計算機組成ppt

1、西安電子科技大學計算機學院計算機組織與體系結(jié)構(gòu)學時：7820學分：5.5車向泉email: 2計算機組織與結(jié)構(gòu)計算機組織與結(jié)構(gòu)教材：教材：計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裘雪紅等編著，西安電子科技大學出版社，裘雪紅等編著，西安電子科技大學出版社，2012.3考核方式：考核方式：筆試（閉卷）筆試（閉卷）綜合綜合成績成績期末考試期末考試60%實驗實驗20% 期中考試期中考試10%平時成績平時成績10%平時成績：課堂測驗，作業(yè)情況，到平時成績：課堂測驗，作業(yè)情況，到課課情況。情況。3計算機組織與結(jié)構(gòu)計算機組織與結(jié)構(gòu)第第1章章 序論序論第第2章章 計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示第

2、第3章章 運算方法與運算器運算方法與運算器第第4章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)第第5章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)第第6章章 中央處理器中央處理器第第7章章 流水線技術(shù)與指令級并行流水線技術(shù)與指令級并行第第8章章 總線與輸入總線與輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)第第9章章 并行體系結(jié)構(gòu)并行體系結(jié)構(gòu)西安電子科技大學計算機學院計算機組成與體系結(jié)構(gòu)第1章 緒論5第第1章章 序論序論n計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展史n計算機的基本組成計算機的基本組成n計算機的分層組織結(jié)構(gòu)計算機的分層組織結(jié)構(gòu)n計算機的分類、性能描述計算機的分類、性能描述西安電子科技大學計算機學院計算機組成與體系結(jié)構(gòu)第1章 緒論1.1 計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展史7

3、n電子模擬計算機：電子模擬計算機：由模擬電子器件（如模擬加法器、減法器、乘法器、由模擬電子器件（如模擬加法器、減法器、乘法器、除法器等等）構(gòu)成除法器等等）構(gòu)成n電子數(shù)字計算機：能對能對離散邏輯符號離散邏輯符號表示的表示的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)或或信息信息進行進行自動處理自動處理的電子裝置。的電子裝置。8一、發(fā)展經(jīng)歷一、發(fā)展經(jīng)歷n第第0代：機械計算器代：機械計算器算盤、計算尺、手搖機械計算器算盤、計算尺、手搖機械計算器n第第1代代( (19461954) )：電子管電子管計算機計算機電子管、電磁繼電器，機器語言編程電子管、電磁繼電器，機器語言編程如：如：ENIAC、IBM 701n第第2代代( (195519

4、64) )：晶體管晶體管計算機計算機晶體管、磁芯，監(jiān)控程序，高級語言晶體管、磁芯，監(jiān)控程序，高級語言如：如：IBM 7030、Univac LARCn第第3代代( (19651974) )：中小規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路計算機計算機n第第4代代( (19751990) )：超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路計算機計算機n第第5代代( (1991？) )：高性能智能計算機：高性能智能計算機Babbage Difference Engine 巴貝奇的差分機巴貝奇的差分機nCharles Babbage在英國皇家資金在英國皇家資金援助下開發(fā)。援助下開發(fā)。n能用能用20位十進制位十進制計算完成計算完成

5、7次多次多項式的計算。項式的計算。n1833年由于開發(fā)年由于開發(fā)費用耗盡導致開費用耗盡導致開發(fā)中斷。發(fā)中斷。9n1991年倫敦國家科學博物館根據(jù)巴貝奇的設(shè)計，利用當時年倫敦國家科學博物館根據(jù)巴貝奇的設(shè)計，利用當時機械加工的精度制作了階差設(shè)施，證明了這臺機器能夠正機械加工的精度制作了階差設(shè)施，證明了這臺機器能夠正確運作確運作?！癉ifference Engine No.2”Babbage Difference Engine 巴貝奇的差分機巴貝奇的差分機存儲階差的存儲階差的柱子柱子( (背面背面) )10依次對依次對7 7個階差相加個階差相加將計算結(jié)果傳給將計算結(jié)果傳給打印機的軸打印機的軸實現(xiàn)實現(xiàn)

6、2020位位加法的柱子加法的柱子由人旋轉(zhuǎn)由人旋轉(zhuǎn)的手柄的手柄傳遞動力傳遞動力的軸的軸打印機的打印機的印刷部分印刷部分石膏盤石膏盤輸送部分輸送部分ENIAC11IBM 703012IBM 7030 Stretch circuit boardThe IBM 7030 System Operators Console13一、發(fā)展經(jīng)歷一、發(fā)展經(jīng)歷n第第0代：機械計算器代：機械計算器n第第1代代( (19461954) )：電子管電子管計算機計算機n第第2代代( (19551964) )：晶體管晶體管計算機計算機n第第3代代( (19651974) )：中小規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路計算機計算機小規(guī)模

7、及中規(guī)模集成電路芯片、多層印刷電路板、小規(guī)模及中規(guī)模集成電路芯片、多層印刷電路板、磁芯存儲器，高級語言、分時操作系統(tǒng)磁芯存儲器，高級語言、分時操作系統(tǒng)如：如：IBM 360，IBM 370，DEC PDP-8n第第4代代( (19751990) )：超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路計算機計算機n第第5代代( (1991？) )：高性能智能計算機：高性能智能計算機14一、發(fā)展經(jīng)歷一、發(fā)展經(jīng)歷n第第0代：機械計算器代：機械計算器n第第1代代( (19461954) )：電子管電子管計算機計算機n第第2代代( (19551964) )：晶體管晶體管計算機計算機n第第3代代( (19651974) )

8、：中小規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路計算機計算機n第第4代代( (19751990) )：超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路計算機計算機l大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，半導體存儲器大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，半導體存儲器l微型計算機、單片微型計算機微型計算機、單片微型計算機lDOS、Windows、UnixlIBM 3090，VAX 9000，IBM PC 兼容機，兼容機，蘋果蘋果Macintoshn第第5代代( (1991？) )：高性能智能計算機：高性能智能計算機15一、發(fā)展經(jīng)歷一、發(fā)展經(jīng)歷n第第0代：機械計算器代：機械計算器n第第1代代( (19461954) )：電子管電子管計算機計算機n第第2

