計算機體系結構的功能屬性
計算機體系結構的分類
計算機體系結構基本原理
計算機體系結構研究面臨的挑戰
●資料表示(硬體能直接辯認和處理的資料型別);
●定址規則(包括最小定址單元、定址方式及其表示);
●暫存器定義(包括各種暫存器的定義、數量和使用方式);
●指令集(包括機器指令的操作型別和格式、指令間的排序和控制機構等);
●中斷系統(中斷的型別和中斷響應硬體的功能等);
●機器工作狀態的定義和切換(如管態和目態等);
●儲存系統(主存容量、程式設計師可用的最大儲存容量等);
●資訊保護(保護方式和硬體對資訊保護的支援);
●i/o結構(包括i/o連線方式、處理機/儲存器與i/o裝置間資料傳送的方式和格式以及i/o操作的狀態等);
(1)flynn分類法
2023年,michael.j.flynn提出根據指令流、資料流的多倍性(multiplicity)特徵對計算機系統進行分類,定義如下。
●指令流:機器執行的指令序列
●資料流:由指令流呼叫的資料序列,包括輸入資料和中間結果
●多倍性:在系統效能瓶頸部件上同時處於同一執行階段的指令或資料的最大可能個數。
flynn根據不同的指令流-資料流組織方式把計算機系統分為4類。
1、單指令流單資料流(singleinstructionstreamsingledatastream,sisd)
sisd其實就是傳統的順序執行的單處理器計算機,其指令部件每次只對一條指令進行解碼,並只對乙個操作部件分配資料。
2、單指令流多資料流(singleinstructionstreammultipledatastream,simd)
simd以並行處理機為代表,結構如圖,並行處理機包括多個重複的處理單元pu1~pun,由單一指令部件控制,按照同一指令流的要求為它們分配各自所需的不同的資料。
3、多指令流單資料流(multipleinstructionstreamsingledatastream,misd)
misd的結構,它具有n個處理單元,按n條不同指令的要求對同一資料流及其中間結果進行不同的處理。乙個處理單元的輸出又作為另乙個處理單元的輸入。
4、多指令流多資料流(multipleinstructionstreammultipledatastream,mimd)
mimd的結構,它是指能實現作業、任務、指令等各級全面並行的多機系統,多處理機就屬於mimd。
(2)馮式分類法
2023年馮澤雲提出用最大並行度來對計算機體系結構進行分類。所謂最大並行度pm是指計算機系統在單位時間內能夠處理的最大的二進位制位數。設每乙個時鐘週期△ti內能處理的二進位制位數為pi,則t個時鐘週期內平均並行度為pa=(∑pi)/t(其中i為1,2,…,t)。平均並行度取決於系統的執行程度,與應用程式無關,所以,系統在週期t內的平均利用率為μ=pa/pm=(∑pi)/(t*pm)。用最大並行度對計算機體系結構進行的分類。用平面直角座標系中的一點表示乙個計算機系統,橫座標表示字寬(n位),即在乙個字中同時處理的二進位制位數;縱座標表示位片寬度(m位),即在乙個位片中能同時處理的字數,則最大並行度pm=n*m。
由此得出四種不同的計算機結構:
①字序列、位序列(簡稱wsbs)。其中n=1,m=1。
②字並行、位序列(簡稱wpbs)。其中n=1,m>1。
③字序列、位並行(簡稱wsbp)。其中n>1,m=1。
④字並行、位並行(簡稱wpbp)。其中n>1,m>1。
當前,計算機體系結構研究面臨著新的挑戰:
●多核處理器體系結構帶來的高效軟體開發與優化問題;
●奈米量級超大規模積體電路帶來的晶元可靠性問題;
●大規模高效能計算系統和可攜式嵌入式系統中的功耗控制問題;
●適應虛擬計算需求的體系結構虛擬化問題;
同時,隨著新材料、新工藝正在快速發展,計算機使能技術不斷變化,基於新型奈米功能器件、量子器件或dna分子的新概念計算處於探索階段。
計算機體系結構
計算機體系結構 計算機體系機構指計算機中部件和部件之間的聯絡 一 馮 諾依曼體系 1 計算機處理的資料和指令用二進位制數表示 2 採用儲存程式方式,指令和資料儲存在同乙個儲存器中。3 指令由操作碼和位址組成。操作碼指明指令的操作型別,位址指明運算元和位址。4 以運算器為中心,i o裝置與儲存器間的資...
計算機體系結構
2.計算機體系結構 經典計算機體系結構概念的實質是計算機系統中軟硬體介面的確定,其介面之上的是軟體的功能,介面之下的是硬體和韌體的功能。廣義 現代 的計算機體系結的構概念,它除了包括經典的計算機體系結構的概念範疇 指令集結構 還包括計算機組成和計算機實現的內容。計算機體系結構是程式設計師所看到的計算...
計算機體系結構
首先表示下就剛剛九寨溝發生7級 成都震感強烈 1.記憶體與位址 乙個位址所對應的記憶體單元不能存很多東西,只能存乙個位元組,以前講過的int float等多位元組的資料型別儲存在記憶體中要占用連續的多個位址,這種情況下資料的位址是它所佔記憶體單元的起始位址。2.cpu 處理器是32位的,那麼乙個字就...