《高级计算机体系结构-课程复习与总结ppt课件.ppt》由会员分享，提供在线免费全文阅读可下载，此文档格式为ppt，更多相关《高级计算机体系结构-课程复习与总结ppt课件.ppt》文档请在天天文库搜索。
1、高级计算机体系结构 课程复习与总结课程描述高级计算机体系结构是研究生的重要学科基础课、学位课。本课程从计算机体系结构的定义和描述开始，讲述提高计算机系统的性能的策略和技术，以及实现方法。结合具体计算机体系结构，采用定量分析方法讲述优化计算机系统的原理和技术。 同学的话基本知识的学习需要通过读书，计算机体系结构的研究有三条主线： 1、并行性 2、多处理机系统 3、多级存储结构对计算机系统结构如何评测，有哪些方法、定律？定性分析与定量分析的差别在哪里？课程的目的 真正理解和掌握计算机体系结构性能改进、和优化的原理和方法。学习对计算机系统分析和评价的方法。努力达到“学思结合、知行统一、融会贯通”。 课程主题体系结构研究涉及到硬件逻辑门单元模块IC电路板计算机：硬件和软件体系结构数字逻辑计算机原理操作系统数据结构场效应管数字电子技术计算机系统内部组成1235467ISAUSBPCIIDEMem.C。
2、PUAGP计算机的划代划代器件体系结构技术软件技术典型机器第一代(1945-1954)电子管和继电器存储程序计算机、程序控制I/O机器语言和汇编语言普林斯顿ISA、ENIACIBM701第二代(1955-1964)晶体管、磁芯、印刷电路浮点数据表示、寻址技术、中断、I/O处理机高级语言和编译、批处理监控系统Univac LARCCDC1604IBM7030第三代(1965-1974)SSI和MSI、多层印刷电路、微程序流水线、Cache、先行处理、系列计算机多道程序和分时操作系统IBM360/370CDC6600/7600、DEC PDP-8第四代(1974-1990)LSI和VLSI、半导体存储器向量处理、分布式存储器并行与分布处理Cray-1、IBM 3090、DEC VAX9000、Convax-1第五代(1991-)高性能微处理器、大规模高密度电路指令级并行、SMP、MP、MPP、。
3、网络可扩展并行与分布处理SGI Cray T3EIBM xServerSun E10000多核技术日趋成熟 , IBM/AMD, 45nm,原生四核计算机实现技术的发展外形图芯片图从4004的2300个晶体管到今天拥有4亿1000万晶体管的双核微处理器，从12伏特到1.2伏特，20万倍：10倍技术挑战与体系结构设计 处理器性能与存储系统性能之间存在巨大差距(存储墙: Memory Wall)技术挑战与体系结构设计 处理器的主频与I/O总线时钟频率之间存在巨大差距(I/O墙: I/O wall)0500100015002000250030003500386486-33486DX2486DX4P-100P-150P-200PII-300PIII-600PIII-800PIII-1GP4-1.5GP4-2.0GP4-2.5GP4-3.0G处理器主频 (MHz)处理器主频I/O总线频率技术。
4、挑战与体系结构设计交叉融合性能/价格设计技术挑战与体系结构设计流水线、相关消解、超标量、重排序、预测、推测、向量、DSP寻址、保护、例外处理磁盘、磁带相干、带宽、延迟猝发技术、交叉、总线协议RAIDVLSI存储器层次结构流水线和指令级并行L1 CacheInstruction Set ArchitectureL2 CacheDRAM技术挑战与体系结构设计M互连网络SPMPMPMP…拓扑、路由、带宽、延迟、可靠性网络接口共享主存、消息传递、数据并行处理器-存储器-开关多处理器、网络和互连技术挑战与体系结构设计新型计算模型、理论和计算技术光学计算机超导计算机神经计算机量子计算机分子生物计算机ISA指令集体系结构计算机系统结构的论题计算机系统结构的论题-续课程之间的关系及任务计算机的分类计算机无处不在已经实现三大主流计算机技术的分类和特征特征桌面计算机服务器嵌入式计算机系统价格300-5 000。
5、5 000-5 000 00010-10 000微处理组件价格50-500200-10 0000.01-100系统设计的关键问题性价比，图形性能吞吐量，可用性，可量测性价格、能耗，特定应用性能讨论所关注的是系统结构的改进方法和技术相关编译器的改进方法和技术核心内容：计算机设计量化研究方法的发展所使用的分析方法对程序的经验观察、实验和模拟量化研究方法CA部件的位置计算机机系统结构的基本概念计算机系统的层次结构计算机系统由硬件和软件组成从计算机语言的角度，可以把计算机系统按功能划分成多级层次结构层次模型中的每一级都对应一个机器这里的“机器”只对一定的观察者而存在系统结构等同于体系结构 CACA层次描述微程序机器M0具有L0机器语言(微指令系统)第0级实际机器传统机器M1具有L1机器语言(机器指令系统)操作系统机器M2具有L2机器语言(作业控制语言等)汇编语言机器M3具有L3机器语言(汇编语言)。