9、代代( (19551964) )：晶體管晶體管計算機計算機n第第3代代( (19651974) )：中小規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路計算機計算機n第第4代代( (19751990) )：超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路計算機計算機n第第5代代( (1991？) )：高性能智能計算機：高性能智能計算機l超大規(guī)模、超高速集成電路超大規(guī)模、超高速集成電路l多處理器、多核處理器多處理器、多核處理器l高性能計算機，如集群系統(tǒng)高性能計算機，如集群系統(tǒng)16二、摩爾定律二、摩爾定律戈登戈登摩爾（摩爾（Gordon Moore），），1965 年，年，“摩爾定律摩爾定律”：集成電路芯片的集成度每集成電路芯片的集

10、成度每18個月翻一番。個月翻一番。“集成度集成度提高提高100倍，則相對倍，則相對價格價格可以降低可以降低100倍、倍、性能性能可提高可提高100倍、倍、可靠性可靠性也可以提高也可以提高100倍。倍?！蹦柖傻奈磥恚盒录夹g(shù)、新材料的出現(xiàn)，使芯片摩爾定律的未來：新技術(shù)、新材料的出現(xiàn)，使芯片的集成度進一步提高成為可能。的集成度進一步提高成為可能。Fairchild Semiconductor Corporationn仙童仙童半導體公司半導體公司（飛兆飛兆半導體公司半導體公司）n與與德克薩斯儀器公司（德克薩斯儀器公司（TI）共同擁有共同擁有集成電路發(fā)明集成電路發(fā)明專利專利。n“仙童半導體公司就象個

11、成熟了的蒲公英，你一吹仙童半導體公司就象個成熟了的蒲公英，你一吹它，這種創(chuàng)業(yè)精神的種子就隨風四處飄揚了。它，這種創(chuàng)業(yè)精神的種子就隨風四處飄揚了?！?Steve Jobsl查爾斯查爾斯斯波克斯波克( (總經(jīng)理總經(jīng)理) )、杰里杰里桑德斯桑德斯： 1967年年出走出走，在國家半導體公司，在國家半導體公司( (National Semiconductor Corporation) )擔任擔任CEO；l諾依斯諾依斯、摩爾摩爾( (研發(fā)部主管研發(fā)部主管) )、葛羅夫葛羅夫： 1968年年，脫離脫離仙童公司自立門戶，仙童公司自立門戶， 創(chuàng)辦創(chuàng)辦Intel公司公司。l桑德斯桑德斯( (銷售部主任銷售部主任)

12、 )： 1969年，帶著年，帶著7位仙童員位仙童員工創(chuàng)辦工創(chuàng)辦AMD公司。公司。1718二、摩爾定律二、摩爾定律19二、摩爾定律二、摩爾定律20二、摩爾定律二、摩爾定律21二、摩爾定律二、摩爾定律1974年年IBM的的Robert Dennard等人提出了等人提出了：如果將芯片如果將芯片尺寸尺寸和電源和電源電壓電壓減半，則：減半，則：n性能提高：性能提高：MOS晶體管的晶體管的切換速度切換速度提高兩倍；提高兩倍；n耗電量下降：耗電量下降：耗電量降耗電量降至至1/4；n單位晶體管的成本降低：芯片單位晶體管的成本降低：芯片面積面積減至減至1/4，或在，或在同樣的面積下制造同樣的面積下制造4倍的晶體

13、管。倍的晶體管。提升性能的三大支柱：提升性能的三大支柱：n提高頻率提高頻率n并行處理并行處理n功能擴展功能擴展22二、摩爾定律二、摩爾定律自自20世紀世紀70年代后期以來處理器性能的增長年代后期以來處理器性能的增長西安電子科技大學計算機學院計算機組成與體系結(jié)構(gòu)第1章 緒論1.2 計算機的基本組成計算機的基本組成24n硬件硬件系統(tǒng)：計算機中看得見摸得著的物理實體。系統(tǒng)：計算機中看得見摸得著的物理實體。 n軟件軟件系統(tǒng)：計算機所配置的各類程序和文件，由系統(tǒng)：計算機所配置的各類程序和文件，由于它們是存放在內(nèi)存或外存中的二進制編碼信息，于它們是存放在內(nèi)存或外存中的二進制編碼信息，是是不能直接觸摸不能直

14、接觸摸而且而且修改相對比較容易修改相對比較容易，故稱之，故稱之為為軟件軟件。l系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件l應用軟件應用軟件25實例實例n可用的物品：可用的物品：l帶有橫格的紙帶有橫格的紙l算盤算盤l筆筆l人人n計算：計算：yaxbc26實例實例n可用的物品：可用的物品：l帶有橫格的紙帶有橫格的紙l算盤算盤l筆筆l人人n計算：計算：yaxbc行數(shù)行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)解題步驟和數(shù)據(jù)1取數(shù)取數(shù) ( (9) ) 算盤算盤2乘法乘法 ( (12) ) 算盤算盤3加法加法 ( (10) ) 算盤算盤4減法減法 ( (11) ) 算盤算盤5存數(shù)存數(shù) y ( (13) )6輸出輸出7停止停止89a10b11c12x13y

15、27實例實例行數(shù)行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)解題步驟和數(shù)據(jù)1取數(shù)取數(shù) ( (9) ) 算盤算盤2乘法乘法 ( (12) ) 算盤算盤3加法加法 ( (10) ) 算盤算盤4減法減法 ( (11) ) 算盤算盤5存數(shù)存數(shù) y ( (13) )6輸出輸出7停止停止89a10b11c12x13y指令指令操作碼操作碼加法加法001減法減法010乘法乘法011除法除法100取數(shù)取數(shù)101存數(shù)存數(shù)110打印打印111停機停機00028實例實例地址地址存儲器存儲器1101 10012011 11003001 10104010 10115110 11016111 00007000 000089a（二進制數(shù)）（二進制數(shù)）

