计算机组成与设计---硬件/软件接口---计算机概要与技术

Posted 2022-11-28 FANCY PANDA

1.1计算应用的分类及其特性

桌面计算机：广泛应用,运行大量的第三方软件；主要特点是性能良好，价格低廉
服务器：基于网络访问，大容量，良好的性能和高可靠性
嵌入式计算机：通常和硬件集成在一起；面向单一需求的嵌入式应用通常被严格限制成

1.2计算机系统结构中的8个伟大思想

1. 摩尔定律
2. 抽象简化设计（层次结构）
3. 加速大概率事件（经常发生事情要提速）
4. 并行性-提高性能
5. 流水-提高性能
6. 预测分支-提高性能
7. 存储器层次结构
8. 冗余-提高可靠性

1.3 性能的定义和度量

1.3.1 CPU性能及其因素

响应时间：完成某任务需要的总时间，包括硬盘访问、内存访问、I/O活动、操作系统开销和CPU执行时间等
吞吐率：也叫带宽，单位时间内完成的任务数量

相对性能
定义：性能 = 1/执行时间

性能的测量
实耗时间：总的响应时间，包括处理时间, I/O操作, OS开销, 空闲时间等决定了系统的性能
CPU 时间：在程序本身花费的时间，不包括等待I/O或者运行其他程序的时间，包括运行用户程序的时间和操作系统为用户服务花去的CPU时间
CPU时钟:时钟是硬件中的振荡器（晶振）

时钟周期：一个时钟持续的时间
时钟频率: 每秒包含的时钟周期数

1.3.2 指令的性能

指令数和每条指令的平均时钟周期数（CPI）

一个程序的指令数:

• 由程序自身，指令集体系结构和编译器决定

每条指令的平均时钟周期数:

• 由CPU硬件决定
• 如果不同的指令有不同的CPI：平均CPI受混合指令影响
  
  加权平均Weighted average CPI
  

1.3.3 经典的 CPU性能公式

性能由如下因素决定

• 算法: 影响指令数 IC, 也可能影响CPI
• 编程语言: 影响 IC, CPI
• 编译程序: 影响 IC, CPI
• 指令集体系结构: 影响 IC, CPI, 时钟周期Tc

计算机成本/性能将会不断改进

• 归因于技术的发展
• 抽象的层次结构
• 同时体现在硬件和软件之间
• 指令集体系结构
• 硬件和软件的借口
• 执行时间：对CPU的最好的性能度量方法
• 功耗是一个限定因素
• 可以采用并行技术改进性能

计算机组成与设计—硬件/软件接口—指令: 计算机的语言
计算机组成与设计—硬件/软件接口—计算机的算术运算
计算机组成与设计—硬件/软件接口—处理器
计算机组成与设计—硬件/软件接口—大容量和高速度:开发存储器层次结构