高级计算机系统结构概述ppt课件.ppt

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1、高级计算机系统结构雷航hleiuestc.edu.cn前言课程历史:现代微机系统现代微机结构高级计算机体系结构以Intel80286、80386为主Intel86系列处理器、以及其它高端处理器、RISC技术、64位处理器、总线技术等以《现代微机结构》内容为基础,进一步结合计算机硬件技术发展状况进行讨论高级计算机系统结构1、本课程的前续课程(1)微型计算机原理及应用主要内容:微型计算机的基本组成寻址方式、指令系统以及汇编语言程序设计信息存储原理、存储器组织、存储空间分配以及如何与CPU接口微机接口:查询、中断、DMA三种主要接口方式典型接口芯片:I

2、ntel8255/8253/8259/8237/8251等微机应用:如串行/并行通信、A/D和D/A转换等高级计算机系统结构(2)计算机组成原理主要内容:►运算器的构成(从全加器、进位链到加法器、乘法器等,以及原码、补码的各种运算方法)►控制器的构成:组合逻辑设计方法、微程序设计方法►存储器:存储信息的原理、存储器的组织、存储空间的分配等►计算机接口:查询、中断、DMA等►外部设备:如CRT、磁盘、磁带机、打印机等高级计算机系统结构学习以上两门课程的目的:掌握计算机和微型计算机的基本工作原理以及一些基本的应用。计算机原理偏重于内部特性和原理微机原理则偏

3、重于外部特性和原理(3)操作系统掌握一些基本概念,如多任务机制、分段、分页等存储管理。高级计算机系统结构2、本课程的主要内容和目的主要内容(1)现代计算机硬件体系结构,着重介绍:②引入的关键技术,如流水线、虚存机制、保护模式、超标量结构、指令重调度、超线程、多核技术、向量计算等,并以Intel系列微处理器为典型代表进行介绍。(2)RISC处理器设计方法以及与CISC的比较(3)64位处理器(4)总线技术(5)计算机的一般性能评价方法等①处理器体系结构高级计算机系统结构学习目的掌握现代计算机硬件技术的特征、发展状况、不断引入的新技术和发展方向,了解新技术如何提

4、高处理器以及计算机系统的性能，为进行计算机系统分析和研究、以及为其它专业课程的学习进行打下基础。同时,也从一个更高的层面上学习计算机硬件技术。课程特点(1)内容丰富,概念多,但难度不大;(2)系统结构与微处理器相结合高级计算机系统结构第一章概述一、计算机的发展过程(一)计算机的发展时期归纳(二)计算机性能指标网络系统70’年代前70’年代80’年代90’年以后大中型机小型机微型机(1)字长首款微处理器4004Itanium4位→8位→16位→32位→64位第1台64位微处理器:DEC的Alpha21064高级计算机系统结构第一章概述—64位计算机系统►内部总

5、线和寄存器为64位►外部总线64位►配置64位操作系统►64位数据一次性处理(2)速度从每秒几万条指令到每秒达到上数千亿条指令。速度是衡量计算机处理能力的一个综合指标。主频、处理器的结构、指令运行模式、Cache的容量、内存的大小和速度等诸多因素,最终都将表现在计算机的速度上。—64位处理器:64位内外部总线、64位寄存器高级计算机系统结构第一章概述(3)容量►内存容量:►外存容量►高速缓存(Cache)容量:不计入存储容量►主频决定主频的因素?►MIPS:百万条指令/每秒►基准测试程序,比如SPEC(比如Intel80386系统的理论内存空间可达232=

6、4000M)。最大可达2n(n为地址线的条数)—用什么来衡量速度高级计算机系统结构第一章概述(三)微处理器发展过程中引入的一些重要技术1、虚存管理机制提供分段管理和分页管理等的硬件支持,为操作系统实现虚存管理、多任务机制提供了便利2、流水线技术地址流水线和指令流水线3、分支预测技术提高程序分支时的执行效率高级计算机系统结构第一章概述4、超级标量结构实现了单核多条指令流水线的并行执行5、大容量高速缓存极大缓解了CPU速度与内存速度不匹配的矛盾,为实现指令流水线起到了重要的作用6、RISC技术处理器的一种设计方法,提高了处理器的速度,使处理器的设计方法向前迈进了

7、一大步7、SIMD技术(SingleInstructionMulti-Data)单指令多数据流技术高级计算机系统结构第一章概述8、指令乱序执行技术指令的重调度(指令重新排序、指令动态调度)能力,使指令流水线具有更高的执行效率9、显示并行计算(EPIC)使处理器具有更高的指令并行能力11、多核技术使处理器具有多处理器的处理能力10、向量处理一种面向运算的并行处理器技术高级计算机系统结构第一章概述二、处理器(硬件)的热点(近十几年)1、PC处理器典型代表:Intel8086系列处理器—指令执行方式:—总线:内外部总线均为64位—体系结构:指令流水线超级标量结构

8、●Pentium基本型:●PentiumMMX(Mu