《计算机系统结构随书清华大学出本社》.ppt

计算机系统结构课程介绍 Computer Architecture “建筑学”、“建筑物的设计或式样”，通常是指一个系统的外貌。 计算机系统结构 计算机体系结构 研究内容 从外部来研究计算机系统 使用者所看到的物理计算机的抽象 学科方向 一级学科：计算机科学与技术 二级学科：计算机系统结构、计算机软件 计算机应用技术 与其他课程的交叉 主要包括：计算机组成原理、计算机操作系统、汇编语言、数据结构、微机原理、高级语言等 新内容：超标量处理机、超流水线处理机、向量处理机、并行处理机、多处理机等 交叉点内容：提高，建立完整概念 教材 计算机系统结构，清华大学出版社，郑玮民，汤志忠编著，2001年第二版 主要参考书 1． 《Advanced Computer Architecture and Parallel processing》 Hesham EL-Rewini， 2．李学干,苏东庄,计算机系统结构,西安电子科技大学出版社。 计算机系统结构 第一章 基本概念 第二章 指令系统 第三章 存储系统 第四章 输入输出系统 第五章 标量处理机 第六章 向量处理机 第七章 互连网络 第八章 并行处理机 第九章 多处理机 第一章　基本概念 1.1 计算机系统结构的定义 1.2 计算机系统的评价标准 1.3 计算机系统的设计方法 1.4 计算机系统结构的发展 1.5 计算机系统的分类 1.1 计算机系统结构的定义 1.1.1 两种定义 1. 定义一 Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出：程序员所看到的计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性 程序员：汇编语言、机器语言、编译程序、操作系统 看到的：编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解到的 2. 透明性概念 本来存在的事物或属性，从某种角度看似乎不存在 例如：浮点数表示、乘法指令对高级语言程序员、应用程序员透明对汇编语言程序员、机器语言程序员 不透明 例如：数据总线宽度、微程序对汇编语言程序员、机器语言程序员 透明对硬件设计者、计算机维修人员不透明 1.1.2 计算机组成 计算机组成是指计算机系统结构的逻辑实现，主要包括： 确定数据通路的宽度 确定各种操作对功能部件的共享程度 确定专用的功能部件 确定功能部件的并行度 设计缓冲和排队策略 设计控制机构 确定采用何种可靠性技术 1.1.3 计算机系统的实现 计算机实现是指计算机组成的物理实现，包括： 处理机、主存储器等部件的物理结构 器件的集成度和速度 专用器件的设计 器件、模块、插件、底版的划分与连接 信号传输技术 电源、冷却及装配技术，相关制造工艺及技术等 1.1. 4 计算机系统的层次结构 1. 虚拟机概念 从不同角度所看到的计算机系统的属性是不同的，包括： 高级语言程序员、汇编语言程序员、系统管理员、硬件设计者 大部分人对计算机的认识只需要在某一个层次上 2. 层次结构 2. 层次结构 第0级由硬件实现 第1级由微程序实现 第2级至第6级由软件实现 由软件实现的机器称为：虚拟机 第2级是传统指令系统（机器语言）机器 第3级是操作系统机器操作系统是运行在第２级上的解释程序 第4级是汇编语言机器 第5级是高级语言机器 第6级是应用语言机器 从学科领域来划分 第0和第1级属于计算机组成与系统结构 第3至第5级是系统软件 第6级是应用软件 它们之间仍有交叉 第0级要求一定的数字逻辑基础 第2级涉及汇编语言程序设计的内容 第3级与计算机系统结构密切相关。在特殊的计算机系统中，有些级别可能不存在。 第一章　基本概念 1.1 计算机系统结构的定义 1.2 计算机系统的评价标准 1.3 计算机系统的设计方法 1.4 计算机系统结构的发展 1.5 计算机系统的分类 1.2 计算机系统的评价标准：性能和价格 1.2.1 性能评测的常用方法：运算速度 1. 时钟频率（主频）：用于同类处理机之间 如：PentiumⅡ/450 比 PentiumⅡ/300快50％，… 2. 指令执行速度 一种很经典的表示方法 MIPS (Million Instructions Per Second), KIPS, GIPS, TIPS 其中，Fz为处理机的工作主频；CPI (Cycles Per Instruction)为每条指令所需的平均时钟周期数；IPC (Instruction Per Cycle)为每个时钟周期平均执行的指令条数 例1： 计算Pentium II 450处理机的运算速度。 解：由于PentiumII 450处理机的IPC＝2 (或CPI＝0.5), Fz＝450MHz，因此， MIPSPentium I