計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)組成原理課件

Ch1:ComputerAbstractions

計算機(jī)系統(tǒng)概述

第1講：計算機(jī)系統(tǒng)概述

第2講：計算機(jī)性能評價

2010年12月28日星期

第一講計算機(jī)系統(tǒng)概述

。計算機(jī)發(fā)展簡史

?IAS通用計算機(jī)模型機(jī)：馮?諾依曼結(jié)構(gòu)

?IBM360系列機(jī)：引入兼容性（系列機(jī)）概念

?DECPDP-8：引入總線結(jié)構(gòu)

。計算機(jī)系統(tǒng)的組成

?計算機(jī)硬件：CPU+MM+I/O

?計算機(jī)軟件：系統(tǒng)軟件+應(yīng)用軟件

。計算機(jī)層次結(jié)構(gòu)

?計算機(jī)硬件和軟件的接口：指令系統(tǒng)

?計算機(jī)軟件如何在硬件上執(zhí)行

°本課程主要內(nèi)容

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Chapter1.2

計算機(jī)的功能和特點(diǎn)

。什么是計算機(jī)？

■計算機(jī)是一種能對數(shù)字化信息進(jìn)行自動、高速運(yùn)算的通用

處理裝置。

。計算機(jī)的功能：

■數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳送、控制

。計算機(jī)的特點(diǎn)：

■高速：高速元器件和“存儲程序”工作方式帶來高速性

?通用：體現(xiàn)在處理對象和應(yīng)用領(lǐng)域沒有限制

?準(zhǔn)確：精度足夠的算術(shù)運(yùn)算帶來準(zhǔn)確性

?智能：邏輯推理能力帶智能性

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Chapter1.3

回顧：計算機(jī)發(fā)展簡史

°第一代：真空管(電子管VacuumTube)1946?57年

?46年誕生第1臺電子計算機(jī)EN機(jī)C

-體積龐大，重30噸，有18000多個真空管組成，5000次加法/秒。

-采用十進(jìn)制表示/運(yùn)算，其存儲器由20個累加器組成，每個累加器

可存10位十進(jìn)制數(shù)，每一位數(shù)由10個真空管表示。

-采用手動編程，通過設(shè)置開關(guān)和插拔電纜來實(shí)現(xiàn)。

?馮?諾依曼機(jī)(VonNeumannMachine)

-45年馮?諾依曼(圖靈也同時)提出“存儲程序(Stored-

program)”思想，并于46年開始設(shè)計“存儲程序”計算機(jī)。

-“存儲程序”思想：

將事先編好的程序和原始數(shù)據(jù)送入主存中，然后啟動執(zhí)行。計算機(jī)

應(yīng)能在不需操作人員干預(yù)下，自動完成逐條取出指令和執(zhí)行指令

的任務(wù)。

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Chapter1.4SKIP

TheFirstGeneration:VacuumTube

Computers(1946-1957)

Thefirstgeneral-purposecomputer-ENIAC

ENIAC——NonvonNeumannModel

CK

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Chapter1.6

馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的主要思想

1.計算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備

五個基本部件組成。

2.各基本部件的功能是：

/存儲器不僅能存放數(shù)據(jù)，而且也能存放指令，形式上兩者

沒有區(qū)別，但計算機(jī)應(yīng)能區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)還是指令；

