并行计算机体系结构-lec14-Cluster3-DSM1

计算机体系结构论文

计算机体系结构论文 论文题目:计算机系统结构中多处理机技术姓名:XXX 班级:XXX 学号:XXXX

摘要:多处理机是指能同时执行多个进程的计算机系统.多处理机通过共享的主存或输入/输出子系统或高速通信网络进行通信。利用多台处理机进行多任务处理,协同求解一个大而复杂的问题来提高速度,或者依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用行。该文介绍了微处理器的发展、多处理机的总线以及处理机系统中通信和存储技术的发展和两种特殊的多处理机系统结构,以及现今几种典型的并行计算机体系结构及处理机分配与调度策略。而本篇论文主要根据所阅读的文章进行扩展延伸,主要介绍了多处理机技术,它的总线以及分配调度方面。 关键字:多处理机;体系结构;总线;调度 引言: 微电子技术和封装技术的进步,使得高性能的VLSI微处理器得以大批量生产,性能价格比不断合理,这为并行多处理机的发展奠定了重要的物质基础。计算机系统性能增长的根本因素有两个:一个是微电子技术,另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来,人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等_系列并行处理技术,提高计算机处理速度,增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容,已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。 多处理机的介绍: 多处理机是指能同时执行多个进程的计算机系统。 由于超大规模集成电路(VLSI)技术迅速发展的结果,多处理技术能够充分地发挥高性能的32位微处理机的有效性,用大量低价格的部件配置高性能的计算机结构系统.以典型的

计算机组成与设计答案

计算机组成与设计答案——节选 9. 设计算机A有60条指令,指令操作码为6位固定长度编码,从000000到111011。其后继产品B需要增加32条指令,并与A保持兼容, (1) 试为计算机B设计指令操作码。(2) 计算操作码平均长度。答::(1)6位操作码中保留了111100到111111四个码字,如果不再保留码字可增加3位扩展码,这样增加的32条指令的操作码为111100,000到111111,111中的一个。(2)如果每条指令的使用概率相等,则平均指令长度为: (6×60 + 9×32)/(60+32) = 7.04 注意:B计算机与A计算机保持兼容意味着B计算机原封不动地采纳A计算机的指令,可增加新的指令,但A计算机中已有的指令不能做任何改动。 10. 某计算机的指令系统字长定长为16位,采用扩展操作码,操作数地址需要4位。该指令系统已有三地址指令M条,二地址指令N 条,没有零地址指令,问系统最多还有多少条一地址指令? 答:三种指令的操作码长度分别为4位、8位和12位。设系统最多有L条一地址指令,则有 L=((24-M) ?24-N) ?24 13. 在一个单地址指令的计算机系统中有一个累加器,给定以下存储

器数值: 单元20中的内容是40 单元30中的内容是50 单元40中的内容是60 单元50中的内容是70 求以下指令分别将什么数值装入到累加器中?(1) load #20 (2) load 20 (3) load (20) (4) load #30 (5) load 30 (6) load (30) 答:(1) 20 (2) 40 (3) 60 (4) 30 (5) 50 (6) 70 15. 一条双字长的指令存储在地址为W的存储器中。指令的地址字段位于地址为W+1处,用Y表示。在指令执行中使用的操作数存储在地址为Z的位置。在一个变址寄存器中包含X的值。试叙述Z是怎样根据其他地址计算得到的,假定寻址方式为 (1) 直接寻址(2) 间接寻址(3) 相对寻址(4) 变址寻址 答:根据题意画出如下示意图: WW+1变址寄存器XZ存储器?OP(操作码)Y(地址码)?A (1) 在直接寻址方式下,指令中存放的就是操作数的地址。即操作数的地址Z在地址为W+1处,Z从指令中得到,所以有Z=Y。(2) 在存储器间接寻址方式下,操作数的地址在某一个存储单元中,其地址在指令中。Z根据Y访存后得到,所以有Z = (Y)。 (3) 在相对寻址方式下,操作数的地址为PC的值(取完指令后PC的值为W+2)加上Y得到。所以有Z=W+Y+2。 (4) 在变址寻址方式下,操作数的地址为变址寄存器的值加上Y得到。所以有Z=X+Y

