1、高等校正機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Computer Architecture，課程目的，“校正機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是校正機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的重要分支。 強(qiáng)調(diào)從整體構(gòu)造、系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)研究修正機(jī)系統(tǒng)。 通過(guò)本書的學(xué)習(xí)，讀者可以將在“計(jì)算機(jī)組成原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“操作系統(tǒng)”、“匯編語(yǔ)言編程”等課程中學(xué)到的軟件與硬件知識(shí)有機(jī)地結(jié)合，從而建立完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念。 教材序言、教材、張曉書等.高等教育出版社，2008.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)John L. Hennessy，David A. Patterson .中文版：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)量化研究方法(第三版) 鄭緯民湯志忠王東升譯電子工業(yè)出版社英文版： computer architect

2、ure : aquantitative approach，Third Edition機(jī)械工業(yè)出版社鄭緯民湯志忠.清華大學(xué)出版社，1998.9計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第二版)，網(wǎng)站， 張朋友的精品課程網(wǎng)站http:/www.gotos cs 252 home page http:/www-inst.eecs.B/cs 252 /北大微處理器研究開(kāi)發(fā)中心wwcomputerarchitect 第1章修訂機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的基本概念、 修訂機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的概念和發(fā)展定量分析與性能評(píng)價(jià)修訂機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的并行性1.1引言計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展：基于制造技術(shù)和設(shè)置修訂微處理器的系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)置修訂領(lǐng)域占

3、支配地位的工作站和個(gè)人計(jì)算機(jī)已成為計(jì)算機(jī)工業(yè)的主要取代以微處理器建構(gòu)的伺服器，以通用微處理器并行與資料層級(jí)并行、1.2.1修正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的階層結(jié)構(gòu)、虛擬、虛擬：以其他零件實(shí)現(xiàn)本來(lái)不存在的物件或?qū)傩?，例如虛擬機(jī)器(VM ) :軟體虛擬主節(jié)點(diǎn)、虛擬磁盤和虛擬現(xiàn)實(shí)Amdahl (阿姆達(dá)爾)在1964年推出IBM360系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出了系統(tǒng)配置概念：程序員看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屬性， 即概念結(jié)構(gòu)和功能特性thestructureofacomputerthatamachinelanguageprogrammermustunderstandtowriteacorrect (定時(shí)從屬)程序for that 透明度

4、，透明度， 透明(transparent ) :本來(lái)存在的東西和屬性，浮點(diǎn)表現(xiàn)、乘法指令等，從某個(gè)角度看似乎不存在的匯編語(yǔ)言程序員、機(jī)械語(yǔ)言程序員是不透明的，數(shù)據(jù)總線寬度、微程序：匯編語(yǔ)言程序員、 對(duì)機(jī)器語(yǔ)言程序員透明，對(duì)硬件設(shè)定訂正者，對(duì)計(jì)算機(jī)服務(wù)人員不透明的H/W，Application，H/W :硬件硬件，s/w :軟件，isa:instruucture 1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件接口指令系統(tǒng)程序員看到的計(jì)算機(jī)屬性外特性計(jì)算機(jī)配置廣義的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括經(jīng)典的指令集結(jié)構(gòu)，也包括計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)，一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以具有多種結(jié)構(gòu)或者多種物理實(shí)現(xiàn)，是否設(shè)置

5、乘方/開(kāi)方指令，邏輯設(shè)置修正1 (硬鏈路電路)，實(shí)現(xiàn)方案1 (提案2 ) 實(shí)現(xiàn)方案2 (V2，$2，T2)、實(shí)現(xiàn)方案3 (V3，$3，T3)、1.2.4修正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的分類， Flynn1966指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性分類單指令流單指令流SISD :順序處理修正機(jī)單指令流多指令流SIMD :多媒體指令和矢量修正機(jī)多指令流單指令流MISD :商用多指令流多指令流沒(méi)有系統(tǒng)的指令流程：計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令系列數(shù)據(jù)流程：指令流程所調(diào)用的數(shù)據(jù)系列的多倍性：同時(shí)處于同一執(zhí)行階段的指令或者數(shù)據(jù)的最大數(shù)，1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)定修正的定量原理1 .重點(diǎn)是定型事件(大概率事件優(yōu)先原則) 采用最適合頻繁發(fā)生情況的方

6、法，加快定型事件的速度，給最常見(jiàn)的事件賦予優(yōu)先處理權(quán)和資源使用權(quán)2 .阿姆達(dá)爾法則定義了系統(tǒng)性能的加速比(Speedup )，對(duì)修正計(jì)算系統(tǒng)的某一部分加以改善，就成為系統(tǒng)可改善比例Fe改善前、可改善部分占原來(lái)的執(zhí)行時(shí)間的比例部件加速比Se改善后、可改善部分改善后性能提高比、加速比2、改善前、改善后、未改善比例：1Fe、改善比例： Fe、Fe/Se Fe (可改善的比例)小的情況或0的情況： Sn1為Se (部件加速比)大的情況或： Sn :系統(tǒng)加速率To :在采用改進(jìn)措施之前執(zhí)行此任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間Tn :在采用改進(jìn)措施之后執(zhí)行此任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間，示例1.1是提高某個(gè)功能的處理速度的解：從主題可

7、以看出，F(xiàn)e=0.4，Se=20是Amdahl 一個(gè)修正器系統(tǒng)在采用浮點(diǎn)運(yùn)算手段之后，將浮點(diǎn)運(yùn)算速度提高原來(lái)的20倍，系統(tǒng)將執(zhí)行一個(gè)程序的整體性能提高原來(lái)的5倍，修正該程序的浮點(diǎn)操作的解：由題意可知，Se=20，Sn=5按照Amdahl的規(guī)則3. CPU性能表達(dá)式、CPU性能的影響因素、CPU時(shí)間ICCPI時(shí)鐘周期長(zhǎng)度、能夠改善的其他浮點(diǎn)操作FP所占的比例是23%，其CPI4.0。 其馀75%指令的CPI1.33修正該處理器的CPI。 如果FPSQR操作的CPI也是4.0，則再次修正CPI。 解答： CPI 11002 b3%1. 3375 %3. 92 CPI 2425 %1. 3375 %

8、2. 00在用戶程序中僅占2平方操作，機(jī)器整體的等效運(yùn)算速度提高了近一倍，例1.31，有兩個(gè)條件分支指令的設(shè)定修訂方案： CPUA CPUA的條件分支指令為22如果CPUA的時(shí)鐘周期比CPUB快1.25倍，那么哪個(gè)CPU更快？ 如果CPUA的時(shí)鐘周期比CPUB快1.1倍，那么哪個(gè)CPU更快？ 例1.32， 解答： CPIA20(0.2 CPU時(shí)間AICA1.2時(shí)鐘周期A CPUB沒(méi)有獨(dú)立的比較指令： ICB 80%ICA CPUB條件分支指令所占的比例： 20 % cpib 25 5. 25 CPU時(shí)間b80%ica1 1.25時(shí)鐘周期A CPUB . 1時(shí)鐘周期A CPU時(shí)間B ICA 1.1時(shí)鐘周期A CPU時(shí)間a，4 .由于程序的局部性原理、程序的順序執(zhí)行和程序的循環(huán)等原因，程序在之前使用的