计算机系统结构0解析

计算机系统结构课程介绍课程目标本课程是计算机科学与技术专业的一门的基础课程。该课程是《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《操作系统》、《编译原理》、《数据结构》、《汇编语言程序设计》等课程的后续课程。该课程将先修课程中所学的软、硬件知识有机的结合起来，以计算机系统结构中硬中有软、软中有硬、相互转换、彼此渗透的观念，从原理、结构和实现技术等方面系统地对现代计算机的并行处理及相关技术进行深入分析和探讨。课程目标本课程主要包括计算机系统结构基本概念、组成及相关设计原理；计算机系统结构各组成部分的相关技术、分析及设计方法；计算机系统设计的基本方法。通过本课程的学习，使同学们理解计算机系统的基本工作原理，以及在硬件、软件界面划分的权衡策略，建立完整的、系统的计算机软硬件整体概念。课程主要内容计算机系统结构概论数据表示、寻址方式与指令系统存储、中断、总线与I/O系统*存储体系*流水和指令级高速并行的超级机阵列处理机多处理机数据流机和规约机*多核技术课程的重点从整体上掌握计算机系统的工作原理，以讲授计算机系统结构的基本概念和基本原理为主，而不是完整介绍各种系统结构，即不是以具体的机器为实例进行教学让同学们明白计算机技术发展的趋势及影响，激发学习热情、钻研和创新精神了解各种技术、概念，扩大知识面如：RISC、RAID、SMP、Cluster等如：网格计算（GridComputing）如：多核技术（Multicore）如：Itanium2与Opteron等为什么讨论系统结构？计算机更新换代的标志一般把主要电子器件的使用作为更新换代的主要标志电子管、晶体管（变址寄存器）、集成电路、中小规模集成电路（开始出现并行计算机）、超大规模集成电路系统结构新技术的不断出现与应用如：Pentium（P5)采用两条指令流水线如：PentiumPro基于动态执行技术如：多核技术（Multicore）2006年双核元年，多核时代2013下半年top102014上半年top102014下半年top102015上半年top102016上半年top10MPP计算机CLUSTER计算机坐落于国家超级计算无锡中心。机身安放在一间约1000平方米的房间内。由40个运算机柜和8个网络机柜组成，每个运算机柜比家用的双门冰箱略大。打开柜门，4块由32块运算插件组成的超节点分布其中；每个插件由4个运算节点板组成，一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。据统计，一台机柜装有1024块处理器，整台“神威·太湖之光”共有40960块处理器。神威·太湖之光组成神威·太湖之光应用1分钟完成地球人32年计算天气预测、身体检测、石油勘探、生物信息、新药创新、材料化工、环境科学、船舶工程、航空航天设计、传统制造业改造等等超级计算机发展路线图时间2020年2030年2050年器件CMOS纳米量子器件量子、生物分子计算速度Exaflops(1018)Zettaflops(1021)Yottaflops(1024)并行度109-101011-10121013-1015内存容量25PBEB(1018B)ZB(1021B)功耗40MWMWMW用途核聚变模拟蛋白质折叠等地球模拟生命科学等MEMS优化脑科学模拟等2010202020302050必须突破并行编程模型几十年来由于微处理器一直按照Moore定律预测的性能增长速度争发展，使得并行处理得不到强烈的需求牵引，导致以并行计算机为主业的公司几乎全部夭折。单处理器性能的提高遇到阻碍以后，计算机要提高性能基本上只剩下一条路可走－依靠并行处理。过去几十年的编程模式主要的串行，现在必须转到并行编程，这一迫不得已的转变，对软件界既是挑战也是机遇。必须突破并行编程模型现在微处理器少则几个十几个核，多则数千个核，连每个用户手中的终端都是多核处理器，如何让一个任务分解到多个核中运行成为今后编程的大问题。在现有串行编程模型上做并行化没有出路，一定回到原始问题，重新新考虑并行算法和并行编程，这可能是今后几十年计算机科学和软件界必须突破的科学问题和关键技术。说明计算机技术七十年的发展，尤其是近十年的发展十分迅猛，新概念、新技术不断涌现，对社会和生活的有巨大影响计算机应用的广度和深度日益扩大，概念有所变化：软、硬件技术发展不均衡。计算机的应用不是简单的编写程序，而是解决方案(solution)，集成(Integrated)，标准(Standard)技术的研发要从商业运营模式出发考虑，才能体现其价值课程学习的特点本科专业的重要课程可能是在其他学院不开的很少的几门计算机科学与技术的专业课程之一宏观上看计算机系统，不是单纯的硬件课程，而是硬件和软件的结合点综合知识，牵扯到多门课程。计算机组成、编译原理、操作系统、计算机网络、高级语言程序设计，微机原理与接口、嵌入式系统等课程学习的特点（续）重点讲解基本原理和相关的新技术、新概念。重视听课、课下复习有2-3次课堂测验教材及参考书教材：《计算机系统结构》第五版李学干编著西安电子科技大学出版社参考书：《计算机系统结构》第二版郑纬民汤志忠清华大学出版社《计算机系统结构》陆鑫达主编高等教育出版社《计算机体系结构》石教英主编浙江大学出版社《计算机体系结构》张晨曦著高等教育出版社《ComputerArchitecture:AQuantitativeApproach》JohnL.Hennessy,DavidA.Patterson《ADVANCEDCOMPUTERARCHITECTURE》KaiHwang共勉之言态度决定一切考试只是手段，掌握知识才是关键。本课的重点在于宏观理解计算机系统，扩大知识面。交流、合作是成功的关键向他人公开你的见解和问题，勇于提出问题。通过报纸、杂志、书籍和网络查阅相关文献。对本专业来讲：活到老、学到老，时时更新自己的知识。问题：假如你可以使用神威﹒太湖之光超级计算机系统，你能做什么？想做什么？假如现在的网络带宽足够宽、延迟足够小，你能想象计算机系统是什么样？它对硬件和软件技术的影响如何？