微型计算机系统的组成

第1章微型计算机概述 数字电子计算机系统俗称计算机或电脑,是一种具有高速数值运算、自动信息处理、逻辑判断和超强信息存储记忆功能的电子设备,也是一种能按照程序员事先安排的程序来工作,高速地处理各类数据信息的智能化设备。 电子计算机是人类现代科技的重大成就之一,它起始于1946年由美国宾夕法尼亚大学研制成功的第一台电子计算机ENIAC。这是一台由电子管构成的重达30吨并能按照事先安排的指令快速完成指定计算任务的现代意义上的电子计算机。自此,电子计算机及其相关技术经历了一个快速发展的过程。这期间,计算机的构成经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模及超大规模集成电路的几个发展阶段,对应了电子计算机发展的4个时代,而微型计算机属于第4代电子计算机产品,属于超大规模集成电路计算机,是集成电路技术高度发展的产物。 电子计算机按体积、性能、用途和价格指标可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机5类。从工作原理上来讲,微型机与其他计算机并没有本质的区别,所不同的是微型计算机(简称微机)是直接面向个人用户的,其结构、功能和售价也是全面适应个人用户的。微型计算机的核心部件是微处理器,其性能与微处理器的性能直接相关。 微型计算机对现代社会的方方面面有着无可比拟的影响力。 1.1 微型计算机发展概况 微型计算机的发展是以微处理器的发展为特征的。微处理器自1971年问世以来,随着大规模集成电路技术的不断进步,在短短几十年的时间里以极快的速度发展。 1971—1973年,标志着第1代微机的4位和8位低档微处理器问世了,其代表性产品是Intel公司的4004和8008微处理器,分别是4位和8位微处理器。8008算得上是世界上第一种8位的微处理器,其集成度约4000个晶体管/片,芯片主频仅1MHz。 1974—1977年,出现了标志着第2代微机的8位中高档微处理器,其代表产品有Intel 8080、M6800和Z80等,集成度有了大幅提高,已具备了典型的计算机体系结构,包括中断、DMA等控制功能,主频约2MHz。由于有了较完善的指令系统,软件可采用BASIC、Fortran等高级语言及相应的编译程序。 1978—1984年进入了拥有16位微处理器的第3代微机时代。这个时代的微处理器代表产品是Intel 8086、Intel 8088、M68000和Z8000等,集成度和运算速度比上一代有了成

计算机组成与设计 硬件 软件接口-第四版-课后题答案 第二章

2 Solutions Solution 2.1 2.1.1 a.add f, g, h add f, f, i add f, f, j b.addi f, h, 5 addi f, f, g 2.1.2 a.3 b.2 2.1.3 a.14 b.10 2.1.4 a. f = g + h b. f = g + h 2.1.5 a.5 b.5 Solution 2.2 2.2.1 a.add f, f, f add f, f, i b.addi f, j, 2 add f, f, g

S20 Chapter Solutions 2 2.2.2 a.2 b.2 2.2.3 a.6 b.5 2.2.4 a. f += h; b. f = 1–f; 2.2.5 a.4 b.0 Solution 2.3 2.3.1 a.add f, f, g add f, f, h add f, f, i add f, f, j addi f, f, 2 b.addi f, f, 5 sub f, g, f 2.3.2 a.5 b.2 2.3.3 a.17 b.–4

Chapter 2 Solutions S21 2.3.4 a. f = h – g; b. f = g – f – 1; 2.3.5 a.1 b.0 Solution 2.4 2.4.1 a.lw $s0, 16($s7) add $s0, $s0, $s1 add $s0, $s0, $s2 b.lw $t0, 16($s7) lw $s0, 0($t0) sub $s0, $s1, $s0 2.4.2 a.3 b.3 2.4.3 a.4 b.4 2.4.4 a. f += g + h + i + j; b. f = A[1];

计算机系统结构论文

计算机系统结构论文 计算机系统结构中多处理机技术 摘要:多处理机通过共享的主存或输入/输出子系统或高速通信网络进行通信。利用多台处理机进行多任务处理,协同求解一个大而复杂的问题来提高速度,或者依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用行。该文介绍了微处理器的发展、多处理机的总线以及处理机系统中通信和存储技术的发展和两种特殊的多处理机系统结构。 关键词:多处理机;体系结构;总线 微电子技术和封装技术的进步,使得高性能的VLSI 微处理器得以大批量生产,性能价格比不断合理,这为并行多处理机的发展奠定了重要的物质基础。 计算机系统性能增长的根本因素有两个:一是微电子技术,另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来,人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等一系列并行处理技术,提高计算机处理速度,增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容,已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。

1 微处理器的发展 20 世纪80 年代中期,RISC 精简指令集计算机,用20%指令的组合实现了CISC 计算机指令系统不常用的80%指令的功能。在提高性能方面,RISC 采用了超级流水线、超级标量、超长指令字并行处理结构;多级指令Cache;编译优化等技术,充分利用RISC 的内部资源,发挥其内部操作的并行性,从而提高流水线的执行效率。20 世纪80 年代后期,RISC 处理机的性能指标几乎以每年翻一番的速度发展,它对于提高计算机系统的性能和应用水平起着巨大的作用。 目前,由Intel 和HP 两家公司联合开发的基于IA—64 架构的Merced 芯片,并由其共同定义的显式并行指令计算技术EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing ),将为微处理器技术的发展带来突破性进展。EPIC 技术主要指编译器在微处理器执行指令之前就对整个程序的代码作出优化安排,编译器分析指令间的依赖关系,将没有依赖关系的指令(最多3 个)组成一“组”,由Merced内置的执行单元读入被分成组的指令群并执行。从理论上讲,EPIC 可以并行执行3 倍于执行单元数的指令。64 位体系结构的Merced 芯片还采用了指令预测、数据预装等技术,可以显著地减少实际执行程序的长度,同时增强语句执行的并行性,经过代码的重组,程序的执行时间比基于传统体系结构

