《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》電子教案(清華版).ppt

2001.9.1 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主講：華中科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院林安 教學(xué)計劃 第一章 基本概念(P1) 1.1 定性知識───幾個基本概念 “計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”狹義定義包含的內(nèi)容(P4) 1.1.2 計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次模型(P3) 1.1.3 其他重要名詞概念(自學(xué)) 1.1.4 馮.諾依曼(Von Neumann)型機(jī)器的特點(diǎn)(P22) 1.1.5 現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的分類(Flynn分類法，P6) 1.2 定量知識───3個性能公式 1.2.1 Amdahl定律(加快經(jīng)常性事件原理，P9) Amdahl定律的推導(dǎo) Amdahl定律的圖形 1.2.2 CPI與程序執(zhí)行時間Te(P11) 1.2.3 每秒百萬指令數(shù)MIPS與每秒百萬浮點(diǎn)數(shù)MFLOPS(P11) 例題選講(1) 例1.1(P10) Amdahl定律公式，已知：Fe=0.4，Se=10，求Sn。 它說明局部(40%)的大幅度改進(jìn)(10倍)對全局的作用要小得多(1.56倍)。 例1.2(P10) Amdahl定律公式，已知方案1 ：Fe1=0.2，Se1=10，求Sn1；已知方案2 ：Fe2=0.5，Se2=2，求Sn2 。 它說明大范圍的小幅度改進(jìn)(方案2)效果可能更好。 例題選講(2) 例1.3(P11) CPI公式，注意該公式中的指令數(shù)百分比不同于Amdahl定律中的時間百分比Fe，避免用錯。 已知： ICFP / IC = 25%，IC非FP / IC = 75%； IC FPSQR / IC = 2%，IC非FPSQR / IC = 98%。 改進(jìn)前：CPI FP = 4.0，CPI非FP = 1.33； CPI FPSQR = 20，CPI非FPSQR = ？ 改進(jìn)后：CPI FP = 2.0， CPI非FP = 老值； CPI FPSQR = 2.0，CPI非FPSQR = 老值。 求： 兩種方案改進(jìn)后的CPI。 分析： 方案2缺一個條件CPI非FPSQR ，但改進(jìn)前用兩種方法算出 的CPI應(yīng)該是相同的，所以由 CPI 老 = CPI FP× ICFP / IC+ CPI非FP × IC非FP / IC = CPI FPSQR× ICFPSQR / IC+ CPI非FPSQR × IC非FPSQR / IC 例題選講(3) 解出CPI非FPSQR = 80 / 49 現(xiàn)在分別用兩種方案改進(jìn)后的參數(shù)代入公式，算出新的CPI為1.64和1.5，顯然CPI值較小的方案2較好。 教材的解法中有兩個小公式值得注意，一個是： 例題選講(4) 例1.4(P12) Te公式，其中CPI用相應(yīng)的公式代換 例題選講(5) 例1.5(P12) Te公式，改動上題中CYCLEB =1.1 ×CYCLEA，則最后 Te_B = 1.25×ICB ×CYCLEB = 1.25×80%×ICA×1.1×CYCLEA = 1.1×ICA×CYCLEA < Te_A 這時B機(jī)器快一些。 題12 (P33) Amdahl定律公式，代入已知量 Se=20變成一元函數(shù) Sn=20/(20-19Fe) 用三點(diǎn)作圖法作出關(guān)系曲線。 例題選講(6) 題13 (P33) Amdahl定律公式，代入已知量Se=20，Sn=2，解出Fe=10/19 題14 (P33) Amdahl定律公式，代入已知量Se=20，Sn=10，解出Fe=18/19 本章小結(jié) 本章從定性知識和定量知識兩個方面介紹計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念。有關(guān)重點(diǎn)如下： (1) 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的廣義定義與狹義定義(9項內(nèi)容)，計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計算機(jī)組成的主要分工； (2) 計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次模型(6級)，以及基于該模型的透明性判斷方法； (3) 計算機(jī)實現(xiàn)、計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的主要思路、模擬、仿真、虛擬機(jī)、宿主機(jī)、系列機(jī)、兼容性、并行性等重要名詞的含義； (4) 馮.諾依曼型機(jī)器的7個特點(diǎn)； (5) 現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)分類的Flynn法(4類)； (6) Amdahl定律； (7) 平均周期數(shù)CPI公式，程序執(zhí)行時間Te公式； (8) 每秒百萬指令數(shù)MIPS公式，每秒百萬浮點(diǎn)數(shù)MFLOPS公式。 習(xí)題：P33，題15，題19 ；P392，題10，題11，題12 。 第二章 指令系統(tǒng)(P36) 2.1.1 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示(P38，P39) 移碼(P41) 2.1.1.2 浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)內(nèi)格式(P39) 一種浮點(diǎn)數(shù)中每個數(shù)據(jù)的尾基rm、階基re都是相同的，在設(shè)計運(yùn)算電路已經(jīng)作為

總結(jié)

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