计算机系统结构-Read.ppt

第1章 计算机系统的设计基础;1.1 计算机系统的基本概念;（1）由运算器、控制器、存储器、输入和 输出 5 个部件组成，简化为 CPU-I/O-M/S;（2）由硬件和紧密相关的软件组成 ;（3）由人员(People)、数据(Data)、设备(Equipment)、程序(Program)、规程(Procedure) 5 部分组成;计算机系统结构 （Computer Architecture) ;耶耳恩.乌特松;国家大剧院; 由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所、ARUP工程顾问公司及中国建筑设计研究院共同设计的“鸟巢”方案。;焰火;雅典奥运会场馆;;沈阳奥林匹克体育中心 ;奥林匹克公园网球场;奥体中心;;北京大学体育馆;① 在有限造价且满足功能要求情形下，尽可能达到最高性能——通用计算机设计目标 通用计算机系统设计是在限定的造价范围内采用先进的计算机体系结构和生产技术，制造出具有高性能价格比的计算机系统，使新型计算机具有最高的性能。 ② 强调高性能不惜代价——专用计算机设计目标 ;1.2 计算机系统结构的发展;1.2.1 计算机技术的发展;? 器件的变革是计算机提高性能的主要途径;;;;;;;计算机的性能每隔18个月就会增长1倍;存储器的容量、集成度每三年翻两翻，Disk速度每10年翻三翻;目前最快的计算机;;;;超级计算机;蓝色基因(Blue Gene);;;曙光超级计算机;（4）建设远程教育和视频会议系统;视频会议系统将建设会议中心、控制中心及110余个分会场，支持各类政务会议、学术会议的召开，提高工作效率，建立新型政务工作模式。 ;应用领域;目前研究目标——千万亿次超级计算机;据国外媒体报道，IBM表示在计算机上已经用光学芯片成功取代原来的电子芯片，处理器的速度也有了显著提高，这表明人们离实现超级计算机的梦想越来越近。这项技术不仅使核心存储器之间传递信息的速度提高百倍，更能大大降低产品的成本，同时达到节能的效果，解决芯片发热的问题。 ;必威体育精装版排名;TOP500前十名榜单：;1.2.2 传统机结构特点及其演变;冯.诺依曼计算机的主要特点： （1）存储程序方式 （2）指令串行执行，并有控制器加以控制 （3）存储器是定长一维线性编址 （4）使用低级机器语言，数据以二进制形式表示 （5）单处理器结构，以运算器为中心;1.冯.诺依曼结构以数值计算为主，因而对自然语言，图像、图形符号处理的能力较差； 2.程序算法从整体上是顺序型的，限制了并行操作的发挥，使计算机速度的提高不能取得根本性的突破； 3.软件系统越来越复杂，正确性无法保证，软件生产效率低； 4.硬件投资较多，可靠性差，在体系结构发展上受到限制。 5.要求使用计算机的人员既要懂专业知识，又要懂编程。 ;存在两个瓶颈;针对传统计算机结构模式的演变;1.2.3 系统结构的发展;系统结构的概念及处理技术 变址寄存器、通用寄存器、浮点数据表示、程序中断、输入输出通道、虚拟存储器、Cache存储器、共享存储器、系列化、微程序设计技术、流水技术、向量处理、并行处理等; 器件对系统结构发展的影响;器件的发展使得系统结构技术“下移”速度加快。;器件的发展会影响到算法、语言和软件的发展。;;应用对系统结构发展的影响;软件对系统结构发展的影响;计算机系统的软硬件成本变化; 1. 统一高级语言 2. 采用系列机方法 3. 模拟与仿真;2. 采用系列机方法 系列机：由同一厂商生产，系统结构相同、组成和实现不同的不同档次（速度、容量、成本和可靠性）的机器。 IBM公司的360、370系列计算机 DEC公司的PDP-ll系列机 Intel公司的80X86系列微型计算机;系列机方法只是解决了系统结构相同的计算机之间的软件移植。 系列机方法也限制了系统结构的发展。 ;系列机要求 ：向上兼容、向后兼容 ;;仿真：直接用微程序去解释另一台系统结构不同的机器的指令系统，以实现软件的移植。;机器（计算机）：能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的执行体 计算机语言：是用以描述控制流程的、有一定规则的字符集合;硬联逻辑电路;高层机器级语言：功能强大，速度慢，使用方便；;透明性Transparency;固件;虚拟计算机的组成;;计算机系统结构的定义; 计算机系统结构是“从程序员的角度所看到的系统的属性”;计算机系统结构的基本属性;计算机组成Computer Organization;计算机组成的基本属性;计算机实现Computer Implementation;举例;系统结构、组成和实现相互关系;是否设置 乘方/开方指令