【文档说明】计算机组成与系统结构汇总课件.ppt，共(36)页，827.001 KB，由小橙橙上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-76853.html

以下为本文档部分文字说明：

计算机组成原理教师姓名:潘伟峰单位:黄冈市广播电视大学EMAIL:pwf73dj@163.com第一章概论第一节基本构成图1-1计算机的基本结构存储器输出输入运算器控制器数据线路控制信号基本概念寄存器存储器容量字字节字长指令程序CPU

主机总线二、计算机的软件系统软件操作系统编译程序解释程序应用软件音像处理，印刷排版，CAD，数据处理，控制软件，信号处理DSP三、语言及其编译语言不是软件机器语言(000001010)汇编语言(ADDR1,R2)高级语言(A=A+B)源程序文

件编译程序/汇编程序目标程序文件swap(intv[],intk){inttemp;temp=v[k];v[k]=v[k+1];v[k+1]=temp;}汇编程序编译程序swap:sll$2,$5,2add$2,$4,$2lw$15,0($2)lw$16,4($2)sw

$16,0($2)sw$15,4($2)jr$3100A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS机器语言程序MIPS汇编语言程序高级语言程序编译过程词法分析语法分析

生成中间代码代码优化生成目标代码第二节系统结构的概念一、概念三个层次：–计算机实现——器件选择，机械、封装、印板、机箱、电源、冷却设计–计算机组成——逻辑设计–计算机系统结构——外特性设计相互关系应用程序操作系统系统结构实现指令系统组成编译系统结构的例子系统结构产

品DigitalAlpha(V1,V3)1992-97DEC21064,21164,21264HPPA-RISC(V1.1,V2.0)1986-96HP3000(930,950),HP9000(800,850)P

A7100,PA8000SunSparc(V8,V9)1987-95TISuperSPARCTMS390Z50(inSunSPARCstation20)MIPSMIPS2000,3000,4000,8000,10000(inSGIworkstation)IBMPowerPCPPC750,740

,604,603,601,RS/6000IntelIA-32,IA-641978-96I386,I486,P,PII,PIII,P4,ItaniumAMDx86-64SledgeHammer系统结构的研究范围外特性——指令系统、数据表示

、寻址方式、寄存器集界面设计——确定硬件功能。新型系统结构设计——并行性、数据流、推理机、神经网性能成本评价——运算速度、存储容量、I/O带宽发展趋势：并行性并行性——同时性，并发性并行机型：–标量机–向量机–阵列机–

多处理机计算机、处理机与处理器系统结构分类——按并行性(a)SISD结构(b)SIMD结构(c)MISD结构(d)MIMD结构图1-3Flynn分类法中四种系统的基本结构MMmMMmMMmMM2MM2MM2MM1MM1MM1MMPUnPU2

PUnPUnPU2PU2PU1PU1PU1PUCUCUnCUnCU2CU2CU1CU1…………………CU二、语言与系统结构的设计语言的分类：–过程式–函数式–逻辑推理式语言的影响：–计算模型–软硬件界面

三、软件与系统结构的设计编译的影响：–数据的存储结构（如堆栈）–指令集的特征–控制结构（指令调度）堆栈及其实现——寄存器堆栈操作：push:SP=SP+1;R[SP]=Data;if(SP==0)Full=1;Pop:Dat

a=R[SP];SP=SP-1;if(SP==0)Empty=1;FULLEMPTYSPCB标志寄存器号3210A堆栈及其实现——存储器堆栈例：fa(inta,b,c){inti,j,k;…fb(i-j,k-i)…}ARPCSP程序区数据区堆栈区4000k-ii-

jcba3000向上生成20001000地址三、软件与系统结构的设计（续）操作系统的影响–系统服务机制、–存储管理、–进程同步和切换、–故障诊断所有这些都需要硬件支持四、应用与系统结构的实现应用领域：–科学计算–工程计算–信息处理应

用的影响：–数据及运算类型–算法–计算模型（数据流，归约，模式匹配）–性价比（微机vs大型机，专用机vs通用机）五、器件与系统结构的实现器件类型：–电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路器件的影响–软硬件的功能分配（浮点数计算，多媒体数据计算）–结构设计（cache）–开

发手段——标准芯片，可编程芯片，全用户芯片第三节性能评价一、方式–分析，模拟，测试二、指标–响应时间、吞吐率、可扩展性、可编程性、可靠性、性价比三、简单的分析方法CPU时间的计算TITcpuncCPICPICPIiiiniinII11其中：Ii是

第i种指令的数量CPIi是第i种指令的执行周期数MIPS指标MIPSCPICPIITIITRNENNcc101010666Rc:时钟速率MIPSMIPSvrefvrefTT局限性：标

量机，指令的差异MFLOPS指标610MFLOPSEFNTI正则化值局限性：CPU的性能（而不是整体性能）四、测试方法选择工作负载–指令混合–核心程序–合成程序–应用程序测试运行统计结果问题：•设计算机执行程序A的时间为1秒，执行程序B的时间为2

秒，程序A和程序B的执行指令数均为106条，问该计算机的平均性能。统计结果算术平均AnRnTnTTTmiiinnin11111111211()几何平均GRTRRRmiinniinnnnnn()(

)11112111GXGYGXYmmm()()()调和平均HnRnTnTTTmiiniinn11112几何平均的特点：在对各种机器性能比较进行性能规格化过程中，不论取哪一台作参考机，均能保持比较结果的一致性。例：设有计算机A,B,C，运行程序

1和2。以A机为参考机，结果如下：程序A机B机C机1120.5210.52Am(A)=1,Am(B)=1.25,Am(C)=1.25以B机为参考机，则结果如下：程序A机B机C机10.510.252214Am(A)=1.25,Am(B)=1,

Am(C)=2.125加权平均AwRwTmiiiiinin11GRRRRmiWiinwwnwn11122HwRwTwTwTwTmiiiniiinnn111111122wiin11五、阿姆达尔定律STTffrpoeeee11T0T

e1-fefefe/re习题：6、7、8、9第四节系统的可靠性一、基本概念错误(error)：引起故障的因素（如固定为1）故障(fault)：由系统中的错误引起的紊乱现象（显现的错误）失效(failure)：故障导致的系

统丧失功能的情况（浴盆曲线）避错：避免错误的发生容错：使错误不引起故障，有故障时系统不失效二、技术指标可靠性：不发生故障的概率当失效率为常数时：Rtet()称为失效率tR(t)二、技术指标（续）平均无故障时间(

MTTF：meantimetofailure)MTTFRtdtetdtet()00011•例：设系统的平均无故障时间是104小时，问该系统正常工作1小时的可靠性是多少？•解：因MTTF=104,故=10-4,R(1)=e-0.0001=0.99二

、技术指标（续）平均故障间隔时间(MTBF：meantimebetweenfailure)MTBF=MTTF+MTTR=1/+1/m其中MTTR为平均修复时间1/mm称为修复率二、技术指标（续）可用性A

ssMTTFMTTFMTTR111///mmm