微型计算机系统的结构与配置

专题一初识电脑 电脑也就是计算机,它是以电为能源,用来做计算工作的机器。我们平时使用的一般是指个人电脑(Personal Computer),也称为PC,即微型计算机(Microcomputer),它是以微处理器芯片为核心构成的计算机。 一、微型计算机的概念 1、微型计算机的发展 1946年第一台电子计算机ENIAC的诞生。 ⑴计算机定义:是一种进行高速操作、具有内部存储能力、由程序控制操作过程 的电子设备。 ⑵发展阶段:从计算机所用的逻辑元件来划分,计算机的发展经历了电子管(19 46~1958)、晶体管(1958~1964)、中小规模集成电路(1964~1971)、大规 模和超大规模集成电路(1971年至今)四个阶段。 ⑶发展特点:体积、重量、能耗减少;硬件和软件更新快;功能、速度、存储容 量和可靠性得到了提高。 ⑷第四代计算机的一个重要分支是以大规模和超大规模集成电路为基础发展 起来的微处理器和微型计算机。

微处理器是计算机的中央处理单元CPU (CentralProcessingUnit),一般包括算术逻辑部件、控制部件、寄存器、时钟发生器、内部总线等,将计算机中的运算器和控制器集成在一块大规模和超大规模集成电路芯片上。 2、计算机系统的组成 一个完整的计算机由硬件和软件两部分组成。 ⑴硬件 硬件是指计算机中看得见摸得着的部件,具体来说就是指集成电路芯片、印刷线路板、接插件、电子元件和导线等装配而成的主板、中央处理器、存储器及外部设备。 一台计算机主要由五部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。 ①运算器ALU(Arithmetic Logical Unit) 负责数据的算术运算和逻辑运算,同时具备存数、取数、移位、比较等功能,是对数据进行加工处理的部件。 ②控制器CU(ControlUnit) 负责统一指挥计算机各部分协调地工作,能根据事先安排好的指令发出各种控制信号来控制计算机各个部分的工作。 ③存储器Memory 是计算机的记忆部件,负责存储程序和数据,并根据命令提供这些程序和数据。分为内存储器和外存储器两部分。 内存储器容量小、存取速度快 内存划分为若干单元,每个单元可存放一个字节(8位二进制数),每个单元有一个编号,称为地址(用二进制数表示)。 根据工作方式的不同,内存可分为只读存储器和随机存储器两部分。 只读存储器ROM(Read Only Memory):只能读不能写,断电后数据不丢失。 随机存储器RAM(Randon Access Memory):内存条,随时读写,可读可写,但断电后数据全部丢失。 外存储器容量大、存取速度慢

计算机组成与设计第五版答案

解决方案4第4章解决方案S-34.1 4.1.1信号值如下:RegWrite MemReadALUMux MemWrite aloop RegMux Branch 0 0 1(Imm)1 ADD X 0 ALUMux是控制ALU输入处Mux 的控制信号,0(Reg)选择寄存器文件的输出,1(Imm)从指令字中选择立即数作为第二个输入。铝合金是控制Mux输入寄存器文件的控制信号,0(ALU)选择ALU的输出,1(Mem)选择存储器的输出。X值表示“不关心”(不管信号是0还是1)4.1.2除了未使用的寄存器4.1.3分支添加单元和写入端口:分支添加,寄存器写入端口没有输出:无(所有单元都生成输出)4.2 4.2.1第四条指令使用指令存储器、两个寄存器读取端口、添加Rd和Rs的ALU,寄存器中的数据存储器和写入端口。4.2.2无。此指令可以使用现有的块来实现。4.2.3无。此指令可以在不添加新的控制信号的情况下实现。它只需要改变控制逻辑。4.3 4.3.1时钟周期时间由关键路径决定。对于给定的延迟,它正好得到加载指令的数据值:I-Mem(读取指令)、Regs(长于控制时间)、Mux(选择ALU)输入)、ALU、数据存储器和Mux(从内存中选择要写入寄存器的值)。这个路径的延迟是400ps 吗?200秒?30秒?120秒?350马力?30秒?1130马力。1430马力(1130马力?300

ps,ALU在关键路径上)。4.3.2第4.3.2节加速度来自于时钟周期时间和程序所需时钟周期数的变化:程序要求的周期数减少了5%,但循环时间是1430而不是1130,所以我们的加速比是(1/0.95)*(1130/1430)?0.83,这意味着我们实际上在减速。S-4第4章解决方案4.3.3成本始终是所有组件(不仅仅是关键路径上的组件)的总成本,因此原处理器的成本是I-Mem、Regs、Control、ALU、D-Mem、2个Add单元和3个Mux单元,总成本是1000?200?500?100?2000年?2*30?3*10?3890我们将计算与基线相关的成本。相对于此基线的性能是我们先前计算的加速,相对于基线的成本/性能如下:新成本:3890?600?4490相对成本:4490/3890?1.15性价比:1.15/0.83?1.39条。我们必须付出更高的代价来换取更差的性能;成本/性能比未经修改的处理器差得多。4.2.2的单位是4.2倍,所以指令选择4.2倍的时间,而不是4.2倍的时间?4注意,通过另一个加法单元的路径较短,因为I-Mem的延迟比加法单元的延迟长。我们有:200秒?15磅?10磅?70秒?20秒?315 ps4.4.3条件分支和无条件分支具有相同的长延迟路径来计算分支地址。此外,它们还有一个长延迟路径,通过寄存器、Mux和ALU计算PCSrc

