计算机体系结构学科发展简介.ppt

计算机体系结构学科发展简介;目录;四、Cache技术

1．为什么要引入Cache

2．为什么引入Cache能提高计算机性能？

3．Cache技术的发展

五、多处理器技术?

1．?并行计算机体系结构分类

2．?集中共享存储器型多处理计算机

3．?分布式存储器型多处理器计算机

4．?并行处理的难点

六、我国计算机体系结构研究进展;一、计算机体系结构学科发展回顾;1、计算机性能高速发展及其原因;计算机性能高速发展原因;各年代的性能提高速率;截止2001年微处理器性能增长率;RISC、Cache技术发展阶段;计算机创新设计对每年58%性能提高率的贡献

——超过技术进步贡献达15倍之多

说明：计算机体系结构学科的重要性！！;计算机性能高速提高带来的影响;体系结构发展的核心－定量方法;2、计算机的分类;计算机的新分类

台式机

服务器

嵌入式计算机

它们分别面向不同应用，具有不同要求，采用不同技术

;台式机、服务器、嵌入式系统特征对比;3、计算机设计的任务;计算机设计任务;Fig1。4，p10;计算机设计技术人员的任务;4、技术发展趋向;影响最大的四种关键技术;集成电路技术;半导体DRAM（动态随机存取存储器）;磁盘技术;网络技术;二、指令级并行性技术

（InstructionLevelParallelism-ILP）;1、RISC与CISC;RISC与CISC的最主要的区别;CPU性能公式;缩短CPI成为缩短CPUtime的主要技术途径;CISC计算机速度提高较慢的原因;2．流水线技术;流水线的竞争;实际流水线的性能;流水线竞争的解决;3．指令级并行性(ILP)开发技术;用于解决数据竞争的ILP开发技术;用于解决控制相关性的ILP开发技术;三、指令多发射技术;指令多发射处理器有两类：

超标量处理器（Superscalarprecessors）

超长指令字处理器（VLIW-veryhonginstructionword）

根据指令发射机制，即调度、组织可同时发射指令的机制，也可分为两类：

动态多发射机制，即由硬件在程序执行过程中调度

静态多发射机制，即由编译器在程序编译过程中调度;41;2．超标量处理器;超标量处理器的特点;3．超长指令字处理器（VLIW）;VLIW究竟有多长？;超长指令字的组装由编译器完成，即由编译器作静态调度，选择无相关性指令按搭配顺序填入超???指令字

为充分发挥VLIW处理器功能单元的作用，必须要有足够多的可并行执行指令提供给VLIW，编译器必须采用功能更强的全局调度技术;4．多发射处理器的技术难点;超标量处理器的特殊困难

发射逻辑复杂且高速

动态调度硬件极其复杂

超长指令字处理器的特殊困难

对编译器的要求高

VLIW系列机二进制代码兼容困难

;四、Cache技术;1、为什么要引入Cache？;CPU与DRAM速度差意味着什么？;解决办法;2、为什么引入Cache能提高计算机性能？;问：小容量的Cache能否满足程序存取指令和数据的需求？

答案：

计算机设计定量原理中有一条局部性原理告诉我们：程序总是倾向于重用那些刚刚用过的数据和指令，这是计算机程序非常重要的性质。局部性原理的另一种表述：程序90%的执行时间是花在10%的代码上。

局部性原理告诉我们：可以根据程序最近访问的数据和指令来预测程序将要调用的数据和指令，且这一预测正确度是比较高的。

所以小容量的Cache能满足程序存取数据和指令的需求;3.Cache技术的发展;五、多处理器技术;多处理器计算机将越来越重要的理由;1.并行计算机体系结构分类;MIMD多处理器计算机分类;2.集中共享存储器型多处理器计算机;此类计算机适用于处理器数目相对较少的场合，对于只有几个、十几个处理器，有可能共享一个主存储器，以及采用总线实现处理器和主存的互连

对于含有二、三十个处理器的机器需用多总线，甚至用交换器才能满足存储器带宽的要求;集中共享存储器型多处理器计算机只有一个主存储器，对所有处理器都是对称的，访问存储器的时间都是均等的，所以这种体系结构又称为对称（共享存储器）处理器（SMP）

集中共享存储器型多处理器是目前最成功的多处理器计算机;3.分布式存储器型多处理器计算机;此类计算机适用于处理器相对较多的场合，可以是上百个、上千个、甚至数千个之多。

此类计算机要求互连网络的带宽较高，通常采用交换机或多维网格实现处理器之间的直接互连。

分布式存储器型体系结构的最大缺点是处理器之间的数据通信变得非常复杂（一致性问题），并且延时较长。;4.并行处理的难点;六、我国计算机体系结构研究进展;谢谢