计算机组成和体系结构第四讲

2020-03-23 210浏览

1.计算机组成和体系结构第四讲四川大学网络空间安全学院 2020年3月16日封面来自alphacoder.com，作者Samim Hasan 1
2.版权声明课件中所使用的图片、视频等资源版权归原作者所有。课件原创内容采用创作共用署名－非商业使用－相同方式共享4.0国际版许可证(Creative Commons BY-NC-SA 4.0 International License) 授权使用。 Copyright@四川大学网络空间安全学院计算机组成与体系结构课程组，2020 2
3.上期内容回顾计算机模型2 内存概述体系结构交叉存储器中断及中断处理计算机模型3: MARIE机器体系结构指令集寄存器传输表示汇编语言控制单元的实现现实世界中的指令集 3
4.本期学习目标 4
5.本期学习目标回顾1-3讲的内容 4
6.本期学习目标回顾1-3讲的内容梳理各部分内容之间的联系 4
7.本期学习目标回顾1-3讲的内容梳理各部分内容之间的联系作业题目分析 4
8.中英文缩写对照表英文缩写英文全称中文全称 ALU Arithmetic-Logic Unit 算数逻辑单元 CPU Central Processing Unit 中央处理器 ISA Instruction Set Architecture 指令集架构 RAM Random Access Memory 随机访问内存 RTL Register Transfer Language 寄存器传输语言 RTN Register Transfer Notation 寄存器传输表示 5
9.1-3周课程小结 6.1
10.What we talk about when we talk about computer organization and architecture. 前三周学习的内容在计算机组成和体系结构这门课程中的作用 6.2
11.What we talk about when we talk about computer organization and architecture. 前三周学习的内容在计算机组成和体系结构这门课程中的作用以及它们之间的联系 6.2
12.初识计算机系统认识计算机系统的主要组件：三个主要构成部分计算机系统各组件的性能认识：各组成部分的主要性能指标计算机系统中数字表达的工具：利用前缀乘数简化性能指标的表示表示容量、速度等的前缀乘数 Kilo- (K) = 1 thousand = 10 � and 2 �� Mega- (M) = 1 million = 10 � and 2 �� Giga- (G) = 1 billion = 10 � and 2 �� Tera- (T) = 1 trillion = 10 �� and 2 �� Peta- (P) = 1 quadrillion = 10 �� and 2 �� Exa- (E) = 1 quintillion = 10 �� and 2 �� Zetta- (Z) = 1 sextillion = 10 �� and 2 �� Yotta- (Y) = 1 septillion = 10 �� and 2 �� 表示容量、速度等的前缀乘数 Milli- (m) = 1 thousandth = 10 −� Micro- (𝜇) = 1 millionth = 10 −� Nano- (n) = 1 billionth = 10 −� Pico- (p) = 1 trillionth = 10 −�� Femto- (f) = 1 quadrillionth = 10 −�� Atto- (a) = 1 quintillionth = 10 −�� Zepto- (z) = 1 sextillionth = 10 −�� Yocto- (y) = 1 septillionth = 10 −�� 6.3
13.计算机发展历史了解CPU实现的发展过程本质不变：数字逻辑电路按照材料发展：电子管到晶体管按照集成度发展：晶体管到集成电路到超大规模集成电路发展规律：摩尔定律和罗克定律图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6.4
14.计算机层次化结构计算机系统整体的逻辑抽象展现了本课程内容在计算机系统中的位置分解系统复杂性的方法：抽象图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6.5
15.云计算技术发展对于计算机组成的影响网络技术、虚拟化技术、管理平台层次化结构的一个应用图片来源：https://venturebeat.com/2011/11/14/cloud-iaas-paas-saas/*实际上最左边这一列也有对应的云计算服务，称为MaaS(Metal-as-a-service)。 6.6
16.冯－诺依曼模型三种主要组成部分的连接方式是本课程中的计算机组成的基础，也是现实中大部份计算机组成的基础存储程序和取-译码-执行周期是现代计算机依然延用的设计图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6.7
17.非冯-诺依曼模型对冯诺依曼模型的改进功能主导体系结构设计的实例图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition, Nvidia, NVIDIA’s Next Generation CUDA ComputeArchitecture:Fermi,https://www.nextplatform.com/2017/08/04/making-mainstream-ethernet-switches-malleable/,https://cloud.google.com/tpu/docs/system-architecture6.8
18.并行计算非冯诺依曼模型的实例 “水平扩展”的设计思想图片来源：http://www.tech-faq.com/wp-content/uploads/images/Quad-Core-Processor.jpg,https://servermarketinglibrary.intel.com/wp-content/uploads/assets/s2600wt2-angle.png,http://pacman.cs.tsinghua.edu.cn/~cwg/papers_cwg/a56-lin.pdf,https://so�ware.intel.com/sites/default/files/managed/f7/f8/cpugpu_0.jpg,https://www.usenix.org/conference/nsdi18/presentation/firestone6.9
19.数据表示计算机内部如何高效存储和表示不同类型的数据无符号整数、有符号整数、浮点数工具：进制转化、补码、移码、科学记数法、算术运算方法* 图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6 . 10
20.布尔代数逻辑操作(布尔代数)的运算法则逻辑操作和数字逻辑电路实现的对应关系图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6 . 11
21.常见的数字逻辑电路和时序电路 CPU电路实现的基础元件体现了抽象的思想：关注实现的功能而不是内部的电路实现图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6 . 12
22.CPU组织结构计算机组成细化到CPU的组成这个基本组成是现代CPU内部组成的基础图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6 . 13
23.寄存器、算术逻辑单元、控制单元 CPU的组成进一步细化寄存器的功能和实现算术逻辑单元功能和实现控制单元的功能通用的CPU组成部分图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition 6 . 14
24.总线 CPU的组成进一步细化为总线的功能和实现通用的CPU组成部分图片来源：Linda Null and Julia Lobur, Computer Organization and Architecture, 4th Edition,http://www.mathcs.emory.edu/~cheung/Courses/355/Syllabus/5-bus/bus-arbiter.html,'>http://www.mathcs.emory.edu/~cheung/Courses/355/Syllabus/5-bus/bus-arbiter.html,