6、高级语言机器M4具有L4机器语言(高级语言)应用语言机器M0具有L5机器语言(应用语言)第1级实际机器第2级虚拟机器第3级虚拟机器第4级虚拟机器第5级虚拟机器微指令由硬件直接执行由微指令程序解释机器指令一般用机器语言程序解释作业控制语句汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言(或是某种中间语言程序，或是机器语言程序)应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言程序透明性(Transparency)不同级别的程序员所看到的是计算机系统的不同的属性。编译和解释各虚拟机器级的实现有两种主要的方法即编译和解释，或者是这两者的结合。软件和硬件在逻辑功能上是等效的。在计算机技术中，对这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看却好象不存在的概念称为透明性 。 软件兼容软件兼容:同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于有不同的运。
7、行时间向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征计算机系统结构、组成和实现 三者的关系是三个互不相同的概念计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。计算机实现是计算机系统结构和计算机组成的基础。系列机计算机在一个厂家内生产的具有相同的体系结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器如：IBM 370系列有370/115、125、135、145、158、168等一系列从低速到高速的各种型号。IBM PC 系列机 (处理器、处理器字宽、主要I/O总线、存储空间、 主要操作系统和计算机结构)处理器性能的增长时延的相对提高速度指令系统的演变三种类型指令集结构的优缺点类型优点缺点堆栈型是一种表示计算的简单模型；指令短小不能随机访问堆栈，从而很难生成有效代码。同时，由于堆栈是瓶颈，所以很难被高效地实现累加器型减小了机。
8、器的内部状态；指令短小由于累加器是唯一的暂存器，这种机器的存储器通信开销最大寄存器型易于生成高效的目标代码所有操作数均需命名，且要显式表示，因而指令比较长指令级并行--概念与挑战什么是指令级并行ILP什么是并行同时性并发性并行性主要采用3种技术时间重叠资源重复资源共享ISA的观察处理机与内存指令格式的普通例子现代编译技术概貌ISA 小结流水线可以看作随时间移动的一系列数据通路讨论的内容数据冒险(Hazard)和控制冒险带来的限制怎样增强编译器和处理器对并行的并发能力开发ILP的方法有两种：依赖硬件动态的发现和开发依赖软件在编译阶段静态地发现并执行程序和处理器对指令序列并行度的限制流水线技术附录A:机器周期取决于最慢的流水段流水线的主要障碍什么称为冒险有3类冒险结构冒险数据冒险控制冒险有停顿的流水线的性能 如何实现流水线(自学)三种数据冒险计算机系统多层次结构怎样分层、有哪些层次做作为课程内。
9、容是在哪个层次什么是透明？仿真与模拟编译与解释基本概念 12什么是系列机兼容性的描述3Amdahl/Cache定律定量分析与定性分析局部性原理指令相关数据冒险相关与冒险之间的关系基本概念-续 12并行性、同时性、并发性多处理机系统写直达、写回法3Cache一致性协议CPI、RISC、CISC计算机分类原子操作ILP、TLP带宽优于时延基本概念-续 12SPEC，测试标准及方法带宽优于时延加速比、CPU时间3衡量计算机系统性能的指标是什么提供计算机系统性能的方法主要有什么并行处理主要面临哪些挑战，可以采用什么方法解决实现并行性的技术有哪些基本知识和技术 12多处理机中产生的Cache一致性问题的原因是什么实现Cache一致性的方法主要有哪些3写无效协议写更新协议监听法采用的主要方法目录法采用的主要策略基本知识和技术-续 12衡量I/O性能的方法是什么计算机系统结构研究的主要内容是什么计算机系统性能发展的趋势是什么解释硬件和软件在逻辑上是等效的3计算机系统结构计算机组成计算机实现三者之间的关系分析和阐述指令级并行采用的主要技术主要的硬件方法主要的软件方法数据冒险有哪些类，对的相关是什么，举例说明为什么采用存储器层次结构从容量、速度、价格方面阐述存储器层次结构之间的特点多处理机技术对存储器的集中式共享和分布式共享各有什么特征？分析和阐述-续5段流水线工作原理的分析指令级并行中预测技术与推测技术有什么不同？计算机系统性能发展的趋势是什么采用模拟实验可以验证哪里理论内容若您设计一个计算机系统模拟实验，准备如何做？对CPI的计算执行时间比的计算流水线的时空图描述加速比的计算计算机设计的量化原则处理器性能公式P.31P.139应用讨论。