16、10 b11 c12 x13 y指令指令操作碼操作碼加法加法001減法減法010乘法乘法011除法除法100取數(shù)取數(shù)101存數(shù)存數(shù)110打印打印111停機停機00029實例實例n可用的物品：可用的物品：l帶有橫格的紙帶有橫格的紙l算盤算盤l筆筆l人人n計算：計算：yaxbc地址地址存儲器存儲器1101 10012011 11003001 10104010 10115110 11016111 00007000 000089a（二進制數(shù)）（二進制數(shù)）10 b11 c12 x13 y存儲器存儲器某種應用某種應用程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)運算器運算器輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)控制器控制器30一、硬件系統(tǒng)一、硬件系

17、統(tǒng)n早期的馮早期的馮諾依曼計算機諾依曼計算機n早期的早期的PC機機n目前的目前的PC機機31一、硬件系統(tǒng)一、硬件系統(tǒng)n早期的馮早期的馮諾依曼計算機諾依曼計算機圖圖1.1 早期計算機（硬件）的組成早期計算機（硬件）的組成程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果地址地址指令指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲器存儲器輸出設(shè)備輸出設(shè)備運算器運算器控制器控制器32一、硬件系統(tǒng)一、硬件系統(tǒng)n早期的馮早期的馮諾依曼計算機諾依曼計算機圖圖1.1 早期計算機（硬件）的組成早期計算機（硬件）的組成33一、硬件系統(tǒng)一、硬件系統(tǒng)n早期的馮早期的馮諾依曼計算機諾依曼計算機l在在1946由馮由馮諾依曼提出諾依曼提出l計算機依據(jù)計算

18、機依據(jù)存儲程序存儲程序、程序控制程序控制的方式工作的方式工作l馮馮諾依曼計算機的特點：諾依曼計算機的特點：p將計算機要處理的問題用將計算機要處理的問題用指令指令編成編成程序程序。p指令指令和和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)以同等地位存放在以同等地位存放在存儲器存儲器中，并可按中，并可按地地址址訪問。訪問。p以以二進制二進制形式表示形式表示指令指令和和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。p在在控制器控制器的控制下，的控制下，指令指令被逐條從被逐條從存儲器存儲器中取出來中取出來執(zhí)行，產(chǎn)生執(zhí)行，產(chǎn)生控制流控制流，在控制流的驅(qū)動下完成指令的，在控制流的驅(qū)動下完成指令的功能。功能。p早期的馮早期的馮諾依曼機以諾依曼機以運算器運算器為中心，為中心，輸入

19、輸入/輸出設(shè)輸出設(shè)備備通過通過運算器運算器與與存儲器存儲器傳送數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)。34一、硬件系統(tǒng)一、硬件系統(tǒng)n早期的早期的PC機機圖圖1.2 微型計算機結(jié)構(gòu)框圖微型計算機結(jié)構(gòu)框圖35一、硬件系統(tǒng)一、硬件系統(tǒng)n目前的目前的PC機機圖圖1.3 PC機主板結(jié)構(gòu)機主板結(jié)構(gòu)36二、軟件系統(tǒng)二、軟件系統(tǒng)n系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件l操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：p管理計算機硬管理計算機硬/軟件資源，控制程序運行，軟件資源，控制程序運行，改善人機交互，為應用軟件提供支持改善人機交互，為應用軟件提供支持p處理器管理、存儲管理、文件管理、設(shè)備管處理器管理、存儲管理、文件管理、設(shè)備管理、作業(yè)管理理、作業(yè)管理l語言處理程序語言處理程序l

20、各種服務支持軟件各種服務支持軟件p調(diào)試程序、診斷程序、提示警告程序調(diào)試程序、診斷程序、提示警告程序n應用軟件應用軟件：用戶在各自的應用中，為解決自己的：用戶在各自的應用中，為解決自己的有關(guān)問題而編寫的程序。有關(guān)問題而編寫的程序。l科學計算、信息管理、過程控制、武器裝備科學計算、信息管理、過程控制、武器裝備西安電子科技大學計算機學院計算機組成與體系結(jié)構(gòu)第1章 緒論1.3 計算機的分層組織結(jié)構(gòu)計算機的分層組織結(jié)構(gòu)38一、計算機分層結(jié)構(gòu)形式一、計算機分層結(jié)構(gòu)形式39一、計算機分層結(jié)構(gòu)形式一、計算機分層結(jié)構(gòu)形式第第6級（虛擬機器）級（虛擬機器）第第5級（虛擬機器）級（虛擬機器）第第4級（虛擬機器）級（

21、虛擬機器）第第3級（虛擬機器）級（虛擬機器）第第2級（實際機器）級（實際機器）第第1級（實際機器）級（實際機器）高級語言機器高級語言機器M5（高級語言）（高級語言）應用語言機器應用語言機器M6（應用語言）（應用語言）匯編語言機器匯編語言機器M4（匯編語言）（匯編語言）操作系統(tǒng)機器操作系統(tǒng)機器M3（作業(yè)控制語言等）（作業(yè)控制語言等）傳統(tǒng)機器傳統(tǒng)機器M2（機器指令系統(tǒng)）（機器指令系統(tǒng)）微程序機器微程序機器M1（微指令系統(tǒng)）（微指令系統(tǒng)）用戶用戶軟件工程師軟件工程師軟件工程師軟件工程師計算機系統(tǒng)設(shè)計人員計算機系統(tǒng)設(shè)計人員硬件工程師硬件工程師計算機操作員計算機操作員軟硬件分界軟硬件分界40012345

22、6虛虛擬擬機機計算機計算機組成原理組成原理計算機計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件硬聯(lián)邏輯硬聯(lián)邏輯微程序微程序機器語言機器語言操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)匯編語言匯編語言高級語言高級語言應用語言應用語言硬件硬件軟硬件分界軟硬件分界41二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)n計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n計算機組成計算機組成n計算機實現(xiàn)計算機實現(xiàn)42二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)n計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Computer Architecture）：）：從從外部外部研究計算機系統(tǒng)。它是使用者（研究計算機系統(tǒng)。它是使用者（機器語言機

