第一章 计算机体系结构2010.pptVIP

应用需求的发展 （1）指令集结构必须能够适应硬件技术、软件技术及应用特性的变化。 （2）计算机的设计受两方面因素的影响：一方面是计算机现在和未来的使用方法，另一方面是下层的实现技术。 （3）软件技术的发展趋势：一方面是程序和数据所使用存储器容量的不断增大，另一方面是高级语言广泛使用。 （4）编译器成为用户界面，编译技术增加新的功能。 1.3 计算机体系结构的发展 1.3 计算机体系结构的发展 计算机实现技术的发展 （1）逻辑电路。集成度和工作频率不断提高。 （2）半导体DRAM。芯片密度不断提高，但存储周期时间减少比较缓慢。 （3）磁盘。磁盘密度快速增长。但存取时间下降比较缓慢。 1.3 计算机体系结构的发展 体系结构的生命周期 （1）任何一种体系结构是有其生命周期的，从诞生、发展、成熟到消亡。 （2）新的体系结构的诞生，往往以硬件为标志。 （3）它的发展和成熟以其配套的系统软件和应用软件为标志。 （4）一种体系结构不能满足应用的需要，这种体系结构就消亡，新的体系结构就诞生了。 1.4 定量分析技术基础 软硬件取舍问题 硬件比例↑→速度↑ →控制程序存储容量↓ →成本↑ →灵活性↓ →适应性↓ 1.4 定量分析技术基础 软件比例↑→速度↓ →控制程序存储容量↑ →成本↓ →灵活性↑ →适应性↑ 1.4 定量分析技术基础 实现费用分析： Ds: 软件一次设计费用； Dh: 硬件一次设计费用； C: 软件重复设计次数； R：软件重复使用次数； Ms: 软件重复生产费用； Mh:硬件重复生产费用； V： 同一系列机生产台数 1.4 定量分析技术基础 每次设计费用： Dh ≈ 100Ds 每次重复生产费用： Mh ≈ 100Ms 软件设计成功费用： C × Ds 每台机器硬件实现费用: Dh/V + Mh 每台机器软件实现费用: C×Ds/V+R×Ms 1.4 定量分析技术基础 分析： 1. Dh/V + Mh ＜ C×Ds/V+R×Ms 时适合硬件实现； 2. 100Ds/V + 100Ms ＜ C×Ds/V+R×Ms 软件重复使用次数R和 软件重复设计次数R越大越适合硬件生产； 1.4 定量分析技术基础 3. Ds 远大于Ms， 可取Ds ≈ 104 ×Ms, 有： 106/V +100 ＜ 104 × C/V + R 可设 C ＜ 100 有： 106/V +100 ＜ 106 /V + R 所以，只同一系列机生产台数V足够大， 就适合硬件生产 1.4 定量分析技术基础 计算机性能的评测 响应时间：计算机完成某一任务所花费的全部时间。 流量：单位时间内系统所能完成的任务量。 CPU时间：表示CPU为某个任务工作的时间。 用户CPU时间：用户程序所花费的CPU时间。 系统CPU时间：用户程序运行期间操作系统花费的CPU时间。 1.4 定量分析技术基础 测试程序 （1）应用程序（实际的和修正的）； （2）核心程序； （3）小测试程序； （4）合成测试程序。 1.4定量分析技术基础 性能设计和评测的基本原则 （1）大概率事件优先原则 对于大概率事件，赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。着重改进大概率事件的性能，能够明显提高计算机性能。 常用于指令集的优化中。 1.4 定量分析技术基础 性能设计和评测的基本原则 （2）Amdahl定律 加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。 系统加速比=改进后系统性能/改进前系统性能 或 系统加速比=改进前执行时间/改进后执行时间 1.4 定量分析技术基础 性能设计和评测的基本原则 （2）Amdahl定律（续） 系统加速比依赖于两个因素：第一，可改进部分在原系统计算时间中所占的比例；第二，可改进部分改进以后的性能提高。 说明具有高性价比的计算机系统是一个平衡的系统。 1.4 定量分析技术基础 性能设计和评测的基本原则 （3）程序的局部性原理 程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。 程序的局部性包括时间局部性和空间局部性。 1.