1高级计算机系统结构概述-PPT课件

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: Intel8255/8253/8259/8237/8251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。
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。
高级计算机系统结构
第一章 概述
— 用什么来衡量速度 决定主频的因素? ► 主频 ► MIPS: 百万条指令/每秒 ► 基准测试程序, 比如SPEC (3) 容量 ► 内存容量: 最大可达2n (n为地址线的条数)
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
— 64位处理器: 64位内外部总线、64位寄存器
— 64位计算机系统 ► 内部总线和寄存器为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。
( 比 如 Intel80386 系 统 的 理 论 内 存 空 间 可 达 232=4000M ) 。
► ►
外存容量 高速缓存(Cache)容量:
不计入存储容量
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
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:
① 处理器体系结构 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
使处理器具有多处理器的处理能力
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: Intel8086系列处理器
● Pentium基本型:
— 总线: 内外部总线均为64位 — 指令执行方式: 指令流水线
— 体系结构: 超Leabharlann Baidu标量结构
● PentiumMMX(Multi-Media eXtended): 称 为 “ 多 能 Pentium”, 在 Pentium 基本型基础上增加以下 功能:
积和运算功能 如单指令可完成计算: X=a0b0a1b1a2b2a3b3…a6b6a7b7 ► 饱和计算功能 将溢出后的结果作为最大值或最小值处理。
7、SIMD技术(Single Instruction Multi-Data)
单指令多数据流技术
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
高级计算机系统结构
第一章 概述
9、显示并行计算(EPIC)
使处理器具有更高的指令并行能力
10、向量处理 一种面向运算的并行处理器技术 11、多核技术
高级计算机系统结构
第一章 概述
► ► ►
新增加57条多媒体信息处理指令
片内Cache容量从16K增加到32K
SIMD技术: 一条指令同时处理多个数据
传统标量处理 SIMD
X
X3
Y3
X2
X1
X0
Y0

Y X Y

Y2 Y1
X3 Y3 X2Y2 X1 Y1 X0Y0
高级计算机系统结构
第一章 概述
高级计算机系统结构
雷航 hleiuestc.edu.cn
高级计算机系统结构
前言
课程历史:
现代微机系统 现代微机结构
以Intel80286、 80386为主 Intel86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
高级计算机体系结构
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
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
4、超级标量结构
实现了单核多条指令流水线的并行执行
高级计算机系统结构
第一章 概述
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一大步
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
高级计算机系统结构
第一章 概述
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
70’年代前 70’年代 80’年代 90’年 小型机 微型机 网络系统 以后 大中型机
(二) 计算机性能指标 (1) 字长 4位→8位→16位→32位→64位
首款微处理器 4004
Itanium
第1台64位微处理器: DEC的Alpha21064