《计算机系统结构》01计算机系统结构导论-.pptVIP

SISD:单指令流单数据流 *.串行计算机 由一个控制部件管理 1.5.1 计算机系统结构分类 SIMD:单指令流多数据流 *.并行处理机（阵列机） 由一个控制部件管理，多个PU接受CU来的同一条指令 1.5.1 计算机系统结构分类 SIMD的技术应用： 在CPU、GPU等加速部件中广泛应用 MMX（MultiMedia eXtensions） SSE（Streaming? SIMD?Extensions） AVX（Advanced Vector eXtensions） ARM的SVE MISD:多指令流单数据流 1.5.1 计算机系统结构分类 MIMD:多指令流多数据流 *.多处理机和多计算机 SPMD:单程序多数据流 *.基于Cluster 1.5.1 计算机系统结构分类 1.5.1 计算机系统结构分类 * 《计算机系统结构与并行处理》多媒体教学 * SIMT:单线程多数据流Single Instruction Multiple ThreadsNvidia 公司提出 计算机系统结构的研究工作正向着多种高性能方向发展。 当前的研究主要集中在如下9方面： ① RISC结构； ② Client/Server结构； ③ Mpp矢量模式（Vector Mode）； ④ 并行处理（Massively Parallel Processing）； ⑤ 集群计算结构； ⑥ Network结构； ⑦ 数据流计算机结构； ⑧ 分布计算环境结构，如云计算； ⑨ AI计算。 1.5.2 现代计算机系统结构研究方向 并行计算的发展不断推动云计算和高性能计算的发展。AI的大规模应用加速推动市场对性能的渴求，传统通用CPU已无法满足需求，大量专用高性能的加速卡应用在云平台和智能系统中，这些系统中的主要算力是加速卡提供的。系统的性能不再由CPU的核数来决定。随着AI的发展，甚至出现了针对某些计算领域的通用指令集、通用智能芯片和专用计算系统，随之性能评测指标也不再以双精度浮点运算为主，而和应用领域更相关。 1.5.3 计算机系统结构发展趋势 感谢聆听 Thanks?to?listen 系统结构相对稳定，算法覆盖广。系统结构不可能满足所有算法要求 *.计算机系统结构与组成差别： 例1：确定指令系统功能--系统结构。 指令的实现：取指，取操作数，运算，送结果--组成。 例2：确定有乘，除法指令--系统结构。 用乘法器还是用加法器右移加实现--组成。 例3：确定MEM容量，编址方式（按bit，byte，word访问）--系统结构。 MEM速度，逻辑结构，性能价格比--组成。 1.3.3 计算机组成与实现 *.计算机实现:计算机组成的物理实现 *.计算机实现包括: 处理器、主存等部件的物理结构，芯片的集成度和速度，芯片、模块、插件、底板的划分与连接，专用芯片的设计，微组装技术，总线驱动，电源、通风降温、整机装配技术等。它着眼于芯片技术和组装技术，其中，芯片技术起着主导作用。 1.3.3 计算机组成与实现 *.组成与实现差别： 例1:乘法指令用乘法器还是用全加器右移加--组成。 乘法器或加法器用什么器件线路及工艺技术--实现。 1.3.3 计算机组成与实现 *.系统结构是计算机系统的软硬件界面 *.组成是计算机系统结构的逻辑实现. *.计算机实现是计算机组成的物理实现. 1.3.4 计算机系统结构、组成和实现三者的关系 *.系统结构设计不要对组成,实现有过多和不合理限制. *.组成设计应在系统结构指导下,以目前可实现技术为基础. *.实现应在组成的逻辑结构指导下,以目前器件技术为基础,一性能价格比优化为目标. 1.3.4 计算机系统结构、组成和实现三者的关系 1．计算机等级 巨、大、中、小、微 1.3.5 计算机系统的特性 图1-8 计算机等级与价格、性能的关系示意图 2．系列机概念 定义：利用事先设计好的系统结构，按器件状况和硬件技术研究实现方法，并按速度、价格等不同要求配置各档机器。 数据表示方式一致，系统软件兼容 设计系统结构（软件设计，硬件设计）--按速度，配置，价格（一档，二…）系列机。 系列机必须保证用户看到的机器属性一致。 1.3.5 计算机系统的特性 IBM 360 （1964年） 系列中各机型(规模由小到大，功能从弱到强，包括20、30、40、50、65、75等6个型号，后来扩充了25、85、91、195等型号)具有兼容性 1.3.5 计算机系统的特性 系列机的软件兼容指同一个软件（目标程序）可以不加修改地运行于系统结构相同的各机器上，而且所得结果一致。 软件向下兼容：高档机目标程序不加修改可运行于低档，一般不大有这种情况。