计算机体系结构(张晨曦)_第1章_PPT.ppt

计算机系统结构 第一章 基本概念 计算机系统结构 Computer Architecture 包仲贤 兰州理工大学计算机与通信学院 1. 课程名称 Computer Architecture 计算机系统结构 计算机体系结构 2. 研究内容 从外部来研究计算机系统 使用者所看到的物理计算机的抽象 编写出能够在机器上正确运行的程序所必须了解到的计算机属性 3. 学习目的 建立计算机系统的完整概念 学习计算机系统的分析方法和设计方法 了解计算机系统的必威体育精装版研究成果 5. 与其他学科的交叉 学科交叉：计算机组成、操作系统、汇编语言、数据结构、微计算机技术、计算机网络、…… 新内容：超标量处理机、超流水线处理机、VLIW处理机、向量处理机、并行处理机、多处理机、互连网络、…… 计算机系统结构正处于变革时期 软件-系统结构-实现技术, 两头发展快中间慢 非冯计算机正兴起 系统结构的发展时期已经到来 6. 课程安排 课内：48学时， 课内外比例：课内1：课外1 除完成作业之外，还要多看参考书 了解国内外必威体育精装版研究成果 7. 教材和参考书 教材： 张晨曦 计算机体系结构(第二版) ，高等教育出版社 参考书： （1）郑伟民 汤志忠 计算机系统结构(第二 版) ，清华大学出版社 （3）李学干 计算机系统的体系结构 清华大学出版社 (2)David A. Patterson and John L. Hennessy, Computer Architecture: A Quantitative Approach 3 Ed. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers 中文：计算机系统结构：一种定量的方法 计算机系统的发展 冯·诺依曼结构 器件发展的影响 应用发展的影响 改进算法的影响 冯·诺依曼结构 Van Nenmann基本思想于1936年～1946年期 间形成，由冯·诺依曼等人于1946年提出 1. 特点: 存储程序、运算器为中心、集中控制 存储器是字长固定的、顺序线性编址的一维结构，每个地址是唯一定义的。 4096个字、40位。 由指令形式的低级机器语言驱动。 指令顺序执行，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。 运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传送都途经运算器。 运算器、存储器、输入输出设备的操作以及它们之间的联系都由控制器集中控制。 2. 现代处理机对冯·诺依曼结构的改进 不变的：存储程序 改变的：存储器为中心, 总线结构, 分散控制分布处理 从基于串行算法变为适应并行算法，出现了向量计算机，并行计算机、多处理机等 流水线处理机，超标量处理机，超流水线处理机，超标量超流水线处理机 数据库计算机和知识库计算机 专用计算机，如过程控制计算机为获得高可靠性而研制容错计算机 功能分散化、专业化，出现了各种分布计算机、外围处理机、通信处理机等 总线结构，分散控制 总线： 连接计算机各功能部件的连线和管理信息传输规则的逻辑电路称为总线。 特点：在任何时刻，只能有一个部件向总线上发送信息，可以有多个部件同时接收信息。 组成： 数据总线、地址总线、控制总线。 单总线结构 双总线结构 三总线结构 3. 非冯计算机的发展 什么是非冯计算机？非指令驱动，… 从传统的指令驱动型改变为数据驱动型，出现了数据流机计算机。 从传统的指令驱动型改变为需求驱动型，出现各种图归约计算机。 处理非数值化信息的智能计算机，自然语言、声音、图形和图象处理,虚拟现实处理等 第五代计算机，由推理机和知识库机等组成。历经10年，召开过多次专题国际会议。 神经网络计算机，仿生计算机，… 器件发展的影响 1. 第1代至第4代计算机以器件来划分 第一代：电子管(Valve) 第二代：晶体管(Transistor) 第三代：集成电路(LSI) 第四代：大规模集成电路(VLSI) 第五代：智能计算机？（高性能微处理器高密度电路） 第五代计算机以什么作为标志来划分？ 第五代计算机什么时候诞生？ 应用发展的影响 1. 应用需求 高结构化数值计算：气象模型,流体流动,有限元分析。 非结构化的数值计算：蒙特卡洛模拟, 稀疏矩阵。 实时多因素问题：语音识别,图象处理, 计算机视觉。 海量存储和输入输出密集问题：数据库, 事务处理。 图形学和设计系统：计算机辅助设计。 2. 三个时期 通用计算机：主要是通用科学计算 专用计算机：科学计算、事务处理、实时控制 高性能通用机：满足多种需求