建设网站需要什么技术支持,程序员培训机构,上海app制作,网时代教育培训机构官网需要掌握的内容#xff1a;存储程序计算机计算机系统的多级层级结构计算机体系结构计算机组成计算机实现计算机体系结构、组成与实现三者的关系存储程序计算机透明性Amdahl定律CPU 性能公式程序局部性原理计算机性能的若干定义计算机体系结构分类计算机体系结构的发展影响计算…需要掌握的内容 存储程序计算机 计算机系统的多级层级结构 计算机体系结构 计算机组成 计算机实现 计算机体系结构、组成与实现三者的关系 存储程序计算机 透明性 Amdahl定律 CPU 性能公式 程序局部性原理 计算机性能的若干定义 计算机体系结构分类 计算机体系结构的发展 影响计算机体系结构设计的成本和价格因素 对计算机系统性能进行定量分析的技术、方法 基本的可靠性模型主要应用问题 性能公式的计算 性能公式在具体应用问题中的使用 Amdahl定律的计算 系统可用性计算计算机体系结构的概念存储程序计算机计算机体系结果、组成和实现计算机系统中的层次概念系列机和兼容计算机体系结构的发展计算机分代、分型与分类软件的发展应用的发展集成电路的发展计算机体系结构的发展并行处理技术的发展计算机系统设计和分析成本与价格基准测试程序量化设计的基本原则程序的局部性原理CPU的性能基本的可靠性模型可靠性的基本概念多部件系统的可靠性计算机体系结构的概念存储程序计算机冯·诺依曼描述的存储程序计算机是一种计算机系统设计模型实现了一种通用图灵机Universal Turing Machine。存储程序计算机又叫冯·诺依曼计算机。存储程序计算机分为4个部分1运算器用于完成数值运算2存储器用于存储数据和程序3输入/输出设备用于完成计算机和外部的信息交换4控制器根据程序形成控制指令、命令序列完成对数据的运算控制流控制器根据程序指令序列将其分解形成对计算机4个部分操作的控制信号序列。数据/指令流计算机在控制流的操作下4个部分之间形成数据和指令的传送序列。存储程序计算机在体系结构上的主要特点如下1机器以运算器为掌心2采用存储程序原理。3存储器是按地址访问的、线性编址的空间。4控制流由指令流产生。5指令由操作码和地址码组成。6数据以二进制编码表示采用二进制运算。存储程序计算机中程序执行的过程就是对程序指令进行分解形成控制计算机4部分工作的控制流对数据进行加工运算周而复始地产生数据/指令流并最终得到数据结果的过程。机器周期计算机对每条指令从取指令到得到结果的工作周期。一条指令的操作分为5个部分取指令、指令译码、指令执行、访问存储部件、写结果计算机体系结果、组成和实现计算机体系结构程序员所看到的计算机的属性即概念性结构与功能性特性。程序员所看到的计算机的属性程序机器语言、汇编语言或者编译程序生成系统设计者为其所设计或生成的程序在机器上正确运行必须掌握和遵行的计算机属性这些属性包括其概念结构和功能特性两个方面。对于通用寄存器型机器这些属性包括1数据表示2寻址规则3寄存器定义4指令系统5中断系统6机器工作状态的定义和切换7存储系统8信息保护9I/O结构经典计算机体系结构概念的实质是计算机系统中软硬件界面的确定即指令系统的设计。计算机体系结构包括计算机系统设计的3个方面计算机指令系统(Instruction Set Computer, ISC程序员可见的实际指令系统是计算机系统硬件和软件之间的一个分界面。计算机组成Computer Organization)又叫微体系结构Microarchitectre)是计算机系统中各个功能部件及其连接的设计。计算机硬件指计算机具体的实现Implementation技术宝库逻辑设计、集成电路工艺、封装等。计算机系统中的层次概念现代计算机系统如图所示图中第1级与第2级由硬件或固件实现第4级以上基本由软件实现虚拟机。每个计算机语言的层次结构每种虚拟机包括3个部分1语言2执行机制3程序翻译和解释是语言实现的两种基本技术。它们都是以执行一串级指令来实现级指令但翻译技术是把级程序全部变换成级程序后再去执行新产生的级程序在执行过程中级程序不再被访问。而解释技术是每当一条级指令被译码后就直接去执行一串等效的级指令然后再去取下一条级的指令依次重复进行。再这个过程中不产生翻译出来的程序因此解释过程是边变换边执行的过程。一般来说解释执行比翻译花的时间多但存储空间占用较少。高级语言的翻译过程就是编译Compile完成翻译的程序就是编译器Compiler或编译程序个别的高级语言也采用解释的方法实现如大多数BASIC语言系统。透明性Transparency在计算机技术中本来是存在的事物或属性从某种角度看好像不存在的概念。系列机和兼容系列机Family Machine具有相同体系结构但组成和实现不同的一系列不同型号的计算机系统。