體系結(jié)構(gòu)第一章

高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主講：張燕平,殷趙霞

聯(lián)系方式算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程介紹ComputerArchitecture

“建筑學(xué)”、“建筑物的設(shè)計(jì)或式樣”，通常是指一個(gè)系統(tǒng)的外貌。研究?jī)?nèi)容從外部來(lái)研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用者所看到的物理計(jì)算機(jī)的抽象編寫(xiě)出能夠在機(jī)器上正確運(yùn)行的程序所必須了解到的計(jì)算機(jī)的屬性。軟硬件功能分配及分界面的確定。學(xué)習(xí)目的建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完整概念學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)方法掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)及其基本分析方法。學(xué)習(xí)方法關(guān)鍵概念理解并記住從提高整機(jī)性能理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)從性/價(jià)比理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理解相關(guān)概念認(rèn)真思考和完成作業(yè)與其他課程的交叉主要包括：計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理、高級(jí)語(yǔ)言等。新內(nèi)容：超標(biāo)量處理機(jī)、超流水線處理機(jī)、向量處理機(jī)、并行處理機(jī)、多處理機(jī)等。交叉點(diǎn)內(nèi)容：提高，建立完整概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第一章基本概念第五章標(biāo)量處理機(jī)第二章指令系統(tǒng)第六章向量處理機(jī)第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)第九章多處理機(jī)第四章輸入輸出系統(tǒng)第一章基本概念第一節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

第三節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

概念：五代計(jì)算機(jī)第一代（1945-1954）：將電子管和繼電器存儲(chǔ)器用絕緣導(dǎo)線互連在一起，單個(gè)CPU構(gòu)成，CPU用程序計(jì)數(shù)器和累加器順序完成定點(diǎn)計(jì)算，用機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言，用CPU程序控制I/O。第二代（1955-1964）：分立式晶體三極管、二極管和鐵氧體的磁芯，用印刷電路將它們互連起來(lái)；用了變址寄存器、浮點(diǎn)運(yùn)算、多路存儲(chǔ)器和I/O處理器；用了編譯程序的高級(jí)語(yǔ)言、子程序庫(kù)、批處理監(jiān)控程序。第三代（1965-1974）；用了小規(guī)?；蛑幸?guī)模集成電路和多層印刷電路；微程序控制；用了流水線、高速緩存和先行處理機(jī)；用了多道程序設(shè)計(jì)和分時(shí)操作系統(tǒng)。第四代（1974-1991）；大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；用了共享存儲(chǔ)器、分布存儲(chǔ)器或向量硬件選擇的不同結(jié)構(gòu)的并行計(jì)算機(jī)；有了并行處理的多處理操作系統(tǒng)、專業(yè)語(yǔ)言和編譯器，并有了并行處理和分布處理的軟件工具和環(huán)境。第五代（1991-現(xiàn)在）；采用VLSI工藝更加完善的高密度、高速度處理機(jī)和存儲(chǔ)器芯片；大規(guī)模并行處理，采用可擴(kuò)展的和容許時(shí)延的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的不斷提高主要靠期間的變革和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。1.1

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件/器件和軟件組成，按功能劃分分成多級(jí)層次結(jié)構(gòu)，如圖1.1所示。第0級(jí)硬聯(lián)邏輯第1級(jí)微程序控制第2級(jí)機(jī)器語(yǔ)言計(jì)算機(jī)第3級(jí)操作系統(tǒng)第4級(jí)匯編語(yǔ)言計(jì)算機(jī)第5級(jí)高級(jí)語(yǔ)言計(jì)算機(jī)第6級(jí)應(yīng)用程序硬件維護(hù)員、設(shè)計(jì)員邏輯設(shè)計(jì)員機(jī)器語(yǔ)言程序員操作員匯編語(yǔ)言程序員高級(jí)語(yǔ)言程序員用戶圖1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)1.定義

Amdahl于1964年在推出IBM360系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出：程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。

程序員：匯編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言、編譯程序、操作系統(tǒng)

看到的：編寫(xiě)出能夠在機(jī)器上正確運(yùn)行的程序所必須了解到的

1.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義

功能特性：指令系統(tǒng)機(jī)器執(zhí)行模式

數(shù)據(jù)表示：硬件能夠直接識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)類型和格式。尋址方式：最小尋址單位、尋址方式的種類和地址運(yùn)算等；寄存器組織:

