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計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主講：任國林

Email：renguolin@seu.edu.cn

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引 言

一、計算機系統(tǒng)的性能與結(jié)構(gòu)

1、計算機系統(tǒng)性能

*系統(tǒng)性能：指在計算機硬件上運行的計算機軟件的性能

思考①--我買計算機時，關(guān)注什么？可以獲得哪些數(shù)據(jù)？

*性能指標：

處理能力—響應時間、吞吐率(MIPS或MFLOPS)等

其它能力—正確性、兼容性、RAS(可靠性/可用性/可維護性)等

思考②：參數(shù)(主頻/主存容量/FSB頻率/顯卡)與處理能力關(guān)系？

思考③：品牌與其它能力關(guān)系？

思考④：我選擇機型及品牌時，如何決策？

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聯(lián)想G40-80(i5 5200U)

CPU系列

Intel酷睿i5 5代

內(nèi)存容量

4GB(4GB×1)

CPU型號

Intel 酷睿i5 5200U

內(nèi)存類型

DDR3

CPU主頻

2.2GHz

插槽數(shù)量

2×SO-DIMM (/DIMM)

最高睿頻

2700MHz

最大內(nèi)存容量

16GB

三級緩存

4MB

硬盤容量

500GB (+固態(tài)HD)

總線規(guī)格

DMI 5GT/s

顯卡芯片

AMD Radeon R5 M230

核心架構(gòu)

Broad well

顯存容量

2GB

核心/線程數(shù)

雙核心/四線程

顯存類型

DDR3

制程工藝

14nm

顯存位寬

64bit

指令集

AVX2，64bit

流處理器數(shù)量

320

功耗

15W

Direct X

11.2

I/O接口

USB、VGA、HDMI、RJ45 (內(nèi)部PCI-E/S-ATA)

計算機硬件參數(shù)—

DMI—直接媒體接口(Direct Media Interface)，GT/s—千兆次傳輸/秒

AVX—高級矢量擴展(Advanced Vector Extensions)，是SSE(流式SIMD擴展)的擴展

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2、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

*計算機換代標志：器件、技術(shù)、結(jié)構(gòu)等的飛躍

*系統(tǒng)效率與結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)：

系統(tǒng)效率 ＝ 器件效率×結(jié)構(gòu)效率

例：1965~1975年，系統(tǒng)效率提高100倍，器件速度僅提高10倍；

Pentium-200、PⅡ-233的iCOMP 2.0分別為142、267

(iCOMP—intel COmparative Microprocessor Performance，Intel微處理器性能比較指數(shù))

*系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容：

劃分軟/硬件功能界面，研究新的結(jié)構(gòu)與技術(shù)

思考⑤--我設計某計算機系統(tǒng)時，如何劃分軟/硬件界面？

如何組織硬件功能？如何評價所設計方案？

(本課程的主要內(nèi)容)

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二、課程目標

1、課程目標

(1)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究

·掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念、內(nèi)容及設計原理；

·掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容的技術(shù)、分析及優(yōu)化設計方法；

·了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能設計原理及最新技術(shù)

(2)計算機并行處理技術(shù)的研究

·流水線技術(shù)的分析及設計；

·互連網(wǎng)絡技術(shù)分析；

·并行處理機及多處理機技術(shù)分析

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2、課程學習方法

(1)從系統(tǒng)設計者角度，分析和評價系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容對系統(tǒng)性能的影響；

掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容的性能分析方法

(2)通過剖析PC機相關(guān)技術(shù)，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計方法

掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本內(nèi)容的相關(guān)技術(shù)及設計方法；

掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計及并行處理技術(shù)

※系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析、設計和優(yōu)化方法是本課程的重點！

3、參考教材

[1]計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教程(第3版)，張晨曦等，清華大學出版社

[2]計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一種定量的方法(第2版)，鄭緯民等譯，

清華大學出版社

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第一章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎

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第1節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念

一、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

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二、計算機系統(tǒng)的設計思路

*由上向下方法：軟件→硬件，適合專用機的設計

特點—周期長(好幾年)，忌需求變化，

不能利用最新軟件技術(shù) →形成軟、硬脫節(jié)

*由下向上方法：硬件→軟件，適合通用機的設計

特點—周期長(好幾年)，不能利用最新硬件技術(shù)，

軟件效率低 →形成軟、硬脫節(jié)

*從中間開始方法：首先設計軟/硬件交界面

特點—周期短(約1/2)，能夠利用最新軟、硬件技術(shù)

總結(jié)

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