,控制器應(yīng)能自動執(zhí)行指令；

,運(yùn)算器應(yīng)能進(jìn)行加/減/乘/除四種基本算術(shù)運(yùn)算，并且也能

進(jìn)行一些邏輯運(yùn)算和附加運(yùn)算；

/操作人員可以通過輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和主機(jī)進(jìn)行通信。

3.內(nèi)部以二進(jìn)制表示指令和數(shù)據(jù)。每條指令由操作碼和地址碼

兩部分組成。操作碼指出操作類型，地址碼指出操作數(shù)的地

址。由一串指令組成程序。

4.采用“存儲程序”工作方式。

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Chapter1

計算機(jī)發(fā)展簡史

°第二代：晶體管1958?64年

晶體管：

?元器件：邏輯元件采用晶體管，內(nèi)存由磁Transistor

芯構(gòu)成，外存為磁鼓與磁帶。

?特點(diǎn)：變址，浮點(diǎn)運(yùn)算，多路存儲器，I/O

處理機(jī)，中央交換結(jié)構(gòu)（非總線結(jié)構(gòu)）。

■軟件：使用高級語言，提供了系統(tǒng)軟件。

?代表機(jī)種：IBM7094(scientific)X1401

(busin;)和DECPDP-1

DECPDP-1

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Chapter1.8

計算機(jī)發(fā)展簡史

第三代：SSI/MSI1965?71年

?元器件：邏輯元件與主存儲器均由集成電路（IC）實(shí)現(xiàn)。

?特點(diǎn)：微程序控制，Cache,虛擬存儲器，流水線等。

?代表機(jī)種：IBM36（^DDECPDP-8（大/巨型機(jī)與小型機(jī)同時發(fā)展）

-巨型機(jī)(Supercomputer)：Cray-1

-大型機(jī)(Mainframe)：IBM360系列

-小型機(jī)(Minicomputer)：DECPDP-8

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Chapter1.9

IBMSystem/360系列計算機(jī)

IBM公司于1964年研制成功

引入了“兼容機(jī)”(“系列機(jī)”

概念

?兼容機(jī)的特征：

-相同的或相似的指令集

-相同或相似的操作系統(tǒng)

-更高的速度

-更多的I/O端口數(shù)

-更大的內(nèi)存容量

低端機(jī)指零矗幽榆I的一個

子集，稱為“向后兼容”。功問題1：引入“兼容機(jī)”有什么好處？

能相同，而性能不同。

問題2：實(shí)現(xiàn)“系列機(jī)”的關(guān)鍵是什么

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Chapter1.10

DEC公司的PDP-8機(jī)

同在64年出現(xiàn)。與舊M360相比，價格更低、更小巧，因而

被稱為小型機(jī)(Minicomputer)

PDP-8“創(chuàng)造了小型機(jī)的概念，并使之成為數(shù)十億美元的工

業(yè)”，使DEC成為了最大的小型機(jī)制造商。

主要特點(diǎn)：首次采用總線結(jié)構(gòu)。

Omnibus總線包含了96個獨(dú)立的信號通道，用以傳送控制

、地址和數(shù)據(jù)信號。這種結(jié)構(gòu)具有高度的靈活性，允許將模

塊插入總線以形成各種配置。

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Chapter1.11

PDP-8/E計算機(jī)系統(tǒng)框圖

控制臺

CPU主存儲器I/O模塊I/O模塊

控n制器

Omni總線

PDP—8計算機(jī)總線結(jié)構(gòu)圖

問題：“總線結(jié)構(gòu)”有什么好處？

具有高度的靈活性，允許將模塊插入總線以形成各種配置

節(jié)省器件，體積小，價格便宜

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Chapter1.12

計算機(jī)發(fā)展簡史

（第四代：LSI/VLSI/ULSI1972?至今）

?微處理器和半導(dǎo)體存儲器的技術(shù)發(fā)展迅猛，微型計算機(jī)出現(xiàn)。

使計算機(jī)以辦公設(shè)備和個人電腦的方式走向普通用戶。

半導(dǎo)體存儲器

-70年FWrchild公司生產(chǎn)出第一個相對大容量半導(dǎo)體存儲器

-74年位價格低于磁芯的半導(dǎo)體存儲器出現(xiàn)，并快速下跌

-從70年起，存儲密度呈4倍提高（幾乎是每3年）。

微處理器

-微處理器芯片密度不斷增加，使CPU中所有元件放在一塊芯片上成

為可能。71年開發(fā)出第一個微處理器芯片4004。

?特點(diǎn)：共享存儲器，分布式存儲器及大規(guī)模并行處理系統(tǒng)