操作數(shù)寄存器、變址寄存器、控制寄存器及專用寄存器的定義、數(shù)量和使用規(guī)則等；

指令系統(tǒng)：機(jī)器指令的操作類型、格式，指令間的排序和控制機(jī)制等；

中斷系統(tǒng)：中斷類型、中斷級(jí)別和中斷響應(yīng)方式等；存儲(chǔ)系統(tǒng)：最小編址單位、編址方式、主存容量、最大尋址空間等；

處理機(jī)工作狀態(tài)：定義和切換方式，如管態(tài)和目態(tài)等；

輸入輸出系統(tǒng)：連接方式、數(shù)據(jù)交換方式、數(shù)據(jù)交換過(guò)程的控制等；

信息保護(hù)：包括信息保護(hù)方式和硬件對(duì)信息保護(hù)的支持等。

2.透明性

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的透明與通常意義下的“透明”的含義剛好相反。通常意義下的“透明”是指公開(kāi)的，什么都能看得到的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“透明”是看不到的意思，即對(duì)某一層的使用者來(lái)說(shuō)，他看不到該層以下各層的機(jī)器屬性。

本來(lái)存在的事物或?qū)傩?，從某種角度看似乎不存在例如：浮點(diǎn)數(shù)表示、乘法指令對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序員、應(yīng)用程序員透明對(duì)匯編語(yǔ)言程序員、機(jī)器語(yǔ)言程序員不透明例如：數(shù)據(jù)總線寬度、微程序?qū)R編語(yǔ)言程序員、機(jī)器語(yǔ)言程序員透明對(duì)硬件設(shè)計(jì)者、計(jì)算機(jī)維修人員不透明3.各機(jī)器級(jí)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

低層機(jī)器級(jí)為高層機(jī)器級(jí)的功能實(shí)現(xiàn)提供支持，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)就是翻譯和解釋。翻譯時(shí)先用翻譯程序把高層機(jī)器級(jí)上的程序翻譯成低層機(jī)器級(jí)上的等效程序，然后在低層機(jī)器級(jí)上實(shí)現(xiàn)程序功能。解釋使用底層機(jī)器級(jí)的一些語(yǔ)句或指令來(lái)仿真高層機(jī)器級(jí)上的一條語(yǔ)句或指令的功能，高層機(jī)器級(jí)程序中的每條語(yǔ)句或指令被逐條解釋來(lái)實(shí)現(xiàn)程序功能。1.1.3計(jì)算機(jī)組成與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)組成是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，主要包括：確定數(shù)據(jù)通路的寬度確定各種操作對(duì)功能部件的共享程度確定專用的功能部件確定功能部件的并行度設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略

設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)確定采用何種可靠性技術(shù)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括：處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部件的物理結(jié)構(gòu)器件的集成度和速度專用器件的設(shè)計(jì)器件、模塊、插件、底版的劃分與連接信號(hào)傳輸技術(shù)電源、冷卻及裝配技術(shù)，相關(guān)制造工藝及技術(shù)等組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件的界面；1.1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類1.佛林(flynn)分類法

1966年由flynn提出按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性特征對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類：

指令流：機(jī)器執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)流：由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸入數(shù)據(jù)和中間結(jié)果多倍性：在系統(tǒng)最受限制的元件上同時(shí)處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個(gè)數(shù)。Flynn分類法按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）系統(tǒng)、單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）系統(tǒng)、多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）系統(tǒng)和多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）系統(tǒng)等4類。Flynn分類法得到廣泛應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)：（1）分類太粗：例如，在SIMD中包括有多種處理機(jī)對(duì)流水線處理機(jī)的劃分不明確，標(biāo)量流水線為SISD，向量流水線為SIMD。（2）根本問(wèn)題是把兩個(gè)不同等級(jí)的功能并列對(duì)待；通常，數(shù)據(jù)流受指令流控制，從而造成MISD不存在。（3）非馮式分類2.馮式分類法

1972年美籍華人馮澤云提出用最大并行度來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類

最大并行度：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)能夠處理的最大二進(jìn)制位數(shù)。假設(shè)同時(shí)處理的字寬為n，位寬為m，則最大并行度定義為：

Pm=

M*N因此講系統(tǒng)分為：字串位串WSBS、字并位串WPBS、字串位并WSBP、字并位并WPBP

其主要缺點(diǎn)：僅考慮了數(shù)據(jù)的并行性，沒(méi)有考慮指令、任務(wù)、作業(yè)的并行。3.漢德勒（Handler）分類法由handler于1977年提出，又稱為ESC（Erlange（厄蘭格）

