系统结构基本概念.ppt

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