《计算机系统结构》PPT课件

《《计算机系统结构》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1-3计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理基本内容：软、硬取舍的基本原则计算机系统的性能评测计算机系统的定量设计原理计算机系统设计者的主要任务计算机系统的设计思路计算机系统的设计步骤计算机系统的软、硬件功能分配发展不可编程目前计算机最少硬件软件硬件软硬件比例控制流程的三种实现方法全硬件、软硬件结合、全软件逻辑上等价硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少软件实现：速度慢、复制费用低；灵活性好、占用内存多、易设计、可改性强、适应性强、设计周期短；发展趋势硬件实现的比例越来越高硬件所占的成本越来越低软硬件实现的优缺点项

2、目软件硬件速度慢快系统灵活性、适应性强弱成本低高计算机系统的软、硬件成本变化七十年代硬件软件成本年代软硬取舍的基本原则很高的性能价格比设：D为研制设计费用，M为重复生产费用h为硬件，s为软件。则：设C为该功能在软件实现时需重新设计的次数；R：存储介质上出现的次数；V：生产的台数；则硬件的费用：软件的费用：软硬取舍的基本原则（续）则只有：用硬件实现才是适宜的。将上述带入：可见：只有在C和R的值较大时，才成立。由于：则：因为：C<100所以V值越大，上式成立。即产量大。软硬取舍的基本原则（续）考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它

3、尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用；不能仅从“硬”的角度去考虑如何便于应用组成技术的成果和发挥器件技术的进展，还应从“软”的角度把为编译和操作系统的实现，以至高级语言程序的设计提供更多更好的硬件支持放在首位；软硬取舍的基本原则（续）考虑用户的应用领域：专用—硬件设计周期长的硬件不宜采用常用的功能尽量采用硬件实现实现功能的价格性能比要低尽量采用新技术实现超前设计举例1-3-1：某一计算机用于商业外贸的事务处理，有大量的字符串操作。由于这种事务处理很普遍，有较大的市场，故而设计人员决定在下一代此类计算机的CPU中加

4、入字符串操作的功能。经测试应用软件调查发现，字符串操作的使用占整个程序运行时间的50%，而增加此功能如用软件（如微程序）实现，则快5倍，增加CPU成本1/5倍；如果用硬件实现，则快100倍，CPU成本增加到5倍。问设计人员提出增加此功能是否恰当？是否用软件还是硬件？设CPU成本占整机成本的1/3。硬件实现软件实现举例1-3-2：如果上例中，字符串操作功能的使用时间占整个程序运行时间的90%，则情况如何？硬件实现软件实现计算机系统的评测性能指标体现在时间和空间峰值性能：在理想情况下计算机系统可获得的最高理论性能值，它不能反映出系统

5、的实际性能实际性能（持续性能）：只是峰值性能的5%-30%持续性能的表示算术性能平均值：调和性能平均值：几何性能平均值：加权算术平均值：加权调和平均值：加权几何平均值：CPU性能公式CPU的性能取决于三个要素：①时钟频率fc（或时钟周期t）；②每条指令所花的时钟周期数CPI；③指令条数IC一个程序所花的CPU时间(T)可以用两种方式来表示：CPU时间(T)=CPU时钟周期数(CPI×IC)*时钟周期长(t)每条指令的平均时钟周期数：计算CPU的程序时间：IC(InstructionCounter)：程序执行的总指令条数CPI(C

6、yclesPerInstruction)：平均每条指令的时钟周期fc：主时钟频率假设系统共有n种指令，第i种指令在程序中出现的次数为Ii,这样：MIPS(MillionInstructionPerSecond)MFLOPS(MillionFloatingPointPerSecond)评测方法采用实际的应用程序测试如：C语言的编译程序，CAD应用：Spice采用核心程序测试从实际程序中抽出关键部分组合而成合成测试程序人为写的核心程序，规模小，结果预知综合基准测试程序人为平衡编制基准测试程序，与实际应用差别较大，所测得的性能往往不真

7、实计算机系统的定量设计原理哈夫曼压缩原理Amdahl定律程序访问的局部性规律哈夫曼压缩原理尽可能加速高概率事件远比加速处理概率很低的事件对性能提高要显著。Amdahl定律Makethecommoncasefast例如：CPU中的加法，溢出情况。这是计算机设计中最重要也最广泛采用的设计准则。使经常性事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能。Amdahl定律（续）系统对某一部件采用某种更快执行方式所能获得的系统性能改进，取决于这种执行方式被使用的频率，或所占总执行时间的比例。Amdahl定律（续）定义了加速比的大小Amdahl加速

8、比（续）例1-3-3假设将某系统的某一部件的处理速度加快到10倍,但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的40%，则采用加快措施后能使整个系统的性能提高多少？解：由题意可知：fe=0.4,re=10，根据Amdahl定律例1-3-4采用哪种实现技术来求浮点数平方根