课堂笔记-计算机体系结构week1
- 课程主页:https://funglee.github.io/csa/csa.html
- 比计组更宏观
- 考试80%
- 作业+实验20%
- 参考书:《计算机系统结构(第五版)(李学干)》
大纲
- 基本概念
- 指令系统
- 存储体系
- IO系统
- 标量处理机
- 向量处理机
- 多处理机系统
第一章 基本概念
计算机系统结构简介
1.1.1 计算机系统层次结构
- 虚拟计算机 不同角度看计算机系统的属性是不同的
- 主要观察角度:
- 应用程序员
- 系统程序员
- 硬件设计人员
- 主要观察角度:
- 层次结构
- 应用语言 ???这层不是很懂???
- 高级语言
- 汇编语言
- 作业控制语言 ???这层不是很懂???
- 机器指令系统 ???这层不是很懂???
- 微指令系统
- 语言实现的两种基本技术
- 翻译:L3-L5高一级翻译成第一级,高一级就没用了
- 解释:L0-L2高一级一条一条变成第一级???脚本语言怎么讲???
- 解释占空间少,花时间多
- 计算机系统结构的定义:
- 透明性:本来存在的属性,从某种角度看似乎不存在。
- 定义二:计算机体系结构也称为计算机系统的体系结构。
1.1.3 计算机组成和实现
处理机、主存储器等部件的物理结构
器件集成度和速度
专用器件的设计
器件。模块、插件、底版的划分与连接
信号传输技术
电源。冷却及配等
- 指令系统 计算机体系结构
- 指令的实现 计算机组成
- 实现电路器件设计 计算机实现
- 主存容量 编制方式 计算机体系
- 主存速度逻辑结构 计算机组成
- 器件选定 组装 计算机实现
- 以乘法运算为例讲解三个等级的实现
上节回顾
- 上节课分成六个层次,每层都有自己的语言
- 0-1硬件,2-5软件
- 本课程研究软硬件界面。
新课
1.1.4
- 计算机系统结构的一些定义:
- 交界处定义模糊,要明白哪些适合硬件实现,哪些适合软件实现
- 计算机组成关注物理实现
- 体系结构决定实现哪些指令,组成关注实
- 主存容量编址方式是系统结构,物理实现是组成
1.1.5 计算机系统分类
- **性能:**巨型、大型、中型、小型、微型
- **福林:**按照指令流和数据流(操作数)的多倍性特征
- 基本概念:
- 指令流(Instruction Stream):机器执行的指令序列
- 数据流(Data Stream):由指令流调用的数据序列
- 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
- 四种类型
- 单指令流单数据流 SISD(Single Instruction Single Data stream)典型
- 单指令流多数据流 SIMD(Single Instruction Multiple Data stream)单指令数据并行
- 多指令流单数据流 MISD(Multiple Instruction Single Data stream)多指令单数据
- 多指令流多数据流 MIMS(Multiple Instruction Multiple Data stream) 多指令多数据
- 基本概念:
-
库克: 控制流执行流分类
- 单指令流单执行流
- SISE(Single Instruction Single Execution stream)
- 典型的单处理机
- 单指令流多执行流
- SIME(Single Instruction Multiple Execution stream)
- 多功能部件处理机、相联处理机、向量处理机、流水线处理机、超流水线处理机、超标量处理机、SIMD并行处理机
- 多指令流单执行流
- MISE,(Multiple Instruction Single Execution stream)
- 多道程序系统
- 多指令流多执行流
- MIME, (Multiple Instruction Multiple Execution stream
- 典型的多处理机
- 单指令流单执行流
-
冯泽云: 单位时间能处理的最大二进制位数
- 字串位串
- 字并位串
- 字串位并:一次处理一个字的多个位
- 字并位并:一次n字n位
1.2 计算机系统设计技术
1.2.1定量原理
- 哈夫曼压缩原理
- Amdahl安达尔原理
- T0 改进前任务执行时间
- Tn 改进后任务执行时间
- Sn 系统加速比
- Fe 可改进部分占比
- Se 改进部分加速比
- 可改进部分比例=可改进时间/改进前总时间
- 也即改进前步骤占比与改进后步骤占比
- 套公式计算三个数值
- CPU性能公式
- CPI等等
- 局部性原理
- 时间局部性与空间局部性
1.2.2主要任务
功能、价格、性能要求
软硬件平衡
符合趋势
1.2.3设计方法
- 由上向下:专用计算机
- 由下向上:通用计算机
- 中间开始:系列机设计,软硬功能分配合理
1.3 评价
1.3.1 性能
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主要标准:MIPS MFLOPS 基准测试程序
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MIPS
- 主要优点:直观方便
- 缺点:
- 依赖指令集
- 因程序不同而变化
- 可选硬件浮点运算编译器优化等
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MFLOPS
- 只反映浮点性能,不能反映整体
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基准程序
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性能比较
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峰值性能
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持续性能 5%-30%
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算数性能平均值:多道程序速度的平均
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调和性能平均值:速度的调和平均
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几何性能平均值:速度求积开n次方
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