ClassificationScheme）分類法。根據(jù)并行度和流水線分類，計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)分成三個(gè)層次，并分別考慮它們德可并行性和流水線處理程度。（1）程序級(jí)k：程序控制部件的個(gè)數(shù)（2）操作級(jí)d：算術(shù)邏輯部件或處理部件的個(gè)數(shù)（3）邏輯級(jí)w：每個(gè)算術(shù)邏輯部件包含的邏輯線路的套數(shù)。1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理CPU性能

程序在機(jī)器上運(yùn)行所需的CPU時(shí)間為：

CPU時(shí)間＝CPU運(yùn)行時(shí)鐘周期數(shù)*時(shí)鐘周期

＝CPU運(yùn)行時(shí)鐘周期數(shù)/時(shí)鐘頻率若程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行的指令條數(shù)為IC，則每條指令的平均運(yùn)行時(shí)鐘周期數(shù)CPI為：

CPI＝CPU運(yùn)行時(shí)鐘周期數(shù)/IC

由此可得出CPU性能公式為：

CPU時(shí)間=（IC*CPI）/時(shí)鐘頻率2.

Amdahl定律

Amdahl定律告訴我們：系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。Amdahl定律定義了由于采用特殊的方法所獲得的加速比的大小。加速比＝（采用改進(jìn)措施后的性能）/（沒(méi)有采用改進(jìn)措施前的性能）＝（沒(méi)有采用改進(jìn)措施前執(zhí)行某任務(wù)的時(shí)間）/（采用改進(jìn)措施后執(zhí)行某任務(wù)的時(shí)間）Amdahl定律用加速比來(lái)衡量系統(tǒng)采用的改進(jìn)措施對(duì)系統(tǒng)性能提高的程度，加速比的定義為：

Sn=To/Tn其中，To為改進(jìn)前所需的執(zhí)行時(shí)間；Tn為改進(jìn)后所需的執(zhí)行時(shí)間。1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的任務(wù)包括指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、功能的組織、邏輯設(shè)計(jì)和其物理實(shí)行。它涉及集成電路設(shè)計(jì)、封裝、電源、冷卻等問(wèn)題。下面我們列出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)：1.確定用戶對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能、價(jià)格和性能的要求（1）應(yīng)用領(lǐng)域（2）軟件兼容層次（3）操作系統(tǒng)需求（4）標(biāo)志2.軟硬件的平衡3.設(shè)計(jì)出符合今后發(fā)展方向的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)1.“由下往上”設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)過(guò)程：根據(jù)當(dāng)時(shí)的器件水平，設(shè)計(jì)微程序機(jī)器級(jí)和傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)多種操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言編譯器等最后設(shè)計(jì)面向應(yīng)用的虛擬機(jī)器級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合：在計(jì)算機(jī)早期設(shè)計(jì)中（60～70年代）廣為采用特點(diǎn)：容易使軟件和硬件脫節(jié)，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率降低。2.“由上往下”設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)過(guò)程：面向應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型面向應(yīng)用的高級(jí)語(yǔ)言面向這種應(yīng)用的操作系統(tǒng)面向操作系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)言的機(jī)器語(yǔ)言面向機(jī)器語(yǔ)言的微指令系統(tǒng)和硬件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)合：專用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)（早期計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)）特點(diǎn)：對(duì)于所面向的應(yīng)用領(lǐng)域，性能和性能價(jià)格比很高隨著通用計(jì)算機(jī)價(jià)格降低，目前已經(jīng)很少采用3.“由中間開(kāi)始”設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)過(guò)程：首先定義軟硬件的分界面，包括：指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、硬件對(duì)操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)的支持等，然后各個(gè)層次分別進(jìn)行設(shè)計(jì)：軟件設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)、高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、應(yīng)用出現(xiàn)等；硬件設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)傳統(tǒng)機(jī)器、微程序、硬聯(lián)邏輯等。應(yīng)用場(chǎng)合：用于系列機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：軟硬件的分界面在上升；硬件價(jià)格下降，軟件價(jià)格上升；軟硬件人員結(jié)合共同設(shè)計(jì)；器件設(shè)計(jì)占領(lǐng)硬件設(shè)計(jì)1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.3.1性能評(píng)測(cè)的常用方法：運(yùn)算速度1.時(shí)鐘頻率（主頻）：用于同類處理機(jī)之間