23、器語言、匯編語言匯編語言、系統(tǒng)程序員系統(tǒng)程序員）所看到的物理計算機的）所看到的物理計算機的抽象，抽象，是編寫出能夠在機器上正確運行的程序所是編寫出能夠在機器上正確運行的程序所必須了解到的計算機的屬性必須了解到的計算機的屬性。n計算機組成計算機組成（Computer Organization）：）：從計算機系統(tǒng)的從計算機系統(tǒng)的內(nèi)部內(nèi)部來研究計算機的構(gòu)成，主要來研究計算機的構(gòu)成，主要內(nèi)容包括：運算方法、內(nèi)容包括：運算方法、CPU 組成、主存儲器和輸組成、主存儲器和輸入輸出設(shè)備、輸入輸出接口等。入輸出設(shè)備、輸入輸出接口等。 43二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)n計算機系統(tǒng)

24、結(jié)構(gòu)：由計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：由( (系統(tǒng)系統(tǒng)) )程序員程序員所看到的計算所看到的計算機系統(tǒng)的屬性，即機系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)概念性結(jié)構(gòu)及及功能特性功能特性。l數(shù)據(jù)的表示形式；數(shù)據(jù)的表示形式；l尋址方式；尋址方式；l內(nèi)部寄存器組；內(nèi)部寄存器組；l指令集；指令集；l中斷系統(tǒng)；中斷系統(tǒng)；l處理器工作狀態(tài)及其切換；處理器工作狀態(tài)及其切換；l存儲系統(tǒng)；存儲系統(tǒng)；l輸入輸入/輸出結(jié)構(gòu)；輸出結(jié)構(gòu)；l信息保護及特權(quán)；信息保護及特權(quán)；l高性能設(shè)計；高性能設(shè)計；44二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)n計算機組成計算機組成( (計算機組織計算機組織) )：計算機：計算機系統(tǒng)系統(tǒng)的的邏輯實邏

25、輯實現(xiàn)現(xiàn)，包括最低層內(nèi)部算法、數(shù)據(jù)流、控制流的邏，包括最低層內(nèi)部算法、數(shù)據(jù)流、控制流的邏輯實現(xiàn)。輯實現(xiàn)。l數(shù)據(jù)通路的寬度；數(shù)據(jù)通路的寬度；l專用部件的設(shè)置（如乘除法專用部件、浮點運專用部件的設(shè)置（如乘除法專用部件、浮點運算專用部件等等）；算專用部件等等）；l各功能部件的并行程度；各功能部件的并行程度；l各種操作的相容性與互斥性；各種操作的相容性與互斥性；l控制機構(gòu)的組成方式；控制機構(gòu)的組成方式；l緩沖與排隊技術(shù)的應用；緩沖與排隊技術(shù)的應用；l預估、預判方法；預估、預判方法；l高可靠性技術(shù)；高可靠性技術(shù)；45二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)n計算機實現(xiàn)：計算機計算機實

26、現(xiàn)：計算機組成組成的的物理實現(xiàn)物理實現(xiàn)。集成電路芯片、電子元器件、部件、插頭、插座集成電路芯片、電子元器件、部件、插頭、插座n系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了計算機的決定了計算機的總體屬性總體屬性，組成組成是體現(xiàn)是體現(xiàn)這些屬性的這些屬性的邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計，而，而實現(xiàn)實現(xiàn)則是用具體的則是用具體的器件器件來實現(xiàn)邏輯功能。來實現(xiàn)邏輯功能。46二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn)對于某一功能來說，既可以用對于某一功能來說，既可以用軟件軟件實現(xiàn)，也可以用實現(xiàn)，也可以用硬件硬件實現(xiàn)，稱為實現(xiàn)，稱為在在是是的。的。一個功能若一個功能若使用頻繁使用頻繁，且用硬件實現(xiàn)，且用硬件實現(xiàn)成本理想成本理想

27、，則，則用用實現(xiàn)實現(xiàn)可提高效率；可提高效率；：靈活性靈活性高，效率不如用硬件實現(xiàn)。高，效率不如用硬件實現(xiàn)。西安電子科技大學計算機學院計算機組成與體系結(jié)構(gòu)第1章 緒論1.4 計算機的分類及性能描述計算機的分類及性能描述48一、計算機的分類一、計算機的分類n早期的計算機分類方法：早期的計算機分類方法：l微型機微型機l小型機小型機l中型機中型機l大型機大型機l巨型機巨型機49一、計算機的分類一、計算機的分類n以用途分類：以用途分類：l通用計算機通用計算機p個人計算機個人計算機PCp服務器服務器uWEB服務器服務器uFTP服務器服務器uMAIL服務器服務器u文件共享服務器文件共享服務器 u數(shù)據(jù)庫應用服

28、務器數(shù)據(jù)庫應用服務器u網(wǎng)站的網(wǎng)關(guān)服務器網(wǎng)站的網(wǎng)關(guān)服務器uDNS服務器服務器u流媒體服務器流媒體服務器l嵌入式計算機（專用計算機）嵌入式計算機（專用計算機）50一、計算機的分類一、計算機的分類n個人移動設(shè)備個人移動設(shè)備（PMD）帶有多媒體用戶界面的無線設(shè)備帶有多媒體用戶界面的無線設(shè)備n桌面計算桌面計算（臺式機）（臺式機）n服務器服務器可靠性、可擴展性、吞吐能力可靠性、可擴展性、吞吐能力n集群集群/倉庫級計算機倉庫級計算機l軟件即服務軟件即服務( (SaaS) )應用：應用：搜索、社交網(wǎng)絡、視頻分享、多人游戲、在線銷售搜索、社交網(wǎng)絡、視頻分享、多人游戲、在線銷售l最大規(guī)模的集群稱為倉庫級計算機最大

29、規(guī)模的集群稱為倉庫級計算機( (WSC) )l超級計算機：強調(diào)浮點性能；緊耦合。超級計算機：強調(diào)浮點性能；緊耦合。n嵌入式嵌入式（通常不能運行第三方軟件）（通常不能運行第三方軟件）微波爐、洗衣機、打印機、網(wǎng)絡交換機、汽車微波爐、洗衣機、打印機、網(wǎng)絡交換機、汽車計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu): 量化的研究方法量化的研究方法( (第第5版版) )中中計算機的分類：計算機的分類：51一、計算機的分類一、計算機的分類n佛林佛林( (Flynn) )分類法分類法l單單指令流指令流單單數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流 SISD（Single Instruction Single Datastream）l單單指令流指令流多多數(shù)據(jù)

