计算机系统结构第1章剖析.pptVIP

? 器件速度与处理机工作主频 2、器件发展对组成技术的影响 ? 器件速度与指令执行时间 40多年来，器件速度提高小于104；指令执行加快108。 3、器件发展对设计方法的影响 ? 计算机组成技术下移 原来只有在巨型机、大型机种采用的技术，已经用到微型机中 ? 计算机设计方法下移 第1代计算机，几乎全部由硬件人员设计 第2、3、4代，由软件、硬件人员共同设计 将来：除器件设计之外，主要是软件设计 ? 逻辑设计方法改变 过去逻辑设计很重要，尽量节省每一个芯片，每一个门 目前的设计主要考虑：了解市场，尽量选择通用芯片、标准芯片 结构化设计，规整、易读、易诊断 1.5.1 常见分类方法 1.5.2 三种通用分类方法 1.5 计算机系统的分类 1.5 计算机系统的分类 1.5.1 常见分类方法 1、按规模划分 ? 种类：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等。 ? 划分原则：以性能为表征，按价格来划分 ? 存在问题：划分的标准是随时间而变化，每５年左右降低一个等级 2、按用途划分 ? 种类：科学计算、事务处理、实时控制、工作站、服务器、家用计算机等。 ? 发展方向：具备上述所有功能的通用处理机 3、按数据类型划分 ? 种类：定点机、浮点机、向量机等。 4、按处理机个数和种类划分 ? 种类：单处理机、并行处理机、多处理机、分布处理机、关联处理机、超标量处理机、超流水线处理机、SMP（对称多处理机）、MPP（大规模并行处理机）、机群（Cluster）系统等。 5、按所使用的器件划分 ? 种类：第一代（Valve）、第二代（Transitor）、第三代（SSI和MSI）、第四代（LSI和VLSI）等。 1、佛林（Flynn）分类法 1966年Michael J Flynn提出 按指令流和数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类 指令流：机器执行的指令序列 数据流：指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果 多倍性（multiplicity）：在系统性能瓶颈部件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数 1.5.2 三种通用分类方法 1)单指令流单数据流SISD(Single Instruction Single Datastream) MM PU CU DS IS IS 2)单指令流多数据流SIMD(Single Instruction Multiple Datastream) MM1 PU2 CU …. IS IS PUn PU1 MM2 MMn DS2 DSn DS1 SIMD 并行处理机多个PU按一定方式互连，在同一个CU控制下，多数据完成同一条指令规定的操作；从CU看，指令顺序（串行）执行，从PU看，数据并行执行 3)多指令流单数据流MISD(Single Instruction Multiple Datastream) PU2 CU1 …. IS3 IS1 PUn PU1 MM DS DS CU2 CUn …. IS2 MISD 几条指令对同一数据进行不同处理 4)多指令流多数据流MIMD(Single Instruction Multiple Datastream) PU2 CU1 …. IS3 IS1 PUn PU1 MM1 DS1 CU2 CUn …. IS2 MM2 DS2 MM2 DS2 IS1 IS2 IS3 多处理机 ? 主要缺点： (1) 分类太粗 例如：在SIMD中包括有多种处理机 对流水线处理机的划分不明确， 标量流水线为SISD，向量流水线为SIMD Flynn分类法得到广泛应用 (2) 根本问题是把两个不同等级的功能并列对待 通常，数据流受指令流控制，从而造成MISD不存在 1972年美籍华人冯泽云提出， ? 用最大并行度来对计算机系统进行分类。 最大并行度：系统在单位时间内能处理的最大二进制位数 字宽n，一个字中同时处理的二进制的位数； 位宽m，一个位中能同时处理的字数。 则最大并行度定义： Pm ＝ m ? ｎ 2、冯泽云分类法 (1)字串位串WSBS(Word Serial and Bit Serial) 串行计算机； m＝1,ｎ＝1；如：EDVAC(1, 1) (2)字并位串WPBS(Word Parallel and Bit Serial) 传统单处理机； m＝1,ｎ 1； (3)字串位并WSBP(Word Serial and Bit Parallel) 并行计算机、MPP、m 1,ｎ＝1； (4)字并位并WPBP(Word Parallel and Bit Parallel) 全并行计算机；m 1, ｎ 1；如：ASC(64, 32)， IILIAC IV(64,