计算机系统结构 南京航空航天大学 计算机科学与技术学院 主讲：刘佳

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1 计算机系统结构 南京航空航天大学 计算机科学与技术学院 主讲：刘佳

2 Computer Architecture

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4 课程介绍  从计算机逻辑组织和物理结构的角度介绍计算机系统的结构。研究如何更好地对计算机系统的软、硬件进行功能分配及分界面的确定，以使系统具有更高的性能/价格比。 这是一门软、硬件综合，涉及到的知识面比较广的课程.

5 学习目的： 建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。  学科方向： 一级学科：计算机应用技术

6 与其他课程的交叉 基础课程：计算机组成原理、微机原理、汇编语言、计算机操作系统、数据结构、高级语言、编译等
新内容：超标量计算机、超流水线计算机、向量计算机、阵列机、多处理机 等内容。

7 教 材 计算机系统结构（ 第五版） 李学干 西安电子科技大学出版社

8 课程主要章节 第1章 计算机系统结构基础与并行性的开发 第2章 数据表示、寻址方式与指令系统 第3章 存储、中断、总线与IO系统
第4章 存储体系 第5章 标量处理机 第6章 向量处理机 第7章 多处理机 第8章 数据流计算机和规约机

9 课程核心内容 系统设计方法与性能评价 指令设计相关内容 数据通路系统相关内容 存储系统相关内容 各种复杂计算机系统相关内容

10 1、系统设计方法 自下而上 自上而下 自中间向两端 高级语言机器 M4 L4 汇编语言机器 M3 L3 操作系统机器 M2 L2
通用计算机 系列机 兼容机

11 性能评价 CPU主频、存储能力、IO速度等 等效指令执行速度 核心程序 Linpack浮点测试程序 Whetstone基准测试程序
Benchmark整数测试程序 Linpack浮点测试程序 Whetstone基准测试程序 for(i=0;i<100;i++) s=s+i; s=s*s; 静态频度？ 动态频度？

12 并行性实现方法 时间重叠 资源重复 资源共享

13 2、指令设计相关 ADD AX，BX 三者之间的制约关系！ 操作码 操作数 指令字长 存储介质？ 存储介质大小？ 指令字长=操作码+操作数？
寻址方式？ 指令字长=操作码+操作数？ ADD AX，BX 等长编码 哈夫曼编码 扩展编码 三者之间的制约关系！

14 3、数据通路相关 总线 I/O系统 中断系统 中断响应 中断处理 软硬件如何协调工作的？ 控制方式 - 集中式串行链接 - 集中式定时查询
- 集中式独立请求 总线的线数 通道 - 字节多路通道 - 选择通道 - 数组多路通道 外围处理机 流量设计与性能评价？

15 4、存储系统相关 虚拟存储系统 Cache存储系统 多级存储体系 为什么需要多级存储体系？

16 （1）作用和目的 虚拟存储器 增大存储容量 Cache存储器 提高访问速度

17 （2）管理方式 虚拟存储器 段式 页式 段页式 Cache存储器 目录表 快慢表

18 （3）映像方式 全相联映像 直接映像 组相联映像 虚拟存储器 全相联映像 Cache存储器 组相联映像 直接映像

19 （4）替换算法 非堆栈型 堆栈型 虚拟存储器LRU 软件实现 （实验） Cache存储器LRU 硬件实现 （比较对法）

20 5、各种复杂计算机系统 应用实例：向量计算机 SISD：流水线计算机 SIMD：阵列计算机 MIMD：多处理机
弗林分类法： SISD SIMD MISD MIMD SISD：流水线计算机 SIMD：阵列计算机 MIMD：多处理机 非冯诺依曼结构：数据流机、规约机 应用实例：向量计算机 不同的实现方法： 向量流水计算机 阵列机 硬件和软件上分别要考虑的因素有哪些？

21 从并行性实现的角度看 时间重叠：流水计算机 资源重复：阵列机、多处理机 资源共享：操作系统 综合？ 超标量超流水线计算机

22 谢 谢！