计算机系统结构与并行处理

第 1 页 ( 共 8 页 ) 命题纸使用说明:1、字迹必须端正,以黑色碳素墨水书写在框线内,文字与图均不得剪贴,以保证“扫描”质量; 2、命题纸只作考试(测验)命题所用,不得移作他用。 大学 2003 ~ 2004 学年 秋 季学期试卷 课程名:计算机系统结构与并行处理(一) 学分:_4_ 学号:_______ 姓名:_________ 院:计算机学院 一.填充题: (每小题3分、共12分) 1.计算机系统结构定义是程序设计者所看到的计算机属性,即概念性,结构,功能性。 2.虚拟存储系统,辅存容量为228Byte ,主存容量为216Byte ,页面为1Kbyte ,则MEM 系统提供的程序空间有 218 页,对应实存空间 26 页,若采用组相联,则整个虚存应分为 212 区。 3.流水线结构的并行性是采用 时间重迭 的技术途径。 4.在系统结构中,程序访问局部化性质应用于 cache , 流水线, 虚拟存储器 等方面。 二.简答题: (每小题4分、共24分) 1.简述系列机的概念。 先设计一种系统结构;按其设计它的系统软件; 按照器件状况和硬件技术,研究这种结构的各种实现方法; 按速度,价格等不同要求分别提供不同速度,不同配置的各档机器。 成 绩

第 2 页 ( 共 8 页 ) 2.存储器层次结构是怎样的?其容量、速度、价格是怎样分布的。 速度越来越快,价格越来越高寄存器组 cache 主存储器 辅助存储器 后援存储器 容量越来越 大 3.简述虚拟计算机概念。 计算机只对观察者而存在;功能体现在广义语言上;对该语言提供解释手段;作用在信息处理或控制对象上;简言之,是由软件实现的机器。 4.What is the policy of “write back” when writing to the cache? (answer in English) The information is written only to the block in the cache. The modified cache block is written to main memory only when it is replaced.

计算机基础知识及答案二

----- 计算机基础知识及答案(二) 1、微型计算机采用的是冯·诺依曼体系结构,其硬件系统由运 算器、控制器、存储器、输 入设备和___C___五部分组成。 A 键盘、鼠标器。 B 显示器、打印机。 C 输出设备。 D 系统 总线。 2、在微型计算机中,其核心部件中央处理器CPU,被称之为 ___D___。 A 关键部件。 B 主要部件。C必备部件。D 微处理器 MPU(Micro Processing Unit)。 、微处理器把运算器和3集成在一块很小的硅片上,是一个独立的 部件。__A____ A 控制器。 B 内存储器。 C 输入设备。D输出设备。 4、微型计算机的基本构成有两个特点:一是采用微处理器,二

是采用___D___。 显示器和打印机作为输出设备。键盘和鼠标器作为输入设备。B A CROM和RAM作为主存储器。 总线系统。D 、根据微型计算机硬件构成的特点,可以将其硬件系统具体化为由微处理器、内存储器、5 组成。I/O 设备和__D____接口电路、 显示器、打印机。B A 键盘、鼠标器。总线系统。 D C 外围设备。 CPU、在微型计算机系统组成中,我们把微处理器6、只读存储器ROM和随机存储器RAM三 。部分统称为___D___ 主机。微机系统。 B 硬件系统。硬件核心模块。C D A 、微型计算机使用的主要逻辑部件是7。___D___ A 电子管。 B 晶体管。 C 固体组件。 D 大规模和超大规模集成电路。

8、在微型计算机中,通常把输入/ 输出设备,统称为__D____。ACPU。B 存储器。C操作系统。 D 外部设备。 9、下面是关于微型计算机总线的描述,正确的有___C___。 ----- ----- A 总线系统由系统总线、地址总线、数据总线和控制总线组成。 B 总线系统由接口总线、地 D系统总线由地址总线、数据总线和控制总线组成。C 址总线、数据总线和控制总线组成。 地址总线、数据总线和控制总线的英文缩写分别为DB、AB,CB。 10、微型计算机的系统总线是CPU与其它部件之间传___D___信息的公共通道。 送 A 输入、输出、运算。 B 输入、输出、控制。 C 程序、数据、运算。 D 数据、地址、控制。

并行计算机访存模型

并行计算机体系结构讲义 I、引入: 一、计算机系统结构的分类(从计算机系统结构的并行性能出发) 弗林(Flynn)分类法 1966年M.J.Flynn按照指令流和数据流(所谓指令流是计算机在计算过程中执行的一串指令;而数据流是指令执行过程中的一串数据。)的不同组织方式,把计算机系统的结构分为以下4类: 1. 单指令流,单数据流(SISD)——这就是一个单处理器。 2.单指令流,多数据流(SIMD)——同一指令由多个处理器执行,这些处理器使用不同数据流,有各自的数据内存,但共享一个指令内存和控制处理器(负责存取和发送指令)。处理器通常是专用的,不要求通用性。