以后幾代（標(biāo)準(zhǔn)、意見不一）

（注：有稱第四代是VLSI,從80年代開始；也有稱第四代是LSL從72年開始；

有的又分成LSI時代和VLSI時代）

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Chapter1.13

打開計算機(jī)來看看

powers叩My

fanwithcover

motherboard

PC主板

-PCI總線插槽

內(nèi)存條

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解剖計算機(jī)

Howdoyoubuildsystemswith>1Gcomponents?

個人計算機(jī)由主CircuitBoard:IntegratedCircurt:

機(jī)和外設(shè)組成主機(jī)中包含每個電路板中有Module:

多個電路板十幾個集成電路每個集成電路中

有十幾個模塊

MOSFET

每個門電路實(shí)現(xiàn)基

本的邏輯運(yùn)算

+Cell:

所有信息都用二每個模塊中有

進(jìn)制編碼表示上千萬個單元

每個單元中有

十幾個門電路

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Chapter1.16

IntegratedCircuitsmanufacturingprocess

圓形薄片/硅拋光片

單晶硅錠（6/8/12寸，厚度不足1mm）

SiliconingotBlankwafers

Slicer

20to30processvigsteps

Individualdies

Patternedwafers

Die

tester

不合格的用磁IC小片/芯片

漿點(diǎn)上記號“晶圓”/大芯片

PackageddiosTestedpackageddies

回回同回叵叵

回回回Shiptocustomers

封裝：將芯片固定在塑膠或陶瓷基座上，把芯片上蝕刻出來

的引線與基座底部伸出的引腳連接，蓋上蓋板并封焊成芯片約需400多道工序!

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Chapter1.17

Pentium這片內(nèi)的主要功能塊

DieArea:91mm2

直徑8inch(200mm)的

Wafer最多可做196個Die

工3,300,000Transistors

Cache:=1MTransistors

296Pins

PentlumPro芯片內(nèi)的主要功能塊

?DieArea:306mm2

?直彳￡8inch(200mm)的

Wafer最多可做78個Die

?-5,500,000Transistors

?Cache:MMTransistors

?ExternalCache:

31MTransistors

PentiumProPackage=

PentiumPro+ExternalCache

387Pins

Pentium4處理器內(nèi)部布局

Control

ControlI/O

interface

Instructioncache

Data

cache

Enhanced

floatingpoint

andmultimediaInteger

datapath

Secondary

cache

and

memory

interface

=f-1Control

Advancedpipelining

Control

hyperthreadingsupport

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Chapter1.20

Hardware/SoftwareInterface

temp=v[k];

v[k]=v[k+l];

v[k+l]=temp;

lw$15,0($2)

lw$16,4($2)

sw$16,0($2)

sw$15,4($2)

1000iioooioomioooooooooooooooo

10001100010100000000000000000100

101011000101oooooooooooooooooooo

10101100010011110000000000000100

MachineInterpretation

…，EXTop=1,ALUSe1A=1,ALUSe1B=11,ALUop=add,

ControlSignal

SpecificationIorD=l,Read,MemtoReg=l,RegWr=l,......

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Chapter1.21

Hardware/SoftwareInterface（界面）

指令集體系結(jié)構(gòu)

機(jī)器語言由指令代碼構(gòu)成，能被硬件直接執(zhí)行。

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Chapter1.22

Software

Systemsoftware(系統(tǒng)軟件)■簡化編程過程，使硬件資源被有效利用

?操作系統(tǒng)(OperatingSystem)：硬件資源管理，用戶接口

?語言處理系統(tǒng)：翻譯程序+Linker,Debug,Loader,etc...

