文档介绍：计算机系统结构
课件
编著:陈建铎
设计:程俊波
西安石油大学计算机学院
目录
第一章计算机系统结构的基本概念
第二章数据与指令系统设计
第三章存储器体系结构
第四章标量流水线技术
第五章向量流水与向量处理机
第六章互连网络
第七章并行处理技术与SIMD阵列机
第八章多处理机
第九章计算机体系结构的发展
第1章计算机系统结构的基本概念
内容提要:
本章首先简要介绍计算机系统结构的含义、层次结构类型,然后讲述计算机系统结构性能分析的方法、计算机系统结构的发展及计算机系统的成本、性能与价格。重点是计算机系统的层次结构、按“流”分类、定量分析、Amdahl定律、影响计算机系统结构的要素。难点是计算机系统的层次结构、按“流”分类、定量分析及Amdahl定律。
第1章计算机系统结构的基本概念
概述
计算机系统结构的定义与内涵
计算机系统结构的类型
计算机系统性能分析
计算机系统结构的发展过程
计算机系统的成本、性能与价格
自从上世纪40年代上第一台数字计算机诞生以来,其结构、规模、类型、性能、应用领域发生了翻天覆地的变化,其中决定因素是器件和系统结构的发展与变化。人们把计算机的发展过程归结为四个历史时期,也称为四代。现在,正在向第五代发展。 所示。
计算机的发展历史
特征
年代
器件
结构
软件
典型机器
第一代
1945—1954年
电子管和
继电器
存储程序计算机
程序控制I/O
机器语言与
汇编语言
ENIAC、IBM 701
第二代
1955—1964年
晶体管、磁芯、
印刷电路
浮点数据表示、多寻址方式、中断技术、I/O处理机
高级语言与编译、批处理技术与
监控系统
Univac LARC
CDC 1604
IBM 7030
第三代
1965—1974年
SSI、MSI、多层印刷电路
微程序控制器、流水线技术、Cache、
先行处理、系列机
多道程序处理
分时操作系统
IBM 360/370
CDC 6600/7600
DEC PDP-8
第四代
1975—1990年
LSI、VLSI、半导体存储器
向量处理、并行计算、分布式存储器
并行与分布式
处理
Cray-1 IBM 3090
DEC VAX 9000
Convax-1
第五代
1991—现在
高性能微处理器、高密度器件
超标量、超级流水线SMP、MP、MPP
大规模可扩展并行与分布式处理
SGI Cray T3E
IBM SP2 DEC
AlphaServer 8400
计算机科学家恩斯洛()曾对1965~1975年间计算机的发展进行了研究。结果表明,计算机系统的性能提高了100倍,其中10倍归功于器件的发展,而另外10倍归于系统结构的变化。
在计算机进入第四代以后,人们认为第五代计算机应当是智能化计算机。但是,经过多年的努力,一时还难以实现。
而在上世纪90年代以后,计算机的硬件体系结构有了新的突破性的发展,于是人们把其归结为第五代系统结构的发展时期。,还有:
Fujitsu的VPP500、Cray Research的MPP、Thinking Machines公司的CM-5、Intel超级计算机系统Paragon、SGI的Origin2000以及SUN 10000服务器等。
目前,就计算机的规模而言,有微型机、小型机、中型机、大型机和巨型机;就计算机的体系结构而言,有标量流水机、向量流水机、阵列机、并行多处理机、数据流机以及规约机等;另外,人工智能计算机仍然在发展之中。
在进入上世纪80年代以后,由于软件技术的发展,对计算机系统结构的发展也起到了一定的促进作用。一方面是对汇编语言的要求有所降低,放宽了对目标代码兼容性的苛刻要求;另一方面,与厂商无关、类似于UNIX操作系统那样的标准化的建立,使新的系统结构的设计成本与风险有所降低,这就促使许多厂商相继推出了许多新型计算机,比如小巨型机、高性能的微处理机、工程工作站以及各种多处理机等。
在微型计算机的发展中,随着芯片集成度的提高,一方面向工程工作站、小型机靠拢;另一方面,各种高性能的微控制器、嵌入式芯片大量涌现出来,广泛地用于自动控制、电信和智能化仪器仪表中。
在进入80年代以后,另一个突破性的进展出现了。这就是精简指令系统计算机RISC,它是对CISC计算机的一种挑战,使计算机的体系结构再一次发生了质的改变。
计算机系统结构的定义与内涵
计算机系统的层次结构
计算机系统结构的定义与内涵
计算机系统