3. 多指令流,单数据流(MISD)—— 4. 多指令流,多数据流(MIMD)——每个处理器存取自己的指令,操作自己的数据。处理器通常就采用普通的微处理器。 这是一个粗略的模型分类,许多机器是这些类型的混合体。SISD是传统的顺序处理计算机。SIMD以阵列处理机为代表。MISD在实际中代表何种计算机,存在着不同的看法。MIMD 的代表是多处理机。 二、并行性技术 一个理想的计算机系统结构应在处理速度、存储容量和I/O吞吐能力三者之间取得平衡。而并行性技术是实现这种平衡的主要手段。并行性技术包括时间并行、空间并行、时间并行+空间并行、资源共享4种方法。 也就是说, 计算机系统中提高并行性的措施就其基本思想而言,可归纳如下4条途径:

(1) 时间重叠:即多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转时间而赢得速度。因此时间重叠可称为时间并行技术。 (2) 资源重复:在并行性概念中引入空间因素,以数量取胜的原则,通过重复设置硬件资源,大幅度提高计算机系统的性能。随着硬件价格的降低,这种方式在单处理机中广泛使用,而多处理机本身就是实施“资源重复”原理的结果。因此资源重复可称为空间并行技术。 (3) 时间重叠+资源重复:在计算机系统中同时运用时间并行和空间并行技术,这种方式在计算机系统中得到广泛使用,成为并行性主流技术。 (4) 资源共享:这是一种软件方法,它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。例如多道程序、分时系统就是遵循“资源共享”原理而产生的。资源共享既降低了成本,又提高了计算机设备的利用率。 II、讲授内容: 一、并行性的概念: 并行性,是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性,它包括同时性与并发性两种含义。 同时性——两个或两个以上的事件在同一时刻发生。 并发性——两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。 计算机系统中的并行性有不同的等级。从处理数据的角度看,并行性等级从低到高可分为: (1)字串位串:同时只对一个字的一位进行处理。这是最基本的串行处理方式,不存在并行性。 (2)字串位并:同时对一个字的全部位进行处理,不同字之间是串行的。这里已开始出现并行性。 (3)字并位串:同时对许多字的同一位进行处理。这种方式有较高的并行性。 (4)全并行:同时对许多字的全部位进行处理。这是最高一级的并行。 从执行程序的角度看,并行性等级从低到高可分为: (1)指令内部并行:一条指令执行时各微操作之间的并行。 (2)指令级并行:并行执行两条或多条指令。 (3)任务级或过程级并行:并行执行两个以上过程或任务(程序段)。

计算机网络体系结构论文

计算机网络体系结构 摘要:计算机冈络体系结构描述了计算机网络功能实体的划分原则及其相互之间协同工作的方法和规则。本文主要介绍的是现在应用比较广泛的层次型网络体系结构,OSI基本参考模型,计算机网络的七层通信协议的主要功能及其之间的关系,并简单介绍了TCP/IP四层通信模型。 关键字:计算机网络,层次型网络体系结构,OSI,TCP/IP 上世纪60年代末期,早期的网络都是各公司根据用户的要求而设计的。虽然用户的应用要求千变万化,但对网络(通信)的要求相对一致。为使公司的产品可以适应千变万化的应用要求,尤其是适应用户扩充应用的要求,同时也是为了满足市场的要求,保证新老产品的兼容性和可操作性,各公司提出了基于本公司产品的计算机网络体系结构。 随着计算机技术和通信技术的发展,通用的计算机网络体系结构逐渐浮出水面。现在应用比较广泛的网络体系结构为层次型网络体系结构。层次型网络体系结构是计算机网络出现以后第一个被提出并实际使用的网络体系结构。直到目前,其产生和发展的过程始终与计算机网络产生和发展的过程保持协调一致。为了简化网络设计与实现的复杂性,层次型网络体系结构将复杂的网络问题分解为若干个不同的小问题,每个层次专注于解决特定的同题,这样就比较容易对所解决本层次涉及的同题实现模块化和标准化,标准化的层次间的通信规则被称为协议。层次型网络体系结构是层和协议的集合。典型的层次型网络体系结构通信模型如下图所示 层次型网络体系结构首先提出了模块化的设计实现思想:将复杂的网络问题分解为较为单纯易于解决的小问题;用不同的模块解决不同的问题。不同的模块之间接口简单明确,因此可以各自独立地制定标准和进行开发。这一思路即使在后来出现的其他网络体系结构中仍然得到了遵循。 国际标准化组织ISO为层次型网络体系结构设计了OSI参考模型。该模型将网络自底向上划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七个层次,每