如：PentiumⅡ/450比PentiumⅡ/300快50％，…2.指令執(zhí)行速度一種很經(jīng)典的表示方法MIPS(MillionInstructionsPerSecond)等

其中，F(xiàn)z為處理機(jī)的工作主頻；CPI(CyclesPerInstruction)為每條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)；IPC(InstructionPerCycle)為每個(gè)時(shí)鐘周期平均執(zhí)行的指令條數(shù)例1：計(jì)算PentiumII450處理機(jī)的運(yùn)算速度。解：由于PentiumII450處理機(jī)的IPC＝2(或CPI＝0.5),Fz＝450MHz，因此，MIPSPentiumII450＝Fz×IPC＝450×2＝900(MIPS)主要缺點(diǎn)：（1）不同指令的速度差別很大（2）指令使用頻度差別很大（3）有相當(dāng)多的非功能性指令3.等效指令速度：吉普森（Gibson）法其中，Wi：指令使用頻度，i：指令種類靜態(tài)指令使用頻度：在程序中直接統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)指令使用頻度：在程序執(zhí)行過(guò)程中統(tǒng)計(jì)在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，用加法指令的運(yùn)算速度來(lái)衡量計(jì)算機(jī)的速度。通常：加、減法50％，乘法15％，除法5％，程序控制15％，其他15％例2：我國(guó)最早研制的小型計(jì)算機(jī)DJS-130，定點(diǎn)16位，加法每秒50萬(wàn)次，但沒(méi)有硬件乘法和除法指令,用軟件實(shí)現(xiàn)乘法和除法，速度低100倍左右。求等效速度。解：定點(diǎn)等效速度為：即每秒2萬(wàn)次，由于乘法和除法用軟件實(shí)現(xiàn)，等效速度降低了25倍。例3：

假設(shè)在程序中浮點(diǎn)開(kāi)平方操作FPSQR的比例為2％，它的CPI為100；其他浮點(diǎn)操作FP的比例為23％，它的CPI＝4.0；其余75％指令的CPI＝1.33，計(jì)算該處理機(jī)的等效CPI。如果FPSQR操作的CPI也為4.0，重新計(jì)算等效CPI。解：

等效CPI1

＝100×2％+4×23％+1.33×75％＝3.92

等效CPI2

＝4×2％+4×23％+1.33×75％＝2.00等由于改進(jìn)了僅占2％的FPSQR操作的CPI，使等效速度跳高了近一倍。

指令執(zhí)行速度的幾種平均方法上述2中的指令執(zhí)行速度又稱為算術(shù)平均速度上述3中的等效指令執(zhí)行速度又稱為加權(quán)平均速度，或調(diào)和平均速度幾何平均速度：其中：ETR（executiontimeratio），n指不同的程序

幾何平均速度與機(jī)器無(wú)關(guān)，與程序的執(zhí)行時(shí)間無(wú)關(guān)。4.核心程序法

把應(yīng)用程序中用得最頻繁的那部分核心程序作為評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)性能的標(biāo)準(zhǔn)程序。稱為基準(zhǔn)程序(benchmark)整數(shù)測(cè)試程序：Dhrystone用C語(yǔ)言編寫(xiě)，100條語(yǔ)句。包括：各種賦值語(yǔ)句，各種數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)區(qū)，各種控制語(yǔ)句，過(guò)程調(diào)用和參數(shù)傳送，整數(shù)運(yùn)算和邏輯操作。VAX-11/780的測(cè)試結(jié)果為每秒1757個(gè)Dhrystones，即：1VAXMIPS＝1757Dhrystones/Second浮點(diǎn)測(cè)試程序：Linpack用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)，主要是浮點(diǎn)加法和浮點(diǎn)乘法操作。用MFLOPS（MillionFloatingPointOperationsPerSecond）表示；GFLOPS、TFLOPSWhetstone基準(zhǔn)測(cè)試程序用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)的綜合性測(cè)試程序，測(cè)試結(jié)果用Kwips表示。主要包括：浮點(diǎn)運(yùn)算、整數(shù)算術(shù)運(yùn)算、功能調(diào)用、數(shù)組變址、條件轉(zhuǎn)移、超越函數(shù)。SPEC基準(zhǔn)測(cè)試程序(SystemperformanceevaluationCooperative)

