Computer_composition_ch1 概述-计算机概要与技术

ch1 概述-计算机概要与技术

计算机的分类

传统3类：PC、服务器（含超级计算机）、嵌入式
后PC时代2类：WSC（仓储规模计算机）、PMD（个人移动设备）
存储容量单位：K、M、G、T、拍P、艾E、泽Z、尧Y
（字节常用于存储容量、位常用于传输速度）

8大伟大思想

2个设计原则

1. 摩尔定律
   单芯片的集成度
2. 抽象

4个提高性能

3. 加速大概率事件
   Amdahl定律 改进影响的执行时间/改进量+改进不影响的执行时间
4. 并行
5. 流水线
6. 预测

存储器层次

7. 存储器层次

冗余提高可靠性

8. 冗余

软硬件基础

编程语言分类

高级语言（接近自然语言、一条高级语言可以编译出好几条汇编语言）
汇编语言（指令助记符和寄存器标号、汇编语言和由它汇编出的机器语言一一对应）
机器语言（机器指令）

硬件基础

冯·诺伊曼结构五大部件

外围的输入设备、输出设备触摸屏和网卡为混合i/o设备
存放程序和数据的存储器

• 缓存cache~SRAM（cache放在CPU中）
• 主存/内存~DRAM 易失性存储器
• 辅存/外存/二级存储器~闪存、磁盘 非易失性存储器
  只有放入内存的程序才能被CPU执行
  组成CPU的两大部件：运算器（数据通路）、控制器
  

指令集体系结构

一个x86，一个ARM，教材介绍的和ARM设计思路相近的架构：MIPS
MIPS和ARM都属于RISC架构
x86是典型的CISC架构

性能与功耗(计算题)

PC：响应（执行）时间

性能=1/执行时间
CPU时间=IC * CPI * T

集成电路制造
晶体管:受电信号控制的简单开关
集成电路（IC）：由许多个晶体管组成的芯片
成品率越高、产量越高、芯片面积越小、芯片的制造成本越低

服务器：吞吐率

MIPS=IC/(T10E6)=f/(CPI10E6)

功耗=1/2CU^2*f

并行编程SPEC基准测试程序

---

评价性能的指标

pc看响应时间 任务从开始到完成的时间
服务器看吞吐率 单位时间内完成任务的数量
性能=1/执行时间

CPU经典性能公式

cpu执行时间=时钟周期数x时钟周期长
CPUtime=cycles x T

执行程序的本质就是执行机器指令
语言 编译器 算法 ISA影响性能

时钟周期数=机器指令的条数 x 每条机器指令占用的时钟周期数
cycles=IC x CPI
CPUtime=IC x CPI x T
时钟频率、主频：一秒钟有多少时钟周期

衡量性能的指标MIPS 每秒百万条指令 有两个变形公式

功耗

能耗=CU^2
功耗=1/2 CU^2 x f

并行化

衡量性能的指标MIPS 每秒百万条指令 有两个变形公式

功耗

能耗=CU^2
功耗=1/2 CU^2 x f

并行化

spec cpu基准测试程序经典的跑分软件