系统结构_复习【参考】.docVIP

第一章 计算机系统结构的基本概念 1986年到2002年，体系结构进步主要依赖于什么技术？ 出现RISC技术、依靠指令级并行和Cache 2002年以后，计算机性能提高速度降低的原因是什么？2002年以后，由于功耗，指令级并行和存储延迟进展缓慢，性能提高降到20%。这一时期线程级并行和数据级并行成为主要的改进方向 现代计算机为什么不再采用微型机、小型机和大型机的分类方法？现在如何分类？ 小型计算机已经被基于微处理器的服务器取代，多处理器系统已经取代了大型机，甚至巨型机也可以由多个高性能微处理器(集群)构成； 目前一般把计算机分为3类： 1 桌面计算机：追求性价比为主 2 服务器：可靠性和可扩展性是关键 3 嵌入式计算机：以最低价格满足实际性能要求，实时性、最小的存储器和最小的功耗是其关键特性 不同角度所看到的计算机系统的属性是不同的，对不对？对，从不同角度所看到的计算机系统的属性是不同的，它是一个”虚拟计算机”。 主要观察角度包括：应用程序员，系统程序员，硬件设计人员。 对计算机系统的认识通常只需要在某一个层次上。 透明性的判断（判断题）定义：本来存在的事物或属性，从某种角度看似乎不存在 例如：CPU类型、型号、主存储器容量等对应用程序员透明对系统程序员、硬件设计人员等不透明 例如：浮点数表示、乘法指令对高级语言程序员、应用程序员透明对汇编语言程序员、机器语言程序员 不透明 例如：数据总线宽度、微程序对汇编语言程序员、机器语言程序员 透明对硬件设计人员、计算机维修人员不透明。 理解系统结构的概念计算机系统结构定义一：程序员所看到的计算机系统的属性, 即概念性结构和功能特性 程序员：系统程序员（包括：汇编语言、机器语言、编译程序、操作系统） 看到的：编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解到的。 计算机系统结构定义二： 计算机系统由软件、硬件和固件组成，它们在功能上是同等的 同一种功能可以用硬件实现，也可以用软件或固件实现 计算机系统结构研究的是软硬件功能分配和对软硬件界面的确定。 计算机系统结构、组成和实现 计算机组成是指计算机系统结构的逻辑实现（确定功能部件的并行度；设计缓冲和排队策略等）；计算机实现是指计算机组成的物理实现（处理机、主存储器等部件的物理结构等）； 三者关系：三者各自包含不同的内容，但又有着紧密的联系。一种系统结构可以有多种组成，同样，一种组成可以有多种物理实现。系统结构设计不应该对组成、实现技术的采用与发展有过多或不合理的限制；计算机组成与实现是可以折衷权衡的；系统结构的设计与硬件的设计不可混淆；三者的内容不同时期会有所变化。 关系：外特性 ——— 内特性 ——— 物理实现１：ｎ１：ｎ 当前体系结构的研究已远超了指令集体系结构，对不对？ 对，过去体系结构通常指指令系统的设计，实际上是指令集体系结构，由于计算机应用领域的扩展，计算机体系结构的研究已经扩展到许多组成和实现的内容。 学会系统结构的3种分类方法 1 弗林(Flynn)分类法 通过指令流(Instruction stream,IS) 和数据流(Data stream，DS)进行分类SISD(Single IS Single DS)，SIMD(Single IS Multiple DS) MISD(Multiple IS Single DS)，MIMD(Multiple IS Multiple DS) 2 冯氏分类法冯氏分类法按最大并行度分类 最大并行度(Pm)指单位时间内能处理的最大二进制位数，可分为： 字串位串WSBS(Word serial and bit serial)；字并位串WPBS(Word parallel and bit serial)；字串位并WSBP(Word serial and bit parallel )；字并位并WPBP(Word parallel and bit parallel) 3汉德勒(H?ndler)分类法根据并行度和流水线提出的一种分类法。 t(系统型号)=(k,d,w)：程序控制部件(PCU)的个数k；算术逻辑部件(ALU)或处理部件(PE)的个数d；每个算术逻辑部件包含基本罗辑线路(ELC)的套数w，如加法器位数。 t(系统型号)＝(k×k‘,d×d’,w×w‘) ：有流水线：：k表示宏流水线中程控部件的个数； d表示指令流水线中算术逻辑部件的个数；w‘表示操作流水线中基本逻辑线路的套数。 Cray1有1个CPU，12个相当于ALU或PE的处理部件，最多8级流水线，字长为64位，可以实现1～14位流水线。表示为：t(Cray1)＝(1，12×8，64(1～14))。 学会计算加速比 Amdahl定律 Amdahl定律认为：系统中改进某一部件对整个系统性能的提高与这种部件的使用