30、流數(shù)據(jù)流 SIMD（Single Instruction Multiple Datastream）l多多指令流指令流單單數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流 MISD（Multiple Instruction Single Datastream）l多多指令流指令流多多數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流 MIMD（Multiple Instruction Multiple Datastream）52一、計算機的分類一、計算機的分類n佛林佛林( (Flynn) )分類法分類法CUPUCSMMDSISCUPU1CSMM1DS1ISMM2MMmPU2DS2PUnDSnSISD：SIMD：傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的串行計算機串行計算機陣列處理機陣列處理機向量處理

31、機向量處理機53一、計算機的分類一、計算機的分類n佛林佛林( (Flynn) )分類法分類法DSMM1MM2MMmSMCU1CU2CUnIS1IS2ISnPU1PU2PUnCS1CS2CSnDSMISD：無實際無實際54一、計算機的分類一、計算機的分類n佛林佛林( (Flynn) )分類法分類法MM1MM2MMmSMCU1CU2CUnIS1IS2ISnPU1PU2PUnCS1CS2CSnDS1DS2DSnMIMD： 多處理機多處理機 機群機群( (集群集群) )系統(tǒng)系統(tǒng)55二、計算機的性能描述二、計算機的性能描述n計算機系統(tǒng)配置計算機系統(tǒng)配置n計算機的性能指標計算機的性能指標n用測試程序來測評

32、計算機的性能用測試程序來測評計算機的性能nAmdahl定律定律56（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例1】個人計算機個人計算機n處理器：英特爾處理器：英特爾 酷?？犷M2雙核處理器雙核處理器E6300（處理器速度（處理器速度1.86GHz，2MB二級高速緩存，二級高速緩存，1.066GHz前端前端總線，硬件防病毒，總線，硬件防病毒，65nm，節(jié)能技術(shù)）；，節(jié)能技術(shù)）；n正版正版Windows Vista Home Premium簡體中文版；簡體中文版；n支持英特爾支持英特爾64位內(nèi)存擴展技術(shù)；位內(nèi)存擴展技術(shù)；n采用英特爾采用英特爾LGA775封裝技術(shù)；封裝技術(shù)；n內(nèi)存：內(nèi)存：2GB

33、 DDR533；n硬盤：硬盤：SATA 250GB（7200轉(zhuǎn)）；轉(zhuǎn)）；n顯卡：顯卡：NV7950 256MB PCI-E高性能顯示卡；高性能顯示卡；n19寬屏液晶顯示器；寬屏液晶顯示器；nSATA DVD RW光驅(qū)；光驅(qū)；n集成集成100M網(wǎng)卡；網(wǎng)卡；n集成集成5.1聲卡；聲卡；n防水抗菌鍵盤；防水抗菌鍵盤；n光電鼠標；光電鼠標；nMTBF 6萬小時。萬小時。57（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例2】服務器服務器教材教材 P1213 最簡單的服務器可用一臺一般的最簡單的服務器可用一臺一般的PC機配上相應的機配上相應的應用軟件就可以實現(xiàn)，功能強的服務器可能需要成百應用軟件就可以實現(xiàn)

34、，功能強的服務器可能需要成百上千個處理器構(gòu)成集群系統(tǒng)來實現(xiàn)。上千個處理器構(gòu)成集群系統(tǒng)來實現(xiàn)。58（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例2】服務器服務器1/4n基本類別基本類別u類型：企業(yè)級類型：企業(yè)級u類別：機架式類別：機架式u結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：4Un處理器處理器uCPU類型：類型：Xeon MP E7430uCPU頻率：頻率：2130MHzu處理器描述：標配處理器描述：標配2個個Xeon MP E7430處理器處理器u最大處理器數(shù)量：最大處理器數(shù)量：4u制程工藝：制程工藝：45nmuCPU核心：核心：4核（核（Dunnington）n主板主板uFSB總線：總線：1066MHzu擴展槽：擴展

35、槽：7個個PCI-Express插槽（插槽（4個個8，3個個4）59（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例2】服務器服務器2/4n內(nèi)存內(nèi)存u內(nèi)存類型：內(nèi)存類型：FB-DIMMu內(nèi)存大?。簝?nèi)存大小：2GB16u最大內(nèi)存容量：最大內(nèi)存容量：265GBn存儲存儲u硬盤大?。河脖P大小：3300GBu硬盤類型：硬盤類型：SASu硬盤最大容量：硬盤最大容量：1.5TB5u內(nèi)部硬盤架數(shù)：內(nèi)置硬盤托架可支持內(nèi)部硬盤架數(shù)：內(nèi)置硬盤托架可支持5塊塊3.5英寸英寸SAS熱插熱插拔硬盤，內(nèi)置硬盤托架可支持拔硬盤，內(nèi)置硬盤托架可支持8塊塊2.5英寸英寸SAS熱插拔硬盤熱插拔硬盤u磁盤陣列卡：磁盤陣列卡：PERC

36、 6/iR 支持支持 RAID0, 1, 5, 6, 10u光驅(qū)：光驅(qū)：DVD-ROMn網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡控制器：網(wǎng)絡控制器：4個嵌入式個嵌入式 Broadcom NetXtreme II TM5708 Gigabit5 以太網(wǎng)卡，具有故障恢復和負載平衡功能以太網(wǎng)卡，具有故障恢復和負載平衡功能60（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例2】服務器服務器3/4n顯示性能顯示性能顯示芯片：顯示芯片：ATI-Radeon ES1000集成顯卡，含集成顯卡，含32MB SDRAMn接口類型接口類型u后部：后部：2個個USB2.0接口，接口，9針串行接口，視頻接口，適合針串行接口，視頻接口，適合DRAC

