最新计算机体系结构浙江课件PPT.ppt

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1、计算机体系结构浙江目录一、计算机体系结构学科发展回顾1．计算机性能高速发展及其原因2．计算机的分类3．计算机设计的任务4．技术发展趋向二、指令级并行性开发技术1．RISC与CISC2．流水线技术3．指令级并行性技术三、指令多发射技术1．指令多发射技术概述2．超标量处理器3．超长指令字处理器4．多发射处理器的技术难点四、Cache技术1．为什么要引入Cache2．为什么引入Cache能提高计算机性能？3．Cache技术的发展五、多处理器技术1． 并行计算机体系结构分类2． 集中共享存储器型多处理计算机3． 分布式存储器型多处理器计算机4． 并行处理的难点六、我国计算机体系结构研究进展各

2、年代的性能提高速率年代性能的年提高率原因1970年代初25%-30%1970年代末35%微处理器芯片广泛应用1980年代末58%RISC体系结构、Cache等创新设计技术截止2001年微处理器性能增长率RISC、Cache技术发展阶段RISC体系结构发展又可分为两个阶段早期集中发展指令级并行技术后期集中发展多指令发射技术Cache技术发展同样经历两个阶段早期集中发展Cache的原理性应用后期集中发展新的Cache组织和各种Cache性能优化技术计算机创新设计对每年58%性能提高率的贡献——超过技术进步贡献达15倍之多说明：计算机体系结构学科的重要性！！计算机性能高速提高带来的影响用户

3、拥有越来越高的性能和功能，今天最高性能的微处理器已经超出10年前超级计算机的性能。基于微处理器的计算机成为计算机设计的主流现状：PC机、工作站成为主流产品小型机被采用微处理器的服务器所代替大型机被采用数十个至上百个微处理器构成的多处理器计算机所代替超级计算机正在被成千上万个微处理器构成的多处理器计算机所代替体系结构发展的核心－定量方法近年来计算机体系结构发展的核心，也是计算机创新设计技术的核心归功于——定量方法。用定量方法进行计算机设计用定量方法作为工具分析程序实际运行结果、各类实验和仿真用定量方法寻找计算机体系结构的新思路、新技术，保证计算机性能继续按现在速率提高2、计算机的分类传

4、统的计算机分类：大型机、小型机、巨型机（或称超级计算机）按机器规模指令（字长，内外存储器容量，速度等指标），价格等指标进行分类（PC）机、工作站，服务器1980年代产生了新的机型：个人（PC）机、工作站、服务器主要按用途来分类1990年代产生了嵌入式系统：高性能家电、机顶盒、电子游戏机、手机、网络路由器、交换机等这里微处理器成为设备的一个组件，如马达所起的作用，主要不是作计算用计算机的新分类台式机服务器嵌入式计算机它们分别面向不同应用，具有不同要求，采用不同技术台式机、服务器、嵌入式系统特征对比3、计算机设计的任务计算机设计目标：应满足市场对功能的要求，同时也应满足成本，功耗和性能的

5、目标计算机设计任务指令集设计——这是传统计算机体系结构的任务，即程序员面对的（看得见的）指令系统的设计计算机组织设计——存储器设计，CPU设计，I/O总线结构设计等高层内容，同一个指令集可以对应不同组织设计硬件设计——芯片的逻辑设计、封装、冷却。相同的指令集和组织可以对应不同的硬件实现形成一个产品系列，如PentiumⅡ和Celeron，使Celeron适用于低端产品计算机体系结构学科应包含上述三方面的内容Fig1。4，p10计算机设计技术人员的任务明确具体的功能要求，因为来自市场的功能要求往往是不明确的明确最主要的任务是什么，最主要的功能往往是使用最频繁的部件，做好了最主要部件的设

6、计对提高性能影响最大。优化设计——根据不同准则来选择最优的设计方案，例如前面介绍过对于个人机、服务器和嵌入式计算机的不同优化目标4、技术发展趋向由于计算机技术发展十分快速，一个成功的指令集设计不应该因为技术发展而遭淘汰计算机体系结构设计师应预见到技术发展的趋向，在设计下一代产品时，预见到产品大规模进入市场时恰好是所用的下一代技术的性价比达到最佳的时候，从而使其设计的产品生命周期得以延长影响最大的四种关键技术集成电路技术半导体DRAM磁盘技术网络技术集成电路技术晶体管密度每年增加35%，即每4年增加4倍集成电路芯片的尺寸每年提高10%-20%综合上述两个参数，芯片的晶体管数每年提高55

7、%半导体DRAM（动态随机存取存储器）芯片密度每年递增40%-60%，即每3-4年增加4倍存取周期缩短相对较慢，每10年缩短1/3DRAM接口改进提高了存取带宽磁盘技术近年来磁盘的存储密度以每年100%速度递增，并将继续一段时间（1990年以前每年以30%速度递增）磁盘的存取周期缩短相对较慢，每10年缩短1/3网络技术网络性能与交换机和发射端的性能有关衡量网络的指标有：延迟时间和带宽等，带宽是主要指标近年来带宽提高速度较快如以太网从10Mbps提高到100