计算机体系结构期末考试试题及答案

填空题 1.从2002年以来,计算机性能得年增长率下降到了约30%。其主要原因就是:①大功耗问题;②可以进一步 有效地开发得指令级并行性已经很少;③存储器访问速度得提高缓慢。 2、可移植性就是指一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行。实现可移植性得常用方法有3种:系列机,模拟与仿真,统一高级语言。 2.通用寄存器型指令集结构计算机在灵活性与提高性能方面有明显得优势。主要体现在①寄存器得访问 速度比存储器快;②对编译器而言,能更加容易有效地分配与使用寄存器;③寄存器可以用来存放变量。 3.MIPS得数据寻址方式只有立即数寻址与偏移量寻址。 4.向量处理机得结构由所采用得向量处理方式决定。有两种典型得结构;存储器-存储器型结构与寄存器-寄 存器型结构。 5.Cache-主存层次得工作由硬件实现,对系统程序员就是透明得。 6.降低Cache不命中率最直接得方法就是增加Cache得容量。不过,这种方法不但会增加成本,而且还可能 增加命中时间,这种方法在片外Cache中用得比较多。 7.大多数磁盘阵列得组成可以由以下两个特征来区分:数据交叉存放得粒度、冗余数据得计算方法以及在磁 盘阵列中得存放方式。 8.时延与带宽就是用来评估互连网络性能得两个基本指标。时延包括通信时延与网络时延。 9.计算机系统可分为SISD、SIMD、MISD与MIMD四类,许多早期并行处理机就是SIMD计算机,近年 来,MIMD已经成为通用多处理机系统结构得选择。这就是因为MIMD具有灵活性,并且MIMD能充分利用现有微处理器得性价比优势。 判断题 1.从计算机语言得角度,系统结构把计算机系统按功能划分成多级层次结构,其中,第2级就是操作系统虚拟 机,第3级就是汇编语言虚拟机。(错)

计算机组成与设计第五版答案

计算机组成与设计(2010年机械工业出版社出版的图书): 《计算机组成与设计》是2010年机械工业出版社出版的图书,作者是帕特森(DavidA.Patterson)。该书讲述的是采用了一个MIPS 处理器来展示计算机硬件技术、流水线、存储器的层次结构以及I/O 等基本功能。此外,该书还包括一些关于x86架构的介绍。 内容简介: 这本最畅销的计算机组成书籍经过全面更新,关注现今发生在计算机体系结构领域的革命性变革:从单处理器发展到多核微处理器。此外,出版这本书的ARM版是为了强调嵌入式系统对于全亚洲计算行业的重要性,并采用ARM处理器来讨论实际计算机的指令集和算术运算。因为ARM是用于嵌入式设备的最流行的指令集架构,而全世界每年约销售40亿个嵌入式设备。 采用ARMv6(ARM 11系列)为主要架构来展示指令系统和计算机算术运算的基本功能。 覆盖从串行计算到并行计算的革命性变革,新增了关于并行化的一章,并且每章中还有一些强调并行硬件和软件主题的小节。 新增一个由NVIDIA的首席科学家和架构主管撰写的附录,介绍了现代GPU的出现和重要性,首次详细描述了这个针对可视计算进行了优化的高度并行化、多线程、多核的处理器。 描述一种度量多核性能的独特方法——“Roofline model”,自带benchmark测试和分析AMD Opteron X4、Intel Xeo 5000、Sun Ultra SPARC T2和IBM Cell的性能。

涵盖了一些关于闪存和虚拟机的新内容。提供了大量富有启发性的练习题,内容达200多页。 将AMD Opteron X4和Intel Nehalem作为贯穿《计算机组成与设计:硬件/软件接口(英文版·第4版·ARM版)》的实例。 用SPEC CPU2006组件更新了所有处理器性能实例。 作者简介: David A.Patterson,加州大学伯克利分校计算机科学系教授。美国国家工程研究院院士。IEEE和ACM会士。曾因成功的启发式教育方法被IEEE授予James H.Mulligan,Jr教育奖章。他因为对RISC 技术的贡献而荣获1 995年IEEE技术成就奖,而在RAID技术方面的成就为他赢得了1999年IEEE Reynold Johnson信息存储奖。2000年他~13John L.Hennessy分享了John von Neumann奖。 John L.Hennessy,斯坦福大学校长,IEEE和ACM会士。美国国家工程研究院院士及美国科学艺术研究院院士。Hennessy教授因为在RISC技术方面做出了突出贡献而荣获2001年的Eckert-Mauchly奖章.他也是2001年Seymour Cray计算机工程奖得主。并且和David A.Patterson分享了2000年John von Neumann奖。

计算机系毕业论文

计算机系毕业论文 计算机系毕业论文篇一:计算机系统结构简述 摘要:计算机系统结构是一个有多个层次组合而成的有机整体,随着科技的不断发展,未来的计算机将会朝着微型化、网络化和智能化的方向发展,为了使大家对计算机系统结构有一个大概的了解,本文主要介绍了计算机系统结构的一些基本概念、计算机系统结构的发展、计算机系统结构的分类方法和计算机系统设计的方法。 关键词:计算机系统结构;冯诺依曼结构;Flynn分类法;冯氏分类法 世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年,在问世将近70年的时间里,计算机共历经电子管计算机时代、晶体管计算机时代、中小规模集成电路计算机时代、大规模和超大规模集成电路计算机时代和巨大规模集成电路计算机时代,计算机更新换代的一个重要指标就是计算机系统结构。 1 计算机系统结构的基本概念 1.1 计算机系统层次结构的概念 现代计算机系统是由硬件和软件组合而成的一个有机整体,如果继续细分可以分成7层。L0:硬联逻辑电路;L1:微程序机器级;L2:机器语言级;L3:操作系统级;L4:汇编语言级;L5:高级语言级;L6:应用语言级。其中L0级由硬件实现;L1级的机器语言是微指令级,用固件来实现;L2级的机器语言是机器指令集,用L1级的微程序进行解释执行;L3级的机器语言由传统机器指令集和操作系统级指令组成,除了操作系统级指令由操作系统解释执行外,其余用这一级语言编写的程序由L2和L3共同执行;L4级的机器语言是汇编语言,该级语言编写的程序首先被翻译成L2或L3级语言,然后再由相应的机器执行;L5级的机器语言是高级语言,用该级语言编写的程序一般被翻译到L3或L4上,个别的高级语言用解释的方法实现;L6级的机器语言适应用语言,一般被翻译到L5级上。 1.2 计算机系统结构的定义 计算机系统结构较为经典的定义是Amdahl等人在1964年提出的:由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性,即概念性结构和功能特性。由于计算机具有不同的层次结构,所以处在不同层次的程序设计者所看到的计算机的属性显然不同。