37、的的千兆以太網(wǎng)接口，帶有藍千兆以太網(wǎng)接口，帶有藍/橙色橙色LED指示燈的指示燈的ID按鈕；按鈕；u前部：前部：2個個USB2.0接口，帶有系統(tǒng)警報滾動顯示屏的接口，帶有系統(tǒng)警報滾動顯示屏的LCD面板，面板，15針視頻接口，系統(tǒng)電源開針視頻接口，系統(tǒng)電源開/關(guān)按鈕；關(guān)按鈕；u內(nèi)部：內(nèi)部：1個個USB2.0接口接口n其他參數(shù)其他參數(shù)散熱系統(tǒng)：熱插拔冗余冷卻風扇散熱系統(tǒng)：熱插拔冗余冷卻風扇n外觀特征外觀特征u尺寸：尺寸：172.7mm447mm701mmu重量重量/kg：41.7361（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例2】服務器服務器4/4n電源性能電源性能u電源：熱插拔冗余電源電源：熱

38、插拔冗余電源u電源數(shù)量：電源數(shù)量：2u電壓電壓( (AC) )/V：180240/90180u功率功率/W：1570/1030n軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)uMicrosoft Windows Server 2003 R2 SP2 企業(yè)版企業(yè)版uMicrosoft Windows Server 2003 R2 SP2 標準版標準版uRed Hat Linux Enterprise V5，高級平臺，高級平臺uSUSE Linux Enterprise Server 10 EM64T SP2n適用環(huán)境適用環(huán)境n工作溫度工作溫度/：1035n工作濕度：工作濕度：8%85%（無冷凝）（無冷凝）n存儲溫度存儲溫度/

39、 ：-4065n存儲濕度：存儲濕度：5%95%（無冷凝）（無冷凝）62（一）計算機系統(tǒng)配置（一）計算機系統(tǒng)配置【例例3】高性能計算機：性能達到或超過萬億次高性能計算機：性能達到或超過萬億次/秒。秒。天河一號天河一號A：n耗資耗資6億元億元n采用了采用了CPUGPU的混合架構(gòu)的混合架構(gòu)n處理器內(nèi)核數(shù)近處理器內(nèi)核數(shù)近20萬顆萬顆u14336 顆顆6核核Intel至強至強X5670 2.93GHz CPUu7168 顆顆 Nvidia Tesla M2050 GPUu2048 顆顆 8核飛騰核飛騰 FT-1000 CPUn內(nèi)存容量內(nèi)存容量 98TBn點點通信帶寬點點通信帶寬 40Gb/sn共享磁盤容

40、量共享磁盤容量 2PBn140個機柜，占地個機柜，占地700平方米平方米n總重量總重量160噸噸n峰值速度峰值速度4701萬億次萬億次/秒，秒，實測速度實測速度2566萬億次萬億次/秒秒63（二）計算機的性能指標（二）計算機的性能指標n每秒鐘執(zhí)行指令的百萬條數(shù)每秒鐘執(zhí)行指令的百萬條數(shù)MIPSn每秒鐘執(zhí)行浮點數(shù)的百萬次操作的數(shù)量每秒鐘執(zhí)行浮點數(shù)的百萬次操作的數(shù)量MFLOPSn吞吐量吞吐量n響應時間（執(zhí)行時間）響應時間（執(zhí)行時間）nCPU時間時間n處理器數(shù)量處理器數(shù)量詳見第詳見第6章章【例例】計算機計算機A的性能比計算機的性能比計算機B的性能好的性能好4倍，倍，B完完成一個指定的任務用時成一個指定

41、的任務用時20s，那么，那么A完成該任務用時完成該任務用時多長？多長？【解解】因為因為所以所以 TA5s4T20sTTPPAABBA 64（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能以往對計算機的測試采用過如下幾種程序：以往對計算機的測試采用過如下幾種程序： 實際應用程序?qū)嶋H應用程序，也就是計算機工作的真實程序。，也就是計算機工作的真實程序。 修正的實際應用程序修正的實際應用程序，即對上面真實程序進行某，即對上面真實程序進行某些修改構(gòu)成測試程序。些修改構(gòu)成測試程序。 核心程序核心程序，提取真實程序中的核心部分構(gòu)成測試，提取真實程序中的核心部分構(gòu)成測試程序。程序。 小測試

42、程序小測試程序，具有特定目的的、，具有特定目的的、100行以內(nèi)的測試行以內(nèi)的測試程序。程序。 合成測試程序合成測試程序，就是選擇具有各種代表性的一系，就是選擇具有各種代表性的一系列測試程序，將它們組合在一起。這種測試程序列測試程序，將它們組合在一起。這種測試程序的集合稱為的集合稱為測試程序組件測試程序組件，或稱，或稱合成測試程序合成測試程序，或稱或稱基準測試程序基準測試程序。1. 關(guān)于基準測試程序關(guān)于基準測試程序65（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能目前常見的目前常見的基準測試程序基準測試程序：nTPC-C：對系統(tǒng)在線：對系統(tǒng)在線處理事務處理事務的能力進行評價

43、。的能力進行評價。nTPC-H：對系統(tǒng)在線：對系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫資料的資料的查詢查詢能力進行評價。能力進行評價。nSPEC web2005：評價系統(tǒng)同時響應：評價系統(tǒng)同時響應http連接連接的最大數(shù)量。的最大數(shù)量。nSPEC jApp Server2004：評價系統(tǒng)基于：評價系統(tǒng)基于java平臺每秒鐘所平臺每秒鐘所完成的完成的java操作操作的最大數(shù)量。的最大數(shù)量。nSPEC CPU2000：用于對：用于對特定程序包特定程序包執(zhí)行時的評估。執(zhí)行時的評估。nLinpack：在每秒鐘內(nèi)，利用高斯消元法求解：在每秒鐘內(nèi)，利用高斯消元法求解一元一元N次線性次線性方程組方程組的次數(shù)來評價系統(tǒng)的性能。的

44、次數(shù)來評價系統(tǒng)的性能。nHPCC：利用：利用雙精度矩陣乘法雙精度矩陣乘法、傅立葉變換傅立葉變換、并、并行矩陣轉(zhuǎn)行矩陣轉(zhuǎn)置置等七個子項全面評價系統(tǒng)的性能。等七個子項全面評價系統(tǒng)的性能。nSAP SD：測試系統(tǒng)的：測試系統(tǒng)的響應時間響應時間及每小時完成的及每小時完成的定單數(shù)定單數(shù)，用，用以衡量系統(tǒng)同時執(zhí)行應用程序及數(shù)據(jù)庫的能力。以衡量系統(tǒng)同時執(zhí)行應用程序及數(shù)據(jù)庫的能力。1. 關(guān)于基準測試程序關(guān)于基準測試程序66測試項目測試項目編寫語言編寫語言類別類別164.gzip C 文件壓縮解壓縮文件壓縮解壓縮175.vpr C FPGA芯片電路布線芯片電路布線176.gcc C C語言程序編譯器語言程序編譯

