浙江工商大学-计算机体系结构-第1章计算机体系结构概述.ppt

计算机体系结构第1章计算机设计基本原理? 简介计算机技术在近 60 年时间内性能飞速发展前 25 年: 以 25%/ 年速度增长 70 年代末:以 35%/ 年速度增长 80 年代初:精简指令集计算机(RISC) 出现, 使得计算机性能每年以超过 50% 速度增长。 简介? RISC ( Ruduced Instruction Set Computer ) 诞生于 80 年代初期,关注两种关键的实现技术: 指令级并行和 Cache 的使用指令级并行:流水线?多发射指令 Cache :高速缓存,简单组织?复杂结构及优化 简介?自 2002 年始,性能增长率降到每年 20% 的水平( P2 图 ) 原因: 1)风冷芯片的最大功耗 2 )指令级并行发掘近极限 3 )存储器时延无法再降低 简介?本课程特色主要从系统结构的角度和编译器的改进方面来定量分析计算机系统性能在 20 世纪快速增长的原因,此外,还关注面临的挑战及潜在的方法和技术。核心内容:计算机量化研究方法对程序的观察实验和模拟 计算机的分类?桌面计算机占有市场最大份额,从低端到高端不等, 性价比是设计者关注的焦点,桌面计算机是最新、最高性能微处理器和低成本微处理器最先应用的领域 计算机的分类?服务器提供更大规模及更可靠文件与计算服务,万维网的出现加速了这种服务服务器注重以下特性: 1)可靠性最关键,必须保证长期运转,不能出现故障,否则后果很严重,会造成重大经济损失( P4 图 ) 2 )可扩展性随服务需求或功能需求能随之扩展 3 )吞吐量单位时间处理的事务数要越多越好 计算机的分类?嵌入式计算机增长最快,智能设备随处可见,其处理能力和价格覆盖范围很广。嵌入式应用的特点: 1 )实时性如数字机顶盒,视频帧处理时间必须有限 2 )最小化存储器需求涉及到代码量大小问题 3 )最小化功耗需求优化功耗同样重要 计算机系统结构定义?定义早期的计算机系统结构通常是指指令系统设计,计算机设计的其他方面则称为实现这种定义忽视了计算机实现技术面临的挑战回顾:指令集系统结构 计算机系统结构定义?指令集系统结构指令集系统结构( ISA , Instruction Set Architecture )指的是可见的实际指令系统, ISA 作用相当于硬件和软件之间的分界包含以下内容: 1) ISA 分类归类为通用寄存器系统结构,其操作数是寄存器或者存储器地址, 16/32 位通用寄存器或浮点寄存器