高级计算机体系结构-课程复习与总结ppt课件.ppt

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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

2、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.CPUAGP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UnivacLARCCDC1604IBM7030第三代(1965-1974)SSI和MSI、多层印刷电路、

3、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、DECPDP-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、IBM3090、DECVAX9000、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、网络可扩展并行与分布处理SGICrayT3EIBMxServerSunE10000多核技术日趋成熟2008,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4亿100

4、0万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:MemoryWall）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/Owall)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总线频率技术挑战与体系结构设计交叉融合性能/价格设计技术挑战与

5、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L1CacheInstructionSetArchitectureL2CacheDRAM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

6、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300-50005000-500000010-10000微处理组件价格50-500200-100000.01-100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

7、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）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