45、器181.mcf C 運籌優(yōu)化運籌優(yōu)化186.crafty C 國際象棋游戲國際象棋游戲197.parser C 字處理字處理252.eon C+ 可視化計算可視化計算253.perlbmk C PERL腳本操作腳本操作254.gap C 群論群論255.vortex C VORTEx數(shù)據(jù)庫操作數(shù)據(jù)庫操作256.bzip2 C 文件壓縮解壓縮文件壓縮解壓縮300.twolf C TimberWolfSC 電路設(shè)計電路設(shè)計（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能2. SPEC CPU2000整數(shù)整數(shù)測試程序測試程序67（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序

46、來測評計算機的性能測試項目測試項目編寫語言編寫語言 類別類別168.wupwise Fortran 77 物理物理/量子色動力學量子色動力學171.swimFortran 77 天氣預報天氣預報Shallow Water Modeling172.mgrid Fortran 77 多柵求解器：三維勢場多柵求解器：三維勢場173.applu Fortran 77 計算流體動力學和計算物理學計算流體動力學和計算物理學177.mesa C 3D圖形庫圖形庫178.galgel Fortran 90 計算流體動力學計算流體動力學179.art C ART2神經(jīng)網(wǎng)絡神經(jīng)網(wǎng)絡183.equake C 地震波

47、傳播模擬地震波傳播模擬187.facerec Fortran 90 圖像處理：面部輪廓識別圖像處理：面部輪廓識別188.ammp C 計算化學計算化學189.lucas Fortran 90 數(shù)論：質(zhì)數(shù)判定數(shù)論：質(zhì)數(shù)判定191.fma3d Fortran 90 有限元分析有限元分析200.sixtrackFortran 77 核物理加速器設(shè)計核物理加速器設(shè)計301.apsi Fortran 77 氣象預報氣象預報2. SPEC CPU2000浮點浮點測試程序測試程序68（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試

48、軟件測試n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試69（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試lPC Mark2002：整機綜合性能測試軟件，其中包含對：整機綜合性能測試軟件，其中包含對CPU、內(nèi)存、硬盤等子系統(tǒng)的性能測試。、內(nèi)存、硬盤等子系統(tǒng)的性能測試。lSuper pi（104萬位）：將圓周率計算到萬位）：將圓周率計算到104萬位。萬位。n基準測試軟件測試基準測試軟件測試n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試70（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評

49、計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試軟件測試l辦公應用辦公應用l網(wǎng)絡網(wǎng)絡/多媒體創(chuàng)作多媒體創(chuàng)作l3D游戲處理性能游戲處理性能l3D圖形性能圖形性能n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試71（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試軟件測試l辦公應用辦公應用pBusiness Winstone2001：模擬：模擬Office2000、Lotus Notes R5、Netscape Navigator4.7、Norton AntiVirus2000

50、和和WinZip 7.0實際工作環(huán)境的測試軟實際工作環(huán)境的測試軟件，測試系統(tǒng)對辦公應用軟件的處理速度。件，測試系統(tǒng)對辦公應用軟件的處理速度。 l網(wǎng)絡網(wǎng)絡/多媒體創(chuàng)作多媒體創(chuàng)作l3D游戲處理性能游戲處理性能l3D圖形性能圖形性能n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試72（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試軟件測試l辦公應用辦公應用 l網(wǎng)絡網(wǎng)絡/多媒體創(chuàng)作多媒體創(chuàng)作pCC Winstone2002：模擬：模擬Adobe PhotoShop 5.5/Premiere 5.1、D

51、reamweaver 3.0、Director 8.0和和Sound Forge4.5實際工作的測試軟件，用于測試系實際工作的測試軟件，用于測試系統(tǒng)對圖形處理、多媒體音頻、視頻編輯軟件的處理統(tǒng)對圖形處理、多媒體音頻、視頻編輯軟件的處理速度。速度。l3D游戲處理性能游戲處理性能l3D圖形性能圖形性能n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試73（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試軟件測試l辦公應用辦公應用 l網(wǎng)絡網(wǎng)絡/多媒體創(chuàng)作多媒體創(chuàng)作l3D游戲處理性能游戲處理性能p3D M

52、ark2001 SE：常用的：常用的3D游戲性能測試軟件。游戲性能測試軟件。pQuake3 Ver1.17：OpenGL游戲性能基準測試軟件。游戲性能基準測試軟件。pSerious Sam-second Encounter：一個：一個CPU 3D游戲性游戲性能測試工具。能測試工具。l3D圖形性能圖形性能n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試74（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試軟件測試l辦公應用辦公應用 l網(wǎng)絡網(wǎng)絡/多媒體創(chuàng)作多媒體創(chuàng)作l3D游戲處理性能游戲處理性能l3

53、D圖形性能圖形性能pCinema 4D XL V6.103：專業(yè)的：專業(yè)的Open GL引擎引擎3D繪圖繪圖軟件，用于測試軟件，用于測試CPU在專業(yè)在專業(yè)OpenGL 3D繪圖軟件中的繪圖軟件中的性能。性能。n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試3. PC機性能測試機性能測試75（三）用測試程序來測評計算機的性能（三）用測試程序來測評計算機的性能nCPU基本性能測試基本性能測試n基準測試軟件測試基準測試軟件測試l辦公應用辦公應用 l網(wǎng)絡網(wǎng)絡/多媒體創(chuàng)作多媒體創(chuàng)作l3D游戲處理性能游戲處理性能l3D圖形性能圖形性能n實際應用軟件性能測試實際應用軟件性能測試lMPEG4編碼：編碼：FlasK