-翻譯程序(Translator)有三類：

A匯編程序(Assembler)：將匯編語言源程序翻譯為機(jī)器語言目

標(biāo)程序文件。

＞編譯程序(Complier)：將高級語言源程序翻譯為匯編語言或

機(jī)器語言目標(biāo)程序文件。

＞解釋程序(Interpreter)：將高級語言語句逐條翻譯成機(jī)器指

令并立即執(zhí)行。不生成目標(biāo)文件。

?其他實(shí)用程序：如：磁盤碎片整理程序、備份程序等

Applicationsoftware(應(yīng)用軟件)?解決具體應(yīng)用問題/完成具體應(yīng)用任務(wù)

?各類媒體處理程序：Word/Image/Graphics/...

?管理信息系統(tǒng)(MIS)

?Game,...

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Chapter1.23

ComputerHierarchy（計算機(jī)系統(tǒng)層次）

應(yīng)用程序員最終用戶

。上圖給出的是計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

指令系統(tǒng)（即ISA）是軟/硬件的交界面

。不同用戶工作在不同層次，所看到的計算機(jī)不一樣

。中間陰影部分就是本課程主要內(nèi)容，處于最核心的部分!

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Chapter1.24

一個典型系統(tǒng)的硬件組成

CPU

registerfile

PC昌

□systembusmemorybusMM

4main|

I/O仁」一

MemoryInterface

bridge---------/Imemory

OT=>

MObusExpansionslotsfor

X7otherdevicessuch

USBdrskasnetworkadapters.

controlleradaptercontrcHJer

^lou^^eyboa^^^spia^)

elIoexecutable

storedondish

Input/Output

PC：程序計數(shù)器；ALU：算術(shù)/邏輯單元；USB：通用串行總線

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Chapter1.25

一個典型程序的轉(zhuǎn)換處理過程

經(jīng)典的“hello.c”C?源程序hello.c的ASCII文本表示

1#include<stdio.h>#inc1ude<sp><stdio.

23510511099108117100101326011511610010511146

3intmain()h>\n\nint<sp>main()\n{

1046210101051101163210997105110404110123

4(\n<sp><sp><sp><sp>printf(**hel

5printf("hello,world\n");10323232321121141051101161024034104101108

6}lo,<sp>world\nH);\n}

程序的功能是：10811144321191111141081009211034415910125

輸出“hello,world”

programsourceprogramobjectobject

(text)program仲刈programsprogram

(text)(binary)(binary)

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Chapter1.26

Hello程序的數(shù)據(jù)流動過程unix>./hello[Enter]

hello,world

unix>

CPURed：shell命令行處理

registerfileBlue：可執(zhí)行文件加載

Cyan：hello程序執(zhí)行過程

IPC|

systembusmemorybus

^$1mainI“簡。"

Memoryi

bridgememoryuhello,world/nn

zA

MObusExpansionslotsfor

otherdevicessuch

USgraphicsdiskasnetworkadapters.

controladaptercontroiler

mousekeyboarddisplay

“hello,world/n”工Hello可執(zhí)行文件

“hello”disk

數(shù)據(jù)經(jīng)常在各存儲部件間傳送。故現(xiàn)代計算機(jī)大多采用“緩存”技術(shù)!

所有過程都是在CPU執(zhí)行指令所產(chǎn)生的控制信號的作用下進(jìn)行的。

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Chapter1.27

該課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容

如何設(shè)計高性能CPU?

registerfile

如何設(shè)計總線BUS?

PC昌如何設(shè)計存

systembusmemorybus儲器系統(tǒng)？

□一4gn|

I/O

MemoryInterface

bridge--------------/Imemory

OT=>

MObusExpansionslotsfor

X7otherdevicessuch

USBdrskasnetworkadapters.

controlleradaptercontrcHJer

^lou^^eyboa^^

elIoexecutable

storedondish

如何設(shè)計I/O?

信息（指令和數(shù)據(jù)）在計算機(jī)中如何表示?

