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;第1章计算机系统设计根底;本章学习要求;什么是计算机？;计算机的功能;1.1计算机系统的根本概念;从使用语言的角度上，将计算机系统看成按功能划分的多级层次结构

机器、汇编、高级、应用语言

低级高级

后者比前者功能更强、使用更方便；而前者是后者开展的根底，在单条指令的执行速度相比较，前者更快。;计算机系统的多级层次结构图;多级层次结构〔机器—语言〕;从设计人员看到的层次;;;;控制流程的三种实现方法;计算机系统的软硬件本钱变化;从概念和功能上将计算机系统看成多级层次结构的优点：;1.1.2系统结构、组成与实现;计算机系统结构的定义

SystemArchitecture;定义的理解;计算机系统结构的根本属性;计算机组成

ComputerOrganization;计算机组成的根本属性;计算机实现

ComputerImplementation;定义理解举例;系统结构、组成和实现相互关系;是否设置

乘方/开方指令;举例：不同系统结构对软件的影响;透明性Transparency;举例1;举例2;1.1.3计算机系统的分类;一按采用的根本器件分类;二按计算机系统本钱分类;三Flynn〔弗林〕分类法;多指令流多数据流MIMD(MultipleInstructionstreamMultipleDatastream)〔多计算机系统〕;四DavidJ.Kuck分类;五1972年冯泽云分类;横坐标代表字宽(n位)，即在一个字中同时处理的二进制位数

纵坐标代表位片宽度(m位)，即在一个位片中能同时处理的字数;;1.加快经常性事件的速度;2.Amdahl定律;Amdahl定律〔理解〕;Amdahl定律表达式;Amdahl表达式的解释;Amdahl举例;3.程序访问的局部性规律;;2.计算机系统设计的主要任务;计算机开展的根本趋势;计算机系统设计的主要方法;方法二：由下往上设计;方法三：由中间开始设计;1.3计算机系统的性能评价;1.3.1CPU性能公式;1.3.2MIPS和MFLOPS;举例;解：依题意可知IN=105条，n=4，;例2某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为

10MIPS的处理机来执行一个巳知混合程序。假定每次

存储器存取为1周期延迟、试问：

(1)?此计算机的有效CPI是多少?

(2)假定将处理机的时钟提高到30MHz，但存储器子

系统速率不变。这样，每次存储器存取需要两个时钟

周期。如果30％指令每条只需要一次存储存取，而另

外5％每条需要两次存储存取，还假定混合程序

的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处

理机性能。;(2)依题意可知：30%的指令需要一次存储存取，那么

这些指令在处理器提高时钟频率之后需要增加1个时

钟周期；另外5%的指令需要增加2个时钟周期。;1.3.3基准测试程序;SPEC测试程序;SPEC89由10个工程/科学测试程序〔GCC，Espresso，Splce2g6，DODUC，NASA7，Li，Eqntott，Matrix300，FPPPP，TOMCATV〕组成。

其中4个用C语言编写(GCC，Espresso，Li和Eqntott)用于整数运算，6个用FORTRAN语言编写，用于浮点运算。计算所得SPECmark的分值越大越好，它是相对于VAX—11／780的性能，lSPEC分值约相当于0.2～0.3MFLOPS。

SPEC89后来演化出两个测试程序集：SPECmark测量10个程序的执行速率，SPECthruput考察系统的吞吐率。;SPEC92由20个测试程序

组成，包括CINT92(6)和

CFP92(14)

参照机：VAX11/780;SPEC95由18个测试程序组成，包括CINT95(8)和CFP

95(10)

参照机：SUNSPARC10/40;SPECint2000整数基准测试程序集;SPECfp2000浮点基准测试程序集;HPC的性能测试Linpack;Pentium与80486性能比较;1.3.4性能评价结果的统计和比较;程序;程序;平均执行时间;1.4计算机系统结构的开展;1.4.1传统机结构特点及其演变;Date;;传统计算机结构模式的主要缺点有：

1.存在有两个瓶颈：物理瓶颈和智能瓶颈；

2.低级的机器语言和高级的程序设计语言之间存在着巨大的语义差距；

3.复杂的数据结构对象无法直接存放到一维线性地址空间的存储器中，必须经过地址映象。;针对传统计算机结构模式的演变;1.4