并行计算机体系结构(并行计算机体系结构运用领域)

2023-11-04 0 948

并行计算机体系结构(并行计算机体系结构运用领域)

1、经过本课程的学习,大家对计算机体系结构有了一个具体的了解,但要问起什么是计算机体系结构,多半答不上来。本章内容是笔者撰写的《中国大百科全书》计算机体系结构词条初稿,力求完整、准确地对计算机体系结构进行描述,作为本书的总结。计算机体系结构,是描述计算机各组成部分及其相互关系的一组规则和方法,是程序员所看到的计算机属性。计算机体系结构主要研究内容包括指令系统结构,简称,和计算机组织结构微体系结构,-,是微处理器的组织结构,并行体系结构是并行计算机的组织结构。

2、冯诺依曼结构的存储程序和指令驱动执行原理是现代计算机体系结构的基础。计算机体系结构可以有不同层次和形式的表现方式。计算机体系结构通常用指令系统手册和结构框图来表示,结构框图中的方块表示计算机的功能模块,线条和箭头表示指令和数据在功能模块中的流动,结构框图可以不断分解一直到门级或晶体管级。计算机体系结构也可以用高级语言如语言来表示,形成结构模拟器,用于性能评估和分析。

3、用硬件描述语言,如,描述的体系结构可以通过电子设计自动化,简称,工具进行功能验证和性能分析,转换成门级及晶体管级网表,并通过布局布线最终转换成版图,用于芯片制造。1、冯诺依曼结构及其基本原理。1945年匈牙利籍数学家冯诺伊曼结合计算机的研制提出了世界上第一个完整的计算机体系结构,被称为冯诺伊曼结构。冯诺依曼结构的主要特点是:①计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五部分组成,其中运算器和控制器合称为中央处理器②存储器是按地址访问的线性编址的一维结构,每个单元的位数固定。

4、指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中。③控制器从存储器中取出指令并根据指令要求发出控制信号控制计算机的操作。控制器中的程序计数器指明要执行的指令所在的存储单元地址。

5、程序计数器一般按顺序递增,但可按指令要求而改变。④以运算器为中心,输入输出,/,简称,设备与存储器之间的数据传送都经过运算器。随着技术的进步,冯诺依曼结构得到了持续改进,主要包括:①以运算器为中心改进为以存储器为中心,数据流向更加合理,从而使运算器、存储器和设备能够并行工作。

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1、②由单一的集中控制改进为分散控制。早期的计算机工作速度低,运算器、存储器、控制器和设备可以在同一个时钟信号的控制下同步工作。现在运算器、存储器与设备的速度差异很大,需要异步分散控制。③从基于串行算法改进为适应并行算法,出现了流水线处理器、超标量处理器、向量处理器、多核处理器、对称多处理机,简称,大规模并行处理机,简称,和机群系统等。

2、④出现了为适应特殊需要的专用计算机,如图形处理器,简称,数字信号处理器,虽然经过了长期的发展,以存储程序和指令驱动执行为主要特点的冯诺伊曼结构仍是现代计算机的主流结构。非冯诺伊曼计算机的研究成果包括依靠数据驱动的数据流计算机、图约计算机等。计算机系统为软件编程提供不同层次的功能和逻辑抽象,主要包括应用程序编程接口,简称,应用程序二进制接口,简称,以及三个层次。

3、是应用程序的高级语言编程接口,在编写程序的源代码时使用。常见的包括语言、语言、语言、语言、图形编程接口等。使用一种编写的应用程序经重新编译后可以在支持该的不同计算机上运行。

4、是应用程序访问计算机硬件及操作系统服务的接口,由计算机的用户态指令和操作系统的系统调用组成。为了实现多进程访问共享资源的安全性,处理器设有“用户态”与“核心态”。用户程序在用户态下执行,操作系统向用户程序提供具有预定功能的系统调用函数来访问只有核心态才能访问的硬件资源。当用户程序调用系统调用函数时,处理器进入核心态执行诸如访问设备、修改处理器状态等只有核心态才能执行的指令。

5、处理完系统调用后,处理器返回用户态执行用户代码。相同的应用程序二进制代码可以在相同的不同计算机上运行。是计算机硬件的语言系统,也叫机器语言,是计算机软件和硬件的界面,反映了计算机所拥有的基本功能。

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