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計算機系統(tǒng)結構第1講-資料下載頁

2025-09-19 10:35本頁面

【導讀】“建筑學”、“建筑物的設計或式樣”，通常是指一個系統(tǒng)的外貌。使用者所看到的物理計算機的抽象。編寫出能夠在機器上正確運行的程序所。必須了解到的計算機的屬性。軟硬件功能分配及分界面的確定。建立計算機系統(tǒng)的完整概念。掌握新型計算機系統(tǒng)的基本結構及其工。與其他課程的交叉。統(tǒng)、匯編語言、數據結構、微機原理、高。向量處理機、并行處理機、多處理機等。軟件、系統(tǒng)結構、組成技術，兩頭發(fā)展快、非馮計算機正興起。系統(tǒng)結構的發(fā)展時期已經到來。課內：48學時；課外：課內外比例1:2；除完成作業(yè)外，還要多看參考書。子科技大學出版社,1991年。性可擴展性可編程性，清華大學出版社。第四章輸入輸出系統(tǒng)。控制寄存器及專用寄存器的定義、數量和。令間的排序和控制機制等；它們之間仍有交叉

　　

【正文】計第 4代，由應用、軟件、硬件和器件人員共同設計將來：除器件設計之外，主要是軟件設計邏輯設計方法改變過去邏輯設計很重要，盡量節(jié)省每一個芯片，每一個門目前的設計主要考慮：了解市場，盡量選擇通用芯片、標準芯片；結構化設計，規(guī)整、易讀、易診斷應用對系統(tǒng)結構發(fā)展的影響 1. 應用需求今后 10年，需要專門為以下領域設計高效率的系統(tǒng)結構：高結構化的數值計算：氣象模型、流體流動、有限元分析。非結構化的數值計算：蒙特卡洛模擬、稀疏矩陣。實時多因素問題：語音識別、圖象處理、計算機視覺。大存儲器容量和輸入輸出密集的問題：數據庫系統(tǒng)、事務處理系統(tǒng)。圖形學和設計系統(tǒng)：計算機輔助設計。人工智能：面向知識的系統(tǒng)、推理系統(tǒng)。 2. 三個時期通用計算機：主要是通用科學計算專用計算機：科學計算、事務處理、實時控制高性能通用機：滿足多種需求 3. 兩個發(fā)展趨勢維持價格不變，利用 VLSI技術等，提高性能普通 PC微處理器芯片 2020元，但性能提高很快性能基本不變，價格迅速下降一般先推出中間機型，然后分別向高端和低端兩個方向發(fā)展；例如： PentiumII，80486等 4. 三種設計思想最高性能價格比：商用機。主要發(fā)展方向最高性能：國家安全需要，科技發(fā)展需要銀河 3… 最低價格：家用學習機等算法對系統(tǒng)結構的影響在多個層次上，算法影響著系統(tǒng)結構快速乘法、除法、開平方等的實現(xiàn) Tomasulo算法提高指令級并行性多線程系統(tǒng) 消除名字相關、數據相關、控制相關的算法有些應用問題，如果算法上有突破，不需要高性能的系統(tǒng)結構，而在普通的系統(tǒng)上就能得到解決。許多算法還有改進的余地，通過算法的研究能夠大大提高系統(tǒng)的性能。應用程序設計者只有了解系統(tǒng)結構，才能設計出高效率的程序。系統(tǒng)結構設計者應該研究一類算法，設計一種系統(tǒng)結構，使所有這類問題在此結構上都能很好解決。第一章基本概念計算機系統(tǒng)結構的定義計算機系統(tǒng)的評價標準計算機系統(tǒng)的設計方法計算機系統(tǒng)結構的發(fā)展計算機系統(tǒng)的分類計算機系統(tǒng)的分類常見分類方法 1. 按大小劃分種類：巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機等。劃分原則：以性能為表征，按價格來劃分存在問題：劃分的標準是隨時間而變化 2. 按用途劃分種類：科學計算、事務處理、實時控制、工作站、服務器、家用計算機等。劃分原則：科學計算：浮點計算速度；事務處理：字符處理、十進制運算；實時控制：中斷響應速度、 I/0能力；工作站：圖形處理能力發(fā)展方向：具備上述所有功能的通用處理機 3. 按數據類型劃分種類：定點機、浮點機、向量機、堆棧機等 4. 按處理機個數和種類劃分種類：單處理機、并行處理機、多處理機、分布處理機、關聯(lián)處理機、超標量處理機、超流水線處理機、 SMP（對稱多處理機）、 MPP（大規(guī)模并行處理機）、機群（ Cluster）系統(tǒng)等 5. 按所使用的器件劃分種類：第一代 (Valve) 第二代 (Transitor) 第三代 (SSI和 MSI) 第四代 (LSI和 VLSI) 第五代 (智能計算機 )等按并行度的分類方法 1. 佛林（ Flynn）分類法 1966年由提出按照指令流和數據流的多倍性特征對計算機系統(tǒng)進行分類指令流：機器執(zhí)行的指令序列數據流：由指令流調用的數據序列，包括輸入數據和中間結果多倍性（ multiplicity）：在系統(tǒng)性能瓶頸部件上同時處于同一執(zhí)行階段的指令或數據的最大可能個數四種類型單指令流單數據流 SISD (Single Instruction Single Datastream)。單指令流多數據流 SIMD (Single Instruction Multiple Datastream)。多指令流單數據流 MISD (Multiple Instruction Single Datastream)。多指令流多數據流 MIMS (Multiple Instruction Multiple Datastream) SISD 典型單處理機，包括：單功能部件處理機： IBM1401， VAX11 多功能部件處理機： IBM360/91， 370/168，CDC6600 流水線處理機：標量流水線處理機 CU PU MM IS DS SISD SIMD：并行處理機、陣列處理機、向量處理機、相聯(lián)處理機、超標量處理機、超流水線處理機、 ... 多個 PU按一定方式互連，在同一個 CU控制下，多各自的數據完成同一條指令規(guī)定的操作；從 CU看，指令順序（串行）執(zhí)行，從 PU看，數據并行執(zhí)行。全并行： IILIAC IV、 PEPE、 STAR100、ASC、 CRAY 字并位串： STARAN、 MPP、 DAP PU MM IS DS1 SIMD CU PU PU DS2 DSn MM …… MISD 幾條指令對同一個數據進行不同處理，實際上不存在 MIMD 多處理機系統(tǒng) ，包括：緊密耦合： IBM308 IBM308 UNIVAC1100/80 松散耦合： D82 Cmmp、 CRAY2 MM DS MISD PU IS1 CU MM …… PU IS1 CU PU IS1 CU …… …… MM MIMD PU IS1 CU MM …… PU IS1 CU PU IS1 CU …… …… DS1 DS2 DSn Flynn分類法得到廣泛應用 SIMD、 MIMD、 SPMD… 主要缺點： (1) 分類太粗：例如，在 SIMD中包括有多種處理機對流水線處理機的劃分不明確標量流水線為 SISD，向量流水線為 SIMD (2) 根本問題是把兩個不同等級的功能并列對待；通常，數據流受指令流控制，從而造成 MISD不存在 (3) 非馮計算機的分類？其他新型計算機的分類？本章重點 1. 計算機系統(tǒng)結構的定義及研究對象 2. 計算機系統(tǒng)的層次結構 3. 評價計算機系統(tǒng)的常用方法 4. 馮諾依曼結構及其發(fā)展 5. 透明性、系列機、兼容性、模擬與仿真等基本概念 6. 了解計算機系統(tǒng)的分類方法練習題： 1 .10

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