指令系統(tǒng)如何設(shè)計？

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Chapter1.28

CourseOutline

°性能評價(Performancemeasurement)

°計算機(jī)算術(shù)(ArithmeticforComputer)

?數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算

°存儲器層次結(jié)構(gòu)(MemoryHierarchies)

°指令集體系結(jié)構(gòu)(InstructionSetArchitecture)

°CPU設(shè)計

?數(shù)據(jù)通路(Datapath)和控制器(ControlUnit)

°流水線技術(shù)(Pipelining)

°系統(tǒng)總線(SystemBuses)

°輸入/輸出系統(tǒng)(Input/Outputsystem)

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Chapter1.29

第二講計算機(jī)性能評價

°制造成本(manufacturingcost)

°衡量計算機(jī)性能的基本指標(biāo)

?響應(yīng)時間(responsetime)

-執(zhí)行時間(executionTime)、等待時間(latency)

?throughput(吞吐量)

-帶寬(bandwidth)

°計算機(jī)性能測量

°指令執(zhí)行速度(MIPS、MFLOPS)

°基準(zhǔn)程序(Benchmark)

2010年12月28日星期.

Chapter1.30

回顧：IntegratedCircuitsCosts?manufacturingprocess

在考察性能前，先考察成本!

圓形薄片/硅拋光片

單晶硅錠（6/8/12寸，厚度不足1mm）

SiliconingotBlankwafers

?Slicer

20to30processvigsteps

回回同回叵叵

回回回Shiptocustomers

封裝：將芯片固定在塑膠或陶瓷基座上，把芯片上蝕刻出來

的引線與基座底部伸出的引腳連接，蓋上蓋板并封焊成芯片約需400多道工序!

2010年12月28日星期.

Chapter1.31

IntegratedCircuitsCosts公式

芯片成本與以下因素有關(guān):

Cost_per_wafter

Diecost=

Die_per_waferxYield■圓晶價格

■圓晶所含小片數(shù)

wafer_area

Diesperwafer=-=------

Diearea?小片合格率

小片合格率

DieYield=-----------------------------------------------------

(1+(Defect_per_area\Die_area))

由此看出：每個圓晶片上的小片數(shù)、集成電路成本都與芯片面積有關(guān)!

2010年12月28日星期.

Chapter1.32

計算機(jī)性能的基本評價指標(biāo)

。計算機(jī)有兩種不同的性能

°Tlmetodothetask不同應(yīng)用場合用戶關(guān)心的性能不同：

一響應(yīng)時間(responsetime)要求吞吐率高的場合，例如：

-執(zhí)行時間(executiontime)多媒體應(yīng)用（音/視頻播放要流暢）

-等待時間或時延(latency)要求響應(yīng)時間短的場合：例如：

°Tasksperday,hour,sec,ns.??事務(wù)處理系統(tǒng)（存/取款的速度要快）

要求吞吐率高且響應(yīng)時間短的場合：

-吞吐率(throughput)

ATM、文件服務(wù)器、Web服務(wù)器等

一帶寬(bandwidth)

°基本的性能評價標(biāo)準(zhǔn)是：CPU的執(zhí)行時間

XisntimesfasterthanY"means相對性能用執(zhí)行時間

ExTime(Y)Performance(X)的倒數(shù)來表示！

ExTime(X)Performance(Y)

2010年12月28日星期.

Chapter1.33

計算機(jī)性能的測量

比較計算機(jī)的性能時，用執(zhí)行時間來衡量

?完成同樣工作量所需時間最短的那臺計算機(jī)就是性能最好的

?處理器時間往往被多個程序共享使用，因此，用戶感覺到的程序執(zhí)行時

間并不是程序真正的執(zhí)行時間(從hello程序執(zhí)行過程可知)

