北京大学：《计算机组织与体系结构》课程教学资源（讲义，下）输入/输出系统

计算机组织与糸统结构 输入/输出系统 10 System (第二十讲 程旭 20006.14 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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本讲提纲 口性能与测度 O设备的特性 口磁盘 口图形显示 口总结 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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本将内容的地仨 口本讲主题:JO系统 网络 Processor Processor npu np ontro Contre Memory emory Datapath Output Output Datapath 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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个人计算机剖视 Cache Add-in board Processor Cache/DRAM Audio Motion Video DRAM Controller DRAM PCI BUs Base scSI LAN Exp Bu Graphics VRAM Xface SAE|SA· MicroChannel Bridge Architecture 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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动机:谁关心/O? 囗cPU性能:每年增长60% 口WO系统的性能受到机械延迟的限制(磁盘o) 每年改进性能改进5倍(损失50‰) 10%10&100XcPU=>性能改进10倍(损失90%) 口Mo瓶颈 缩小程序执行中cPU部分的时间 削减快速CPU的潜在性能 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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(O糸统设计的论题冷性能 冷可扩展性【( Expandability! Processor interrupts冷失效时,可用性 Cache Memory- l/0 Bus Main Memory Controller Controller Controller Disk Disk Graphic CS Network 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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O糸统性能 口o系统的性能与系统的许多部分有关(受制于最弱的环节D口 ☆cPU 令存储系统 内部和外部 cache 主存 底层互联【(总线 剑O控制器 剑ⅣO设备 O软件的速度(操作系统 ☆软件使用ⅣO设备的效率 口两种通用的性能指标口 令吞吐率JO带宽 令响应时间时延 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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简化的生产者-消费者模型 生产者 队列 消费者 口吞吐率口 ☆消费者在单位之间内完成的任务数目 令为了达到最高可能的吞吐率 消费者从不停顿 队列从不为空 口响应时间 令从某一任务进入队列开始 到该任务被消费者完成为止 令为了最小化响应时间 队列应该为空 服务者应该空闲 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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岙吐率与响应附间 响应时间(ms) 300 200 100 20% 40% 60% 80%100% 最大吞吐率的百分比 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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增大吞吐率 消费者 队列 生产者 队列 消费者 口通常可以采用以下方法改进吞吐率口 令在瓶颈问题上,增加硬件 ◇减少负载相关时延 口相对而言响应时间难以减少 ☆最终受制于光速■(但目前,距离光速的限制还很远■ 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室

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