由30個(gè)左右世界知名計(jì)算機(jī)大廠商所支持的非盈利的合作組織，包括：IBM、AT&T、BULL、Compaq、CDC、DG、DEC、Fujitsu、HP、Intel、MIPS、Motolola、SGI、SUN、Unisys等；

SPEC能夠全面反映機(jī)器的性能，具有很高的參考價(jià)值；以AX-11/780的測(cè)試結(jié)果作為基數(shù)；SPEC1.01989年10月宣布，程序量超過(guò)15萬(wàn)行，包含10個(gè)測(cè)試程序，4個(gè)定點(diǎn)程序，6個(gè)浮點(diǎn)程序；測(cè)試結(jié)果用SPECint’89和SPECfp’89表示。1992年，又增加10個(gè)測(cè)試程序，共有6個(gè)定點(diǎn)程序和14個(gè)浮點(diǎn)程序，測(cè)試結(jié)果用SPECint’92和SPECfp’92表示。1995年，推出SPECint’95和SPECfp’95TPC基準(zhǔn)程序TransactionProcessingCouncil（事務(wù)處理委員會(huì)）成立于1988年，已有40多個(gè)成員；用于評(píng)測(cè)計(jì)算機(jī)的事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)處理、企業(yè)管理與決策支持等方面的性能。1989年10月、1990年8月和1992年7月發(fā)表了TPC-A、TPC-B和TPC-C。5、峰值速度峰值指令速度MIPS、GIPS、TIPSPentiumIII500有3條指令流水線，則其峰值指令速度為：

3×500MHz＝1500(MIPS)

即每秒15億次例3：一個(gè)由8臺(tái)機(jī)器組成的Cluster系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)器是4個(gè)PentiumIII500組成的SMP系統(tǒng)；計(jì)算這個(gè)Cluster系統(tǒng)的指令峰值速度。解：峰值指令速度：500MHz×８×４×３＝48(GIPS)即每秒480億次。峰值指令速度MIPS、GIPS、TIPS1.3.2其他方面的性能

1.存儲(chǔ)能力存儲(chǔ)容量，速度，編址單位，編址方式，尋址方式存儲(chǔ)系統(tǒng)：LookaheadCacheMainMemoryOnlineStorageOff-lineStorage2.字長(zhǎng)1～幾百位關(guān)鍵問(wèn)題：程序與數(shù)據(jù)共用同一個(gè)主存儲(chǔ)器早期：由指令字長(zhǎng)決定當(dāng)前：由數(shù)據(jù)字長(zhǎng)決定，8的倍數(shù)，如：32位、64位等可變字長(zhǎng)：任意組合3.數(shù)據(jù)類型目前常用：定點(diǎn)、浮點(diǎn)、邏輯已有類型：向量、串、棧、樹(shù)發(fā)展方向：自定義4.指令系統(tǒng)CISC：復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)RISC：精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)VLIW：超長(zhǎng)指令字5.輸入輸出能力輸入輸出方式中斷系統(tǒng)輸入輸出接口6.兼容性共分12級(jí)：0～11，0級(jí)為完全不兼容，11級(jí)為自身7.保護(hù)和診斷能力程序與數(shù)據(jù)的保護(hù)診斷能力：檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、冗余、自診斷能力可靠性：RAS技術(shù)，可靠性R、可用性A、可維護(hù)性1.3.3成本1.價(jià)格與性能的關(guān)系根據(jù)摩爾定理：性能每10年提高100倍，但價(jià)格基本不變用同樣的價(jià)格，5年之后能買(mǎi)到性能高10倍的機(jī)器2.硬件與軟件的價(jià)格比例硬件的比例下降，軟件的比例上升，目前軟件價(jià)格已超過(guò)硬件價(jià)格第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1.4.1馮·諾依曼（VanNenmann）結(jié)構(gòu)基本思想于1936年～1946年期間形成由馮·諾依曼等人于1946年提出1.特點(diǎn)：存儲(chǔ)程序運(yùn)算器為中心集中控制存儲(chǔ)器是字長(zhǎng)固定的、順序線性編址的一維結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)器提供可按地址訪問(wèn)的一級(jí)地址空間，每個(gè)地址是唯一定義的。由指令形式的低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)。由指令形式的低級(jí)語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)。

指令順序執(zhí)行，即一般按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送都途徑運(yùn)算器。運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備的操作以及它們之間