一种体系结构可以有多种组织、多种物理实现系列机具有相同的体系结构软件可以在系列计算机的各档机器上云习惯这种情况下各档机器是软件兼容的Software Compatbility即同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器而且他们所获得的结果是一样的差别只在于由不同的运行时间。兼容机Compatible Machine不同厂家生产的具有相同体系结构的计算机。计算机体系结构的发展一种成功的指令系统Instruction Set ArchitectureSIA又称为指令集结构必须能够适应硬件技术、软件技术及应用特性的变化。计算机分代、分型与分类软件的发展计算机语言和编译技术计算机语言是由低级向高级发展的高一级语言相对于低级语言功能更强但以低级语言为基础。操作系统操作系统是计算机资源管理系统包括CPU管理进程管理、存储管理和设备管理同时提供用户界面用户管理。软件工具和中间件软件工具和中间件对体系结构的影响更多地体现在对计算机信息处理能力的需求上包括更快的反应速度、更多的信息存储、更快的网络服务等。应用的发展集成电路的发展现代计算机实现技术的基础核心是以晶体管为基本单元的平面集成电路。计算机系统技术4种实现技术逻辑电路、半导体DRAM动态随机访问存储器、磁盘网络。计算机体系结构的发展1分布的I/O处理能力2保护的存储器空间在执行的过程中不准修改程序这需要通过存储管理硬件的支持是由操作系统来实现的。3存储器组织结构的发展为了提高方寸速度出现了按内容访问的相联存储器CAMContent Addressed Memory采用了通用寄存器的概念。为了进一步减少访问存储器的次数和提高存储系统的速度提出了在CPU和主存中设置高速缓冲存储器Cache。4并行处理技术把一个作业程序划分成能并行执行的多个任务程序段把每个任务分配给一个处理机执行则构成了多机并行处理系统。5指令集的发展RISC的技术思想已称为当代计算机设计的基础技术之一。并行处理技术的发展并行性概念并行性Parallelism在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。只要时间上相互重叠就存在并行性。严格来讲把两个或多个事件在同一时刻发生的并行性叫做同时性Simultaneity把两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性叫做并发性Concurrency。从执行程序的角度看并行性等级从低到高可以分为指令内部并行、指令级并行Instruction Level ParallelILP、线程级比高兴Thread Level ParallelTLP、任务级或过程级并行以及作业或程序级并行等几类。从处理数据的角度看比高兴等级从低到高可以分为字串位串、字串位并、字并位串以及全并行几类。Flynn分类法按照指令的数据的关系将计算机从并行处理的角度划分为单指令流单数据流Single Intruction Single Data streamSISD、单指令流多数据流Single Intruction Multiple Data streamSIMD、多指令流单数据流Multiple Intruction Single Data streamMISD、多指令流多数据流Multiple Intruction Multiple Data streamMIMD提高并行性的技术途径时间重叠Time-Interleavng在并行性概念中引入时间因素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设备的各个部分以加快硬件周转而赢得速度。流水线技术是时间重叠的典型实现。资源重复Resource-Replication在并行性概念中引入空间因素根据“以数量取胜”的原则通过重复地设置资源尤其是硬件资源以大幅度提高计算机系统地性能。资源共享Resource-Sharing一种软件方法使多个任务按颐堤港时间顺序轮流使用同一套硬件设备。多级系统地发展出现了同构型多处理机系统、分布处理系统、可重构系统Reconfigurable System。对称型Symetrical或同构型多处理机系统Homogeneous Multiprocessor System由多个同类型至少同等功能地处理机组成同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。分布处理系统Distributed Processing System计算机之间相互连接分工合作的多机系统。可重构系统Reconfigurable System平时机台计算机都正常工作像通常的多处理机系统一样但到故障阶段就要系统重新组织降低档次继续运行直至故障排除为止。