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计算机组成原理

Zhang,Youhui(张悠慧)2010秋季

课程回顾

Topics计算机系统结构等相关概念与范畴数的表示汇编语言与C语言代码优化

计算机系统结构等相关概念与范畴

01编写出能够在机器上正确运行的系统程序所必须了解到的计算机系统的属性03研究计算机系统的外部特性，即程序员所看到的计算机系统属性02研究计算机系统软件与硬件的功能分配，确定计算机系统软件与硬件的分界面概念——计算机系统结构

程序员看到的计算机系统属性1数据表示：硬件直接认别和处理的数据类型2寻址技术：编址方式、寻址方式和定位方式3寄存器定义：寄存器定义、数量和使用规则4指令系统：指令的操作类型、格式、排序等5存储系统：要求速度高、容量大、价格便宜6中断系统：中断类型、中断级别和响应方式7输入输出系统：数据交换方式、交换过程控制8机器工作状态：定义和切换方式，如内核态、执行态、管理态和用户态等9

概念——汇编语言概念——计算机组成计算机系统的逻辑实现设计功能部件：处理器，主存储器等数据通路的宽度各种操作对功能部件的共享程度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采用何种可靠性技术用符号表示的机器语言，可包括宏构造

概念——冯诺依曼计算机

1特点:存储程序、运算器为中心、集中控制2存储器是字长固定的、顺序线性编址的一维结构，每个地址是唯一定义的3由指令形式的低级机器语言驱动4指令顺序执行，一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现5运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传送都途经运算器6集中控制，运算器、存储器、输入输出设备的操作以及它们之间的联系都由控制器控制

概念——处理器运算速度现代处理器运算速度计算公式： P＝FzXIPCXTPC其中:Fz为处理机的工作主频IPC(InstructionPerCycle)指令级并行度TPC(ThreadingPerCycle)线程级并行度例如：主频3GHz，4核Pentium4处理器的最高运算速度为：P＝??3GHzX4IPCX4TPC=48GIPS 即：每秒钟480亿次

提高处理器性能的主要途径提高指令级并行度IPC依靠并行算法和计算机系统结构提高主频Fz：增加流水线级数，依靠计算机系统结构缩短门电路延迟时间，依靠电子技术提高线程级并行度TPC依靠并行算法、程序设计和计算机系统结构

近期出现的新问题：线延迟大于门延迟漏电流很大功耗惊人?近期提高计算机性能的途径只能依靠并行算法、程序设计和计算机系统结构，不能指望电子技术不仅对计算机系统结构，而且对并行算法、软件技术和计算机应用技术都将产生深远的影响

概念——指令执行速度

平均速度

概念——Amdahl定律

数的表示

Bits,Bytes,andIntegersSizesofCObjects(inBytes)CDataType Typical32-bit IntelIA32 x86-64char 1 1 1short 2 2 2int 4 4 4long 4 4 8longlong 8 8 8float 4 4 4double 8 8 8longdouble 8 10/12 10/16char* 4 4 8Oranyotherpointer

Bit-LevelOperationsinCOperations,|,~,^AvailableinCLogicOperationsinC,||,!View0as“False”Anythingnonzeroas“True”Alwaysreturn0or1EarlyterminationShiftOperationsLogicalvs.ArithmeticShiftamount0or?wordsize

Signedvs.UnsignedinCConstantsBydefaultareconsideredtobesignedintegersUnsignedifhave“U”assuffix0U,4294967259UCastingExplicitcastingbetweensignedunsignedsameasU2TandT2Uinttx,ty;unsignedux,uy;tx=(int)ux;uy=(unsigned)ty;Implicitcastingalsooccursviaassignmentsandprocedurecallstx=ux;uy=ty;Unsignedisdangerous!