54、MPEG0.594+DivX5.0.2lMP3編碼：編碼：Lame3.89 alphal文件壓縮：文件壓縮：Winzip 8.13. PC機性能測試機性能測試76（四）（四）Amdahl定律定律77吉恩吉恩阿姆達爾：阿姆達爾：IBM大型機之父大型機之父姓名姓名( (中文中文) )：吉恩：吉恩阿姆達爾阿姆達爾姓名姓名( (英文英文) )：Gene Amdahl出生年月：出生年月：1922年年11月月16日日出生國家出生國家/地點：美國南達科他州地點：美國南達科他州教育背景：教育背景：1948年，獲南達科達州立大學工程物理科學學士學位；年，獲南達科達州立大學工程物理科學學士學位；1952年年2月，

55、獲威斯康辛大學理論物理博士學位月，獲威斯康辛大學理論物理博士學位。計算機世界計算機世界將他列為將他列為“改變世界的改變世界的25人人”之一。之一。78吉恩吉恩阿姆達爾：阿姆達爾：IBM大型機之父大型機之父姓名姓名( (中文中文) )：吉恩：吉恩阿姆達爾阿姆達爾姓名姓名( (英文英文) )：Gene Amdahl出生年月：出生年月：1922年年11月月16日日出生國家出生國家/地點：美國南達科他州地點：美國南達科他州職業(yè)背景：職業(yè)背景：n1952年年6月，加入月，加入IBMn1970年，離開年，離開IBM，自己創(chuàng)辦阿姆達爾公司，自己創(chuàng)辦阿姆達爾公司n1980年年3月，創(chuàng)辦三步曲公司月，創(chuàng)辦三步曲

56、公司( (Trilogy) )n1982年，創(chuàng)立年，創(chuàng)立Grid系統(tǒng)公司系統(tǒng)公司n1987年，創(chuàng)建年，創(chuàng)建Andor系統(tǒng)公司系統(tǒng)公司n1996年，創(chuàng)辦商業(yè)數(shù)據(jù)服務公司年，創(chuàng)辦商業(yè)數(shù)據(jù)服務公司( (CDS) )79吉恩吉恩阿姆達爾：阿姆達爾：IBM大型機之父大型機之父n領(lǐng)導領(lǐng)導IBM 360的設(shè)計工作。他的設(shè)計工作。他提出：提出：360應是一條向下兼容的應是一條向下兼容的生產(chǎn)線，可使軟件和設(shè)備用在生產(chǎn)線，可使軟件和設(shè)備用在這一家族的每個成員身上。這一家族的每個成員身上。n從從1961年到年到1964年，研制一共年，研制一共花了花了3年時間，耗費年時間，耗費50多億美元，多億美元，超過二戰(zhàn)時原子彈

57、的研制費用。超過二戰(zhàn)時原子彈的研制費用。n這一產(chǎn)品加上后來這一產(chǎn)品加上后來370系列，成系列，成為歷史上銷售量最大的計算機為歷史上銷售量最大的計算機家族。家族。80（四）（四） Amdahl定律定律n上世紀六十年代由上世紀六十年代由IBM 360系列計算機的主要設(shè)計系列計算機的主要設(shè)計者者Amdahl提出。提出。nAmdahl定律內(nèi)容：計算機系統(tǒng)中某一部件由于采定律內(nèi)容：計算機系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后，整個系統(tǒng)性能的提高用某種更快的執(zhí)行方式后，整個系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的與這種執(zhí)行方式的使用頻率使用頻率或或占總執(zhí)行時間的比占總執(zhí)行時間的比例例有關(guān)。有關(guān)。81（四）（四）

58、 Amdahl定律定律計算機系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)的加速比加速比取決于下面兩個因素：取決于下面兩個因素： 可改進部分在原系統(tǒng)總執(zhí)行時間中所占的比，稱為可改進部分在原系統(tǒng)總執(zhí)行時間中所占的比，稱為可改進比例可改進比例，用，用fe表示。例如，程序的總執(zhí)行時間表示。例如，程序的總執(zhí)行時間為為100s，可改進的部分是其中的，可改進的部分是其中的20s，則，則fe0.2。可見，可見，fe總是小于或等總是小于或等1的。的。 可改進部分改進后性能提高的程度，通常用可改進部分改進后性能提高的程度，通常用部件加部件加速比速比re來表示某部件改進后性能提高的比例。來表示某部件改進后性能提高的比例。例如，某部件改進后，執(zhí)

59、行時間由原來的例如，某部件改進后，執(zhí)行時間由原來的20s減少減少到到5s，則部件加速比，則部件加速比re20/54?？梢?，可見，re一般是大于一般是大于1的。的。間間改進后的系統(tǒng)總執(zhí)行時改進后的系統(tǒng)總執(zhí)行時間間改進前的系統(tǒng)總執(zhí)行時改進前的系統(tǒng)總執(zhí)行時改進前的系統(tǒng)性能改進前的系統(tǒng)性能改進后的系統(tǒng)性能改進后的系統(tǒng)性能加速比加速比82（四）（四） Amdahl定律定律n若假設(shè)改進前的系統(tǒng)總執(zhí)行時間為若假設(shè)改進前的系統(tǒng)總執(zhí)行時間為To，可以得出，可以得出改進后的系統(tǒng)總執(zhí)行時間改進后的系統(tǒng)總執(zhí)行時間Tn為：為：n若加速比用若加速比用Sp表示，則加速比表示，則加速比Sp可表示為：可表示為：n當系統(tǒng)可改進的

60、部分當系統(tǒng)可改進的部分fe確定后，既使這一部分改進確定后，既使這一部分改進后不再需要時間，即后不再需要時間，即re，則，則Sp1/( (1fe) )。 eeeonrffTT1 eeeprffS 1183（四）（四） Amdahl定律定律【例例1.1】某某Web服務器系統(tǒng)，采用新的服務器系統(tǒng)，采用新的CPU以提高以提高其性能，新的其性能，新的CPU處理處理Web服務器應用程序的運行服務器應用程序的運行速度是原來處理器的速度是原來處理器的10倍，同時假定此倍，同時假定此CPU有有40%的時間用于計算，另外的時間用于計算，另外60%的時間用于等待的時間用于等待I/O，則，則進行這一升級后，所得到的總