计算机体系结构习题与答案

一、复习题 1.简述冯?诺依曼原理,冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件,其结构以何部件为中心? 答:冯?诺依曼理论的要点包括:指令像数据那样存放在存储器中,并可以像数据那样进行处理;指令格式使用二进制机器码表示;用程序存储控制方式工作。这3条合称冯?诺依曼原理 冯?诺依曼计算机由五大部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备,整个结构一般以运算器为中心,也可以以控制器为中心。 (P51-P54) 2.简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。 答:计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性,是硬件子系统的结构概念及其功能特性。计算机组成(computer organization)是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上,设计计算机各部件的具体组成,它们之间的连接关系,实现机器指令级的各种功能和特性。同时,为实现指令的控制功能,还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现,是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念,各自有不同的含义,但是又有着密切的联系,而且随着时间和技术的进步,这些含意也会有所改变。在某些情况下,有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。 (P47-P48) 3.根据指令系统结构划分,现代计算机包含哪两种主要的体系结构? 答:根据指令系统结构划分,现代计算机主要包含:CISC和RISC两种结构。 (P55) 4.简述RISC技术的特点? 答:从指令系统结构上看,RISC 体系结构一般具有如下特点: (1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计,来选取其中常用的基本指令,并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令; (2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类,一般限制在2或3种; (3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整,让所有指令尽可能等长; (4) 单机器周期指令,即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成,并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。 (P57-58) 5.有人认为,RISC技术将全面替代CISC,这种观点是否正确,说明理由? 答:不正确。与CISC 架构相比较,RISC计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率高的特点,但并不能认为RISC 架构就可以取代CISC 架构。事实上,RISC 和CISC 各有优势,CISC计算机功能丰富,指令执行更加灵活,这些时RISC计算机无法比拟的,当今时代,两者正在逐步融合,成为CPU设计的新趋势。 (P55-59) 6.什么是流水线技术? 答:流水线技术,指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是,当执行一条指令时,可以读取下一条指令,也就意味着,在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上,每条指令处在不同的执行阶段。这样,即便读取和执行每条指令的时间保持不变,而计算机的总的吞吐量提高了。 (P60-62) 7.多处理器结构包含哪几种主要的体系结构,分别有什么特点? 答:多处理器系统:主要通过资源共享,让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下,实现软件和硬件各级上相互作用,达到时间和空间上的异步并行。 SIMD计算机有多个处理单元,由单一的指令部件控制,按照同一指令流的要求为他们分配各不相同的数据并进行处理。系统结构为由一个控制器、多个处理器、多个存贮模块和

计算机组成与结构习题及答案

第一章:概述 一、选择题 1.完整的计算机系统应包括__ ___。 A. 运算器、存储器、控制器 B. 外部设备和主机 C. 主机和实用程序 D. 配套的硬件设备和软件系统 2.至今为止,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是_ __。 A. 节约元件 B. 运算速度快 C. 物理器件的性能决定 D. 信息处理方便3.从系统结构看,至今绝大多数计算机仍属于__ __型计算机。 A. 并行 B. 冯.诺依曼 C. 智能 D. 实时处理 4.计算机外围设备是指__ ___ A. 输入/输出设备 B. 外存储器 C. 远程通讯设备 D. 除CPU 5.在微型机系统中,外围设备通过___ ___与主板的系统总线相连接。 A. 适配器 B. 译码器 C. 计数器 D. 6.冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是__ ____。 A. 多指令流单数据流 B. 按地址访问并顺序执行指令 C. 堆栈操作 D. 存贮器按内容选择地址 7.微型计算机的发展一般是以_____ A. 操作系统 B. C. 磁盘 D. 8.下列选项中,___ ___ A. CPU B. ASCII C. 内存 D. 9.对计算机的软、硬件进行管理是__ ____ A. 操作系统 B. 数据库管理系统 C. 语言处理程序 D. 10.下面的四个叙述中,只有一个是正确的,它是____。 A.系统软件就是买的软件,应用软件就是自己编写的软件 B.外存上的信息可以直接进入CPU被处理 C.用机器语言编写的程序可以由计算机直接执行,用高级语言编写的程序必须经过编译(解释)才能执行 D.如果说一台计算机配置了FORTRAN语言,就是说它一开机就可以用FORTRAN 语言编写和执行程序 答案:1.D 2C. 3.B. 4.D. 5.A. 6B 7.B 8. B 9. A 10. C 二、判断题 1.在微型计算机广阔的应用领域中,会计电算化应属于科学计算应用方面。 2.决定计算机计算精度的主要技术指标一般是指计算机的字长。 3.计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令。 4.利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上,这样的一块芯片叫做单片机。 答案:1.答案:错。2.答案:对。3.答案:错。4.答案:错。