多机系统的耦合度可以分为最低耦合Least Coupled除通过某种中间存储介质之外各计算机之间没有物理连接也无共享的联机硬件资源。松散耦合LooselyCoupled又称为简介耦合Indirectly Coupled一般是通过通道或通信线路实现计算机间互联共享外围设备机器间的相互作用是在文件或数据集一级进行。紧密耦合Tigtly Coupled一般指机器间物理连接的频带较高它们往往通过总线或高速开关实现互连可以共享主存。计算机系统设计和分析成本与价格计算机系统的成本和价格构成价格的给因素可以通过占成本或价格的百分比来表示。时间因素对计算机系统成本产生影响的主要因素又时间、产量、商品化等因素。基准测试程序按照测试可靠性由高到低1实际应用程序运行实际应用程序了解计算机性能。2修正的或者脚本化应用程序通过修正实际应用程序的部分代码或者通过脚本描述来模拟实际应用再用它们构成测试程序。3核心测试程序由从真是程序中提取的较短但关键的代码构成。核心测试程序可以根据需要评价机器的各种性能从而解释在运行真实程序时机器性能不同的原因。4小测试程序指代码在几十到100行的具有特定目的的测试程序。5合成测试程序合成测试程序具备大量应用程序中操作和数据的统计特征。影响计算机测试性能的因素1硬件系统如CPU、内存类型和容量、外存的性能、加速器等。2操作系统如Windows和Linux等3系统软件主要包括编译器、运行库、数据库、中间件等。4测试程序由于计算机体系结构的不同各种测试程序出现测试结果不一致的现象是正常的。5运行环境测试程序的运行环境对测试程序运行结果也有很大影响。测试程序组件benchmark Suites最大的有限是避免了独立测试程序存在的片面性尽可能全面地测试了一个计算机系统的性能。量化设计的基本原则大概率时间优先原则对于大概率时间最常见的事件赋予它优先的处理权和资源使用权以获得全局的最优结果。Amdahl定律加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比受限于该不见在系统中所占的重要性。假设对机器进行某种改进那么机器系统的加速比就是或者部件改进后系统的总执行时间等于不可改进部分的执行时间加上可改进部分改进后的执行之间即系统加速比为该金钱与改进后总执行时间之比即Amdahl定律的一个推论如果只怎对整个任务的一部分进行优化那么所获得的加速比不大于。程序的局部性原理程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令也就是说程序执行时所访问存储器地址分布不是随机的而是相对地簇聚这种簇聚包括指令和数据两部分。程序局部性包括 时间局部性程序即将使用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。空间局部性程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或临近。程序的局部性原理是计算机体系结构设计的基础之一。CPU的性能CPU的性能可以通过时钟频率、执行程序使用的时钟周期数以及程序执行的指令数来刻画。计算机工作的时钟频率单位是MHz或者GHz。程序执行过程中所处理的指令数记为IC则“指令时钟数”CPICycles Per Instruction程序执行的CPU时间可以写成CPU性能公式时钟频率反映了计算机实现技术、生产工艺和计算机组织CPI反映了计算机实现技术、计算机指令集的结构和计算机组织IC反映了计算机指令集的结构和编译技术。基本的可靠性模型可靠性的基本概念电子元器件及其构造的系统的可靠性采用概率模型来描述。一个系统元件、部件、模块、子系统等的可靠性是指它开始使用运行的时刻到时刻这段时间内正常工作的频率。其中,是时间的减函数。平均无故障时间Mean ime To Failure, MTTF一般以小时为单位是用于度量系统可以正常提供服务的量化指标。平均修复时间Mean Time To Rapair, MTTR一般也以小时为单位这段时间内系统不可以提供正常服务是用于度量系统中断服务的量化指标。平均故障时间Mean Time Between Failure, MTBF衡量两次故障之间时间的量化指标。由于电子元器件的所以MTBF与MTTF非常接近经常呼唤两个概念。就MTTF或者MTBF而言FITFailure In Time是电子元器件中一个更加常用的可靠性概念。FIT定义为10亿小时中系统的故障次数。系统可靠性avalivility一般用来度量实际系统指系统可以正常服务的时间比率多部件系统的可靠性分析多部件系统的可靠性时一般不考虑有两个或更多部件同时损坏的情况。系统的可用性由MTTF最低的部件决定。
