计算机系统中的最基本概念,计算机系统结构—第一章（基本概念）.ppt

计算机系统结构—第一章(基本概念)

* * * * * * 模拟和仿真 本章内容>>计算机系统结构的发展>>软件对系统结构的影响>>实现软件可移植性 在实际应用中，通常将模拟和仿真这两种方法混合使用。 频繁使用的指令→仿真 难以仿真的指令→模拟 3 之 3 应用领域的演变 本章内容>>计算机系统结构的发展 军事、科学研究 生产过程控制、行政管理 家庭、个人 领域 时间 医疗卫生、交通指挥、商业 4 之 1 计算机的演变 本章内容>>计算机系统结构的发展 专用机 通用机 高性能专用机 高性能通用机 4 之 2 性能和价格关系的处理 本章内容>>计算机系统结构的发展 问题 用户的性能/价格要求决定厂商的生产决策。 方法 维持价格不变，利用新型器件提高机器性能(水平实线) 保持性能基本不变，利用低成本器件降低机器价格(等性能线) 价格(对数) 时间 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 亚微型机 微微型机 t-3 t-2 t-1 t t+1 t+2 红虚线：等性能线 4 之 3 计算机发展方向 本章内容>>计算机系统结构的发展 最高性能价格比 例如，商用机。这是计算机发展的主要方向。 最高性能 例如，银河机、曙光机，主要出于国家安全需要、科技发展需要。 最低价格 例如，家用学习机等。 4 之 4 本章内容 计算机系统的分类 佛林分类法 库克分类法 冯泽云分类法 佛林(Flynn)分类法 本章内容>>计算机系统的分类 按指令流和数据流的多倍性进行分类： 单指令流单数据流 单指令流多数据流 多指令流单数据流 多指令流多数据流 指令流 机器执行的指令序列。 数据流 由指令流调用的数据序列(输入数据、中间结果)。 多倍性 在系统性能瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。 6 之 1 单指令流单数据流(SISD) 本章内容>>计算机系统的分类>>佛林分类法 典型单处理机，包括： 单功能部件处理机：IBM1401，VAX-11 多功能部件处理机：IBM360/91，370/168，CDC6600 流水线处理机：标量流水线处理机 CU PU MM IS DS CS 6 之 2 单指令流多数据流(SIMD) 本章内容>>计算机系统的分类>>佛林分类法 例如：并行处理机、阵列处理机、向量处理机、相联处理机、超标量处理机、超流水线处理机... PU1 MM1 IS DS1 CU PU2 PUn DS2 DSn MMn …… …… CS 6 之 3 多指令流单数据流(MISD) 本章内容>>计算机系统的分类>>佛林分类法 几条指令对同一个数据进行不同处理，这种类型的计算机实际上不存在。 MM1 DS PU1 IS1 CU1 MMn …… PU2 IS2 CU2 PUn ISn CUn …… CS1 CS2 CSn DS 6 之 4 多指令流多数据流(MIMD) 本章内容>>计算机系统的分类>>佛林分类法 多处理机系统，包括，紧密耦合： UNIVAC-1100/80 、IBM3084、 IBM3081 ；松散耦合：D-825、 CRAY-2 、 Cmmp。 MM1 PU1 IS1 CU1 MMn …… PU2 IS2 CU2 PUn ISn CUn …… …… DS1 DS2 DSn CS1 CS2 CSn 6 之 5 特 点 本章内容>>计算机系统的分类 Flynn分类法能反映出大多数计算机的并行性工作方式和结构特点，得到了广泛应用，但存在下列缺点： 分类太粗 只能对Neumann型机器分类 难以完全反映系统在工作原理上的差别 无法定量描述系统的类型 6 之 6 库克分类法 本章内容>>计算机系统的分类 按指令流和执行流的多倍性进行分类： 单指令流单执行流(SISE) 典型的单处理机。 单指令流多执行流(SIME) 相联处理机、向量处理机、流水线处理机、超流水线处理机、超标量处理机、SIMD并行处理机。 多指令流单执行流(MISE) 多道程序系统。 多指令流多执行流(MIME) 典型的多处理机。 冯泽云分类法 本章内容>>计算机系统的分类 用最大并行度来对计算机系统进行分类。 最大并行度 计算机系统在单位时间内能够处理的最大二进制位数。假设同时处理的字宽为n，位片宽为m，则最大并行度定义为： Pm ＝ m × n。 平均并行度 假设每个时钟周期ti内能同时处理的二进位数为Bi，则n个时钟周期内的平均并行度定义为： 3 之 1 3 之 2 表