计算机科学与技术毕业设计论文

河北建筑工程学院成人教育学院 毕业论文 专业: 班级: 姓名: 学号: 起迄日期: 指导教师:

学生宿舍局域网建设 摘要: 当今时代是一个以信息技术(Information Technology,简称IT)为代表的知识经济时代,各种先进的科学技术迅猛发展,给人们的生活带来了深远的影响,它极大的改善我们的生活方式。以计算机技术和网络通信技术为代表的信息科技改变着我们的生活,从手机通信到3G技术,从互联网普及到电子商务的广泛应用,而其中的计算机网络技术的发展更为迅速,从有线网络普及入户,到无线网络遍及生活中的各种场所,人们的生活已经离不开计算机网络,并且随着因特网的普及与发展,给我们的学习与生活带来极大的方便。 随着人们对于信息资源共享以及信息交流的迫切需求,促使网络技术快速发展。在人类信息文明的发展过程中,计算机网络的作用越来越明显。随着计算机网络管理功能的强化,计算机硬件技术和软件技术都与网络技术融合到一起。人们越来越意识到网络的重要性,通过网络,人们拉近了彼此之间的距离。本来分散在各处的计算机被网络紧紧的联系在了一起。计算机局域网作为网络的一个常见类型,发挥了不可忽视的作用。在这个局域网中,我们可以在它们之间共享程序、文档等各种资源。随着网络应用的发展计算机病毒形式及传播途径日趋多样化,安全问题日益复杂化,网络安全建设已不再像单台计算安全防护那样简单。计算机网络安全需要建立多层次的、立体的防护体系,要具备完善的管理系统来设置和维护对安全的防护策略。学生宿舍局域网作为学校中最小的网络个体,文章将从网络组建、网络设置及网络安全等方面进行分析。 关键词:局域网、Internet、计算机网络、网络安全

计算机并行计算的基本问题及现状

计算机并行计算的基本问题及现状 引言 工作中,我们总是希望我们自己工作得更有效率,用更少的时间解决更多的问题。在计算机里,这就是并行计算的基本初衷。全世界第一台计算机ENIAC中就己经出现了并行计算的概念。它有20个累加器,可以并发执行多个加减运算,可谓开并行计算的先河。在随后的20世纪五六十年代,由于晶体管和集成电器的发明,出现了更多更快的计算机。IBM是这一时期的主角,同期计算机编程语言的出现,由软件完成处理并行计算的思想进一步深化。但这一时期的计算还是大型机时代,没有几个平民能用得起这些昂贵的东西。计算机和软件技术还锁在研究院和大学校园里。 20世纪70年代,随着微电子技术的发展,出现了微型处理器(CPU)接着,1974年,全世界第一台个人电脑牛郎星顺利出炉。紧随其后,看到市场前景的苹果和IBM推波助澜,计算机开始进入个人时代。个人计算机同时又催生了软件业的高速发展,软件又带动CPU不断升级换代。这为并行计算摆脱高端路线,进入平民化时代打下了基础。 1并行计算的基本问题 1.1为什么需要并行计算 在个人计算机诞生后的几十年里,程序员们编写了大量的应用软件,这些软件决大部分了采用串行计算方法。所谓串行,是指软件在PC 上执行,在进入CPU前被分解为一个个指令,指令在CPU中一条条顺

序执行。任一时间内,CPU只能够运行一条指令。这种方式很符合我们对现实世界的思考习惯。至于软件的运行速度,则依赖硬件的处理能力,尤其CPU的处理速度。这种思维方式到了2005年遇到了挑战。在那一年,受限于制造CPU的半导体材料限制,左右CPU发展的摩尔定律开始失效了。但芯片业很快找到了一个变通的办法:在一块芯片中植入多个处理核心,通过多核的共同运算,提高运行速度。不幸的是,采用串行方法编写的软件面临着一个尴尬的局面:如果仍采用串行编程方式,运行速度将停滞不前。这样,原来需要CPU完成的提速工作,被迫需要软件自己来完成。在另一个领域:互联网,由于网络数据极速膨胀,数据量己经远远超过一台或者几台大型计算机的处理能力,需要更大数量的计算机协同完成。面对这些问题,主要的解决方案就是:并行计算。 1.2并行计算的涵义 并行计算目前还是一门发展中的学科。并行计算是相对串行计算而言的,并行计算可以分为时间上的并行计算和空间上的并行计算。 时间上的并行计算就是流水线技术,即采用指令预取技术,将每个指令分成多步,各步间叠加操作,当前指令完成前,后一指令准备就绪,缩小指令执行的时钟周期。典型的以时间换空间。 空间上的并行计算是指由多个处理单元(不仅是CPU)执行的计算,是以空间换时间。空间上的并行计算分为两类:单指令多数据流(SIMD)和多指令多数据流(MIMD) SIMD是流水技术的扩展,可以在一个时钟周期处理多个指令,我们

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