本课程注意事项 1、考试成绩80%+平时成绩20%; 2、闭卷考试,最后一周有复习课(5月11日); 3、作业不用抄题,写明题号; 4、作业本要写明学号,便于记录。 5、考试时间:14周周六上午(6月1日上午) 现代计算机系统的分类(Flynn分类法) 按照指令流和数据流的多倍性状况把计算机分为: 单指令流单数据流(SISD---Single Instruction Stream Single Data Stream) 单指令流多数据流(SIMD---Single Instruction Stream Multiple Data Stream) 多指令流单数据流(MISD---Multiple Instruction Stream Single Data Stream) 多指令流多数据流(MIMD---Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream) Amdahl定律的一个实例 Amdahl定律可以指导实际项目开发 Amdahl定律的广泛应用 Amdahl定理:加快经常性事件 要能识别什么是“经常性事件” “经常性事件”与应用环境有关,不同的环境有不同的经常性事件。 不同类型的经常性事件可能有不同的加速方法。 计算机系统结构中的经常性事件及其加速方法 指令系统(第二章) 经常性事件:取指令 加快方法: Huffman编码,使用频度高者用短指令长度 RISC Amdahl定律的广泛应用 指令处理(第三、四、七章) 经常性事件:指令处理 加速方法: 流水线(第三章) 并行处理,如向量计算(第四章) Amdahl定律的广泛应用 存储系统(第五章) 经常性事件:信息的存取 加速方法: 使用更快的存储器 使用Cache 使用分布式Cache 输入/输出系统(第六章) 经常性事件:输入/输出 加速方法: 更高速的磁盘 更高速的接口 更快速的方法: 程序查询 中断 DMA 链路聚合 MIPS(每秒百万条指令数) MIPS的缺点 作业 题1.4 题1.8 例如:学生的生活费:吃饭每日10元,共365日,每年看电影10次,每次20元。为减少开支,采用如下两方法: 方法1:减少了20%吃饭开销,省2×365=730元。 方法2:减少了80%看电影开销,省8×20=160元。 原因:吃饭每年3650元:看电影每年200元。 方法1:减少了20%吃饭开销,为每日8元。 方法2:减少了80%看电影开销,每年看电影次数为2。 问哪一种方法省的钱多? (1) 加速比 系统加速比依赖于两个因素: 可改进比例(Fe):可改进部分在原系统计算时间中所占的比例,它总是小于等于1的。 例如: 一个需运行60秒的程序中有20秒的运算 可以加速,那么该比例就是20/60。 系统加速比 = = 部件加速比(Se):可改进部分改进以后的性能提高, 一般情况下它是大于1的 。 例如: 系统改进后执行程序,其中可改进部分花 费2秒的时间,而改进前该部分需花费5秒, 则性能提高为5/2。 1.5 定量分析技术基础 总执行时间改进后=(1-可改进比例)?总执行时间改进前 + = [ (1-可改进比例) + ]?总执行时间改进前 总执行时间改进后 = 不可改进部分的执行时间 + 可改进部分改进后的执行时间 系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比: 系统加速比 = = 1.5 定量分析技术基础 例:我们分析一个用于Web服务器系统的处理器的性能。假定采用某增强方式使新的CPU处理Web服务器应用程序的运行速度是原来处理器中的10倍,同时假定此CPU有40%的时间用于计算,另外60%的时间用于I/O操作。那么增强性能后总的加速比是多少? 解:增强比例 = 0.4 增强加速比 = 10 总加速比 = 1 0.6 + 0.4 10 = 0.64 = 1.56 1 (2) Amd

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