?通常把用戶感覺到的響應(yīng)時間分成：

-CPU時間：指CPU真正花在程序執(zhí)行上的時間。又包括兩部分：

/用戶CPU時間：用來運(yùn)行用戶代碼的時間

/系統(tǒng)CPU時間：為了執(zhí)行用戶程序而需要運(yùn)行操作系統(tǒng)程序的時間

-其他時間：指等待I/O操作完成或CPU花在其他用戶程序的時間

?系統(tǒng)性能和CPU性能不等價，有一定的區(qū)別

-系統(tǒng)性能(Systemperformance)：系統(tǒng)響應(yīng)時間，與CPU外的其

他部分也都有關(guān)系

-CPU性能(CPUperformance)：用戶CPU時間

?本章主要討論CPU性能，即：CPU真正用在用戶程序執(zhí)行上的時間

問題：用戶CPU時間與系統(tǒng)響應(yīng)時間哪個更長？

2010年12月28日星期.

Chapter1.34

CPU執(zhí)行時間的計算

CPI：CyclesPerInstruction

CPU執(zhí)行時間=CPU時鐘周期數(shù)/程序X時鐘周期

=CPU時鐘周期數(shù)/程序小時鐘頻率

=指令條數(shù)/程序XCPIX時鐘周期

CPU時鐘周期數(shù)/程序=指令條數(shù)/程序XCPI

CPI=CPU時鐘周期數(shù)/程序+指令條數(shù)/程序

CPI用來衡量以下各方面的綜合結(jié)果

?InstructionSetArchitecture(ISA)

?Implementationofthatarchitecture

?program

2010年12月28日星期.

Chapter1.35

AspectsofCPUPerformance

CPUtime=Seconds=InstructionsxCyclesxSeconds

ProgramProgramInstructionCycle

instr,countCPIclockrate

Program

Compiler

Instr.SetArch.

Organization

Technology

思考：三個因素與哪些方面有關(guān)?

2010年12月28日星期.

Chapter1.36

AspectsofCPUPerformance

CPUtime=Seconds=InstructionsxCyclesxSeconds

ProgramProgramInstructionCycle

instr,countCPIclockrate

ProgramXX

CompilerX(X)

Instr.SetArch.XX

OrganizationXX

TechnologyX

問題：ISA、計算機(jī)組織(Organization)、計算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)(Technology)

三者的關(guān)系是什么？

2010年12月28日星期.

Chapter1.37

Architecture=InstructionSetArch.+Organization

ComputerDesign

InstructionSetDesignComputerHarawareDesign

°MachineLanguage°MachineImplementation

°CompilerView°LogicDesigner'sView

°"ComputerArchitecture"°"ProcessorArchitecture"

"InstructionSetProcessor""ComputerOrganization"

"BuildingArchitect',"ConstructionEngineer"

“建筑設(shè)計師”“建造工程師”

功能定義與設(shè)計考慮用什么材料，如何布線等

例如，是否提供“乘法指令”是ISA設(shè)計要考慮的問題；如何實(shí)現(xiàn)乘法指令(用專門的

乘法器還是用一個加法器+移位器實(shí)現(xiàn))是組成(Organization)考慮的問題；如何布

線、用什么材料、工藝設(shè)計等是計算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)(Technology)考慮的問題。

2010年12月28日星期.

Chapter1.38

如何計算CPI?

對于某一條特定的指令而言，其CPI是一個確定的值。但是，對于某一類指

令、或一個程序、或一臺機(jī)器而言，其CPI是一個平均值，表示該類指令或

該程序或該機(jī)器的指令集中每條指令執(zhí)行時平均需要多少時鐘周期。

假定CPIi和Ci分別為第i類指令的CPI和指令條數(shù)，則程序的總時鐘數(shù)為

■

nn

總時鐘數(shù)CPIXc所以，CPU時間二時鐘周期CPIXc

.all..Il

I=1I=1

假定CPIi、Fi是各指令CPI和在程序中的出現(xiàn)頻率，則程序綜合CPI為：

〃C,

CPI=￡CPIxFwhere耳=----------------------

z=i''InstructionCount

已知CPU時間、時鐘頻率、總時鐘數(shù)、指令條數(shù)，則程序綜合CPI為：

CPI=（CPU時間X時鐘頻率）/指令條數(shù)=總時鐘周期數(shù)/指令條數(shù)

問題：指令的CPI、機(jī)器的CPI、程序的CPI各能反映哪方面的性能？

單靠CPI不能反映CPU的性能！為什么？如：單周期處理器CPI=L但性能差!

