网站 视觉冲击,网站备案查询工信网,仿糗事百科网站源码,邯郸百度推广代理商计算机的实现包括两个方面#xff1a;组成和硬件。组成一词包含了计算机设计的高阶内容#xff0c;例如存储器系统#xff0c;存储器互连#xff0c;设计内部处理器 CPU #xff08;中央处理器——算术、逻辑、分支和数据传送功能都在内部实现#xff09;。有时也用微体系… 计算机的实现包括两个方面组成和硬件。组成一词包含了计算机设计的高阶内容例如存储器系统存储器互连设计内部处理器 CPU 中央处理器——算术、逻辑、分支和数据传送功能都在内部实现。有时也用微体系结构一词来代替“组成”。例如AMD Operon和Intel Core I7是两个指令集体系结构相同但组成不同的处理器。这两种处理器都实现X86指令集但它们的流水线和缓存组成有很大的不同。硬件指的是一个计算机的具体实现包括计算机的详尽逻辑设计和封装技术。 计算机体系结构是指计算机的概念性结构和功能属性。计算机组织是指计算机体系结构的逻辑实现包括机器内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等常称为计算机组成原理。计算机实现是指计算机组织的物理实现。 一、定义 真正的体系结构涵盖了计算机设计的所有三个方面指令集体系结构、组成或微体系结构、硬件。计算机架构师设计的计算机必须满足功能需求并达到价格、功耗、性能和可用性指标。在涉及到计算机系统结构的知识时主要按以下金字塔进行学习 AccelerationAmdahl 整个计算机系统结构的总设计目标是为了“快” 总的设计原理是加快经常性事件 如何量化加速这一指标Amdahl 原理 如何衡量CPU性能CPU性能公式 程序的局部性原理
InstructionInterface 指令集架构Instruction Set Architecture, ISA对于汇编语言程序员或编译器编写者可见。ISA包括1编程寄存器 2操作数访问 3操作数的类型和大小 4指令集 5寻址模式 6指令编码 ISA 是硬件与软件之间的连接点。任何在内存里执行的程序都将通过 ISA 进行解耦从而能在底层架构上执行。整个计算机体系机构和抽象层如下 ProcessingParallel 按指令流与数据流进行分类则可以把结构分为
SISD单指令流、单数据流SIMD单指令流、多数据流MISD多指令流、单数据流MIMD多指令流、多数据流
StorageSystem 程序局部性原理的存在以及“在给定实现技术和功率预算的情况下硬件越小速度可以越快”的准则存储器体系结构便运营而生。 时间局部性temporal locality被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用通常在循环中。空间局部性spatial locality如果一个存储器的位置被引用那么将来他附近的位置也会被引用。 有人可能会问为什么需要多层次的存储结构使用一个理论上无限大的存储器去完成一些工作不就可以了么这样表面上是可以的但是我们没有办法立刻马上从这样一个十分庞大的存储器中得到我们想要的机器字。我们不得不去构建分层的结构存储器每一层的容量都要大于前一层但访问速度也要慢一些。当前的一大趋势存储器性能和处理器性能之间的差距越来越大。
NetworkconNection 通过互联函数来描述设备间的互相连接既包括计算机内部的连接也包括计算机之间的连接。主要通过带宽和延迟两个指标进行衡量。 二、基本结构 冯·诺依曼在研究EDVAC机时提出了“存储程序”的概念“存储程序”的思想奠定了现代计算机的基本结构以此概念为基础的各类计算机通称为冯·诺依曼机其特点如下
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成。指令和数据以同等地位存储在存储器中并可按地址寻访。指令和数据均用二进制代码表示。指令由操作码和地址码组成操作码用来表示操作的性质地址码用来表示操作数在存储器中的位置。指令在存储器内按顺序存放。通常指令是顺序执行的在特定条件下可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。早期的冯·诺依曼机以运算器为中心输入/输出设备通过运算器与存储器传送数据。 典型的冯·诺依曼计算机结构如图所示。 面随着微电子技术的进步同时计算机需要处理、加工的信息量也与日俱增大量I/O设备的速度和CPU的速度筹距悬殊因此以运算器为中心的结构不能够满足计算机发展的要求。现代计算机已发展为以存储器为中心使I/O操作尽可能地绕过CPU直接在I/O设备和存储器之间完成以提高系统的整体运行效率其结构如图所示。 三、性能指标
1、Amdahl定律 对一个计算机架构进行优化后我们如何衡量其性能的提升呢首先定义加速比对于同一个程序的执行其加速比为 而Amdahl定律为 其中代表系统加速比表示改进部分的加速比表示被改进部分原来的执行时间占原来总执行时间的百分比。 当趋近于0时趋近于1。说明如果仅对计算机的一部分做出改变那么对整体性能的提升非常有限。 为了使系统获得较高的加速比优化的部分必须占有较大的比例。 2、CPU性能公式 执行一个程序所需要的CPU时间为执行程序所需要的时钟周期*时钟周期时间。 我们定义CPICycles Per Instruction为平均每条指令耗费的时钟周期数。则CPU时间可表示为 其中IC为执行的指令条数T为时钟周期时间。 基于此公式提升处理器性能的三个思路为1减少IC即较少执行指令的条数如RISC2减少CPI如CISC3较少时钟周期时间如提升主频。
3、性能指标 4、可靠性 我们用MTTF这一指标来衡量可靠性。 可用性定义为
