四川大学：《计算机系统结构》课程教学资源（PPT课件讲稿）第1章 计算机系统结构基本概念（主讲：倪云竹）

计犷机系统结构 四川大学计算机学院 主讲:倪云竹 E-maiL:ybamboo@163.com

计算机系统结构 四川大学计算机学院 主讲：倪云竹 E-MAIL：ybamboo@163.com

流水线超线程 超流水线 双核(多核) 分支预测 制器 需要程序支持( (openMP) 多核并行设计 运算器 输入设备 输出设各 (ALU 哈佛结构∏互连网络多机系统 虚拟存储系统、 GAG存储系统(改进) 对两个模块的改进(控制器、存储器) 处理器技术提升较快,存储设备的数据交换是瓶颈

超流水线 流水线 超线程 双核(多核) 分支预测 虚拟存储系统、 CACHE存储系统（改进） 哈佛结构 ❖对两个模块的改进（控制器、存储器） ❖处理器技术提升较快，存储设备的数据交换是瓶颈 ❖需要程序支持(openMP) 多核并行设计 互连网络多机系统

学习目标: 建立计算机系统的完整概念 在机器指令层次学习计算机系统的性能分 析方法和性能改进方法 对组成原理的重要补充和延伸 掌握提高计算机系统的整体运算性能的基 本思路和方法 为将来的新知识做预备(并行程序、嵌入 式)

学习目标： ◼ 建立计算机系统的完整概念 ◼ 在机器指令层次学习计算机系统的性能分 析方法和性能改进方法 ◼ 对组成原理的重要补充和延伸 ◼ 掌握提高计算机系统的整体运算性能的基 本思路和方法 ◼ 为将来的新知识做预备（并行程序、嵌入 式）

第1章计算机系統结构基本概念 11引言 12计算机系统结构的概念 13定量分析技术 14计算机系统结构的发展 5计算机系统结构中并行性的发展

第1章 计算机系统结构基本概念 1.1 引言 1.2 计算机系统结构的概念 1.3 定量分析技术 1.4 计算机系统结构的发展 1.5 计算机系统结构中并行性的发展

1.1引言 ■第一台通用电子计算机诞生于1946年 ■计算机技术的飞速发展得益于两个方面 计算机制造技术的发展 计算机系统结构的创新 经历了4个发展过程:

1.1 引言 ◼ 第一台通用电子计算机诞生于1946年 ◼ 计算机技术的飞速发展得益于两个方面： – 计算机制造技术的发展 – 计算机系统结构的创新 ◼ 经历了4个发展过程：

1.1引言 时间每年的性能 原因 增长 1946年起25%计算机制造技术的发展 的25年 和计算机系统结构的创 新 20世纪70约35%大规模集成电路和微处理器 年代末 出现,以集成电路为代表的 80年代初 制造技术的发展

1.1 引言 大规模集成电路和微处理器 出现,以集成电路为代表的 制造技术的发展 20世纪70 约35% 年代末－ 80年代初 计算机制造技术的发展 和计算机系统结构的创 新 1946年起 25% 的25年 每年的性能 原 因 增长 时 间

1.1引言 时间每年的性能 原因 增长 20世纪8050%以上RISC结构的出现,系统 年代中开维持了约16结构不断更新和变革, 始 年 制造技术不断发展 2002年以约20% 1.功耗问题(已经很大)。 来 2.可以进一步有效开发的 指令级并行性已经很少。 3.存储器访问速度的提高 缓慢

1.1 引言 1. 功耗问题（已经很大）。 2. 可以进一步有效开发的 指令级并行性已经很少。 3. 存储器访问速度的提高 缓慢。 2002年以 约20% 来 RISC结构的出现，系统 结构不断更新和变革， 制造技术不断发展 50%以上 维持了约16 年 20世纪80 年代中开 始 每年的性能 原 因 增长 时 间

1.1引言 造工艺提 == 将产生量 卖提高 IpHONE 功耗士宣 未来的发展:多核

1.1 引言 ◼ 摩尔定律正在走向终结… –单芯片容纳晶体管的增加，对制造工艺提 出要求 –当CPU制造中硅晶体管小于7nm，将产生量 子穿隧效应 –CPU主频已达3GHz时代，难以继续提高 • 散热问题（发热太大，且难以驱散） • 功耗太高 未来的发展：多核

1.1引言 INTEL@②86E858 INTELO COREY则UD SLAPK MALAY 3.16团的33B om. cn 酷睿2双核处理器 AMD Athlon

1.1 引言 酷睿2双核处理器 AMD Athlon

1.1引言 系统结构的重大转折: 从单纯依靠指令级并行转向开发线程级并 行和数据级并行

1.1 引言 系统结构的重大转折： 从单纯依靠指令级并行转向开发线程级并 行和数据级并行