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计算机系统结构59288

其中PCU相当于一个处理器或CPU；ALU相当于一个功能部件或是阵列机中的一个处理单元(PE)；BLC (Bit Live Circult-位级电路)相当于ALU中要进行一位运算时所需的组合逻辑电路。 风格的概念与分类学系统有紧密关系，但它不象分类学那样严格的进行划分。计算机系统结构可依照一些合理的、已有确切说明的风格来加以描述，例如面向堆栈系统结构，面向对象系统结构，面向寄存器系统结构。 有关风格的概念，不仅体现在系统结构上，也体现在计算机系统的设计和实现方面，如指令系统的CISC和RISC设计风格。 本节讨论计算机系统设计中应遵循的一些重要定量原理和应注意的现象。 这是最重要也是最广泛采用的计算机设计准则。因为加快处理频繁出现事件对系统的影响远比加速处理很少出现事件影响要大的多。例如，在CPU中，进行两个数相加时，不发生溢出的情况比发生溢出的情况频繁。因此，设计时应优化不发生溢出情况，加快其执行速度，而对溢出情况则不必过多考虑，因为出现溢出的情况概率很小，即使发生了，处理的慢一些对系统性能影响不是很大。问题是必须考虑频繁事件如何确定以及如果对它进行加速处理，在性能上能获得多大提高？ 拟修改： re：采用增强功能措施“是”不采用增强功能措施的执行倍数。因为如果是“加快”，那么改进后比未改进前加快1倍即re=1(实为原来的2倍)，用SP公式计算 SP=1/[(1─ fe)+ fe/ re] =1/[(1─ fe)+ fe/1]=1等于未加速，不见效果。 从图表可知，为使系统获得较高性能加速比，则功能性能增强部分fe必须占较大的比例，否则增强该功能性能就没有多大意义。 统计资料表明：一个芯片上晶体管数大约每年增加25%，因此每三年可增加一倍；器件开关速度基本类似；DRAM的密度每年增长约60%，因此每三年将增长三倍；访问存储器的周期改进相应较慢，每十年约减少1/3；硬盘密度每年增加25%，每三年增加一倍，访问时间每十年约减少1/3。 早期的计算机主要以运算器为中心，此外还有控制器、存储器以及I/O设备。所有的I/O活动都必需经过运算器。存储器中存放指令及数据。这是由von Neumann首先提出来的，故称冯·诺依曼计算机。 指令中数据的访问地址通常不是有效地址，必须经过各种变换和运算后才能得到真正的有效地址。 例如：A(3：4)在Frotran语言中规定存放顺序是 a11 a12 a13 a14 ↓ ↓ ↓ ↓ a21 a22 a23 a24↓ ↓ ↓ ↓ a31 a22 a33 a34 计算按列排放方法的矩阵Am×n 中 a(i，j)的存储位置距起始位置公式是k=(j-1)×m+i a2，3的k=(3-1)×3+2=8 以上三项主要是为了更好地支持高级语言。 这一项是为了更好支持对复杂数据结构对象的访问 以上⑴～⑺主要是为了提高处理速度，其中的最后两项还超出了原来冯·诺依曼型计算机基本结构的范围。 以上各种改进措施的实现，使计算机系统结构从原来的以运算器为中心逐步演变为以M·M为中心。 早期计算机不分“型”，随着各种不同的应用要求和对计算机性能与价格的不同要求，逐步将计算机按“型”加以区分。 它有两种形式，一种是向量计算机，另一种是并行计算机。由于向量机通用性能更好，成为主流巨型机。 上世纪90年代，计算机系统按销售及性能和成本加以分型，形成一座金字塔。 最初的并行处理手段主要是在单机系统基础上发展起来，已比较成熟，如指令和运算操作流水、多道程序、多功能部件、向量流水等技术的运用，使单机性能达到了很高水平，但以后该机性能呈饱和趋势，从而在70年代到80年代又出现多处理机系统，但一般还是小规模的，从2个到16 个，以后又发展到32个和64 个甚至更多的处理机方向发展。 80年代中后期出现了新一代RISC计算机，侧重开发指令级的细粒程度可并行性。出现了超标量(Super scalar)，超长指令字(VLIW)以及超级流水(Super pipeline)等机器，使得在一个机器周期内可以发动两条以上指令，从而使RISC微机性能有了更大幅度的提高。 颗粒(Grain)指程序段中的指令数 系统结构的革命性发展导致了70年代数据流计算机的出现，以及需要驱动计算机，乃至初等智能计算机出现，预计21世纪将会在这方面有较大的发展和新的突破。 粒度：计算机处理问题的单位大小； 细粒度：指处理单位为指令或指令中操作； 粗粒度：指处理单位为进程，任务或作业。 早期计算机系统，由于硬件