2010年12月28日星期.

Chapter1.39

Examplel

程序P在機(jī)器A上運(yùn)行需10s,機(jī)器A的時鐘頻率為400MHz。

現(xiàn)在要設(shè)計一臺機(jī)器B,希望該程序在B上運(yùn)行只需6s.

機(jī)器B時鐘頻率的提高導(dǎo)致了其CPI的增加，使得程序P在機(jī)器

B上時鐘周期數(shù)是在機(jī)器A上的1.2倍。機(jī)器B的時鐘頻率達(dá)到A

的多少倍才能使程序P在B上執(zhí)行速度是A上的10/6=1.67倍？

Answer:

CPU時間A二時鐘周期數(shù)A/時鐘頻率A

時鐘周期數(shù)A=10secx400MHz=4000M個

時鐘頻率B=時鐘周期數(shù)B/CPU時間B

=1.2x4000M/6sec=800MHz

機(jī)器B的頻率是A的兩倍，但機(jī)器B的速度并不是A的兩倍！

2010年12月28日星期.

Chapter1.40

MarketingMetrics（產(chǎn)品宣稱指標(biāo)）

MIPS=InstructionCount/Timex106

=ClockRate/CPIx106

MillionInstructionsPerSecond

因?yàn)槊織l指令執(zhí)行時間不同，所以MIPS總是一個平均值。

?不同機(jī)器的指令集不同、

?程序由不同的指令混合而成J用MIPS數(shù)表示性

?指令使用的頻度動態(tài)變化能有沒有局限？

?PeakMIPS:（不實(shí)用）J

所以MIPS數(shù)不能說明性能的好壞（用下頁中的例子來說明）

MFLOPS=FPOperations/Timex106

MillionFloating-pointOperationsPerSecond

■與機(jī)器相關(guān)性大

用MFLOPS數(shù)表示

?并不是程序中花時間的部分性能也有局限！

2010年12月28日星期.

Chapter1.41

Example:MIPS數(shù)不可靠!

Assumewebuildanoptimizingcompilerfortheload/storemachine.The

compilerdiscards50%oftheALUinstructions.

1)WhatistheCPI?僅僅在軟件上進(jìn)行優(yōu)化，沒有涉及到任何硬件措施。

2)Assuminga20nsclockcycletime(50MHzclockrate).WhatistheMIPS

ratingforoptimizedcodeversusunoptimizedcode?DoestheMIPSrating

agreewiththeratingofexecutiontime?

Optimizingcompiler

OpFreaCycleNewFreq

27%

ALU43%121.5/(21.5+21+12+24)=27%

Load21%227%

21/(21.5+21+12+24)=27%

Store12%215%

Branch24%2127(21.5+21+12+24)=15%

31%

24/(21.5+21+12+24)=31%

CPI1.5750M/1.57=31.8MIPS1.73

MIPS31.850M/1.73=28.9MIPS------------28.9

結(jié)果：因?yàn)閮?yōu)化后減少了ALU指令（其他指令數(shù)沒變），所以

程序執(zhí)行時間一定減少了，但優(yōu)化后的MIPS數(shù)反而降低了。

Chapter1.42201。年12月28日星期

選擇性能評價程序(Benchmarks)

°用基準(zhǔn)程序來評測計算機(jī)的性能

?基準(zhǔn)測試程序是專門用來進(jìn)行性能評價的一組程序

?不同用戶使用的計算機(jī)用不同的基