计算机系统结构 (第3讲) 主讲人：郑纬民 教授 清华大学计算机系
计算机系统结构 （第3讲） 主讲人： 郑纬民 教授 清华大学计算机系
3.从改进性能考虑的软硬件取舍 基本方法：加快经常性事件的执行速度 Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种 更快的执行方式后整个系统性能的提高与这 种执行方式的使用频率或占总执行时间的比 例有关
3. 从改进性能考虑的软硬件取舍 基本方法：加快经常性事件的执行速度 Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种 更快的执行方式后整个系统性能的提高与这 种执行方式的使用频率或占总执行时间的比 例有关
在Amdahl定律中，加速比与两个因素有关： 可改进部分占用的时间 Fe 改进前整个任务的执行时间 改进前改进部分的执行时间 Se = 改进后改进部分的执行时间
在Amdahl定律中，加速比与两个因素有关： 改进后改进部分的执行时间 改进前改进部分的执行时间 ， 改进前整个任务的执行时间 可改进部分占用的时间 = = Se Fe
改进后整个任务的执行时间为： Fe Tn=T0·(1-Fe+ Se 其中T0为改进前的整个任务的执行时间。 改进后整个系统的加速比为： To 1 Sn Th (1-Fe)+ Fe Se 其中(1-Fe)表示不可改进部分
改进后整个任务的执行时间为： 其中Ｔ0为改进前的整个任务的执行时间。 改进后整个系统的加速比为： 其中（1-Fe)表示不可改进部分。 T T F F S n e e e = 0 (1− + ) S T T F F S n n e e e = = − + 0 1 (1 )
例5 假设将某一部件的处理速度加快到10 倍，该部件的原处理时间仅为整个运 行时间的40%，则采用加快措施后能 使整个系统的性能提高多少？ 解 由题意可知：Fe=0.4,Se=10,根据 Amdahl定律，加速比为： 1 Sn =1.56 0.4 (1-0.4)+ 0.64 10
例5： 假设将某一部件的处理速度加快到10 倍，该部件的原处理时间仅为整个运 行时间的40%，则采用加快措施后能 使整个系统的性能提高多少？ 解： 由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据 Amdahl定律，加速比为： Sn = − + = = 1 1 0 4 0 4 10 1 0 64 156 ( . ) . .
1.3.2软件兼容性设计方法 原因：软件相对于硬件的成本越来越贵， 已积累了大量成熟的系统软件和应用软 件 兼容种类 向后兼容 在某一时间生产的机器上运 行的目标软件能够直接运行于更晚生产 的机器上 向前兼容 向上兼容 在低档机器上运行的目标软 件能够直接运行于高档机器上
1.3.2 软件兼容性设计方法 原因：软件相对于硬件的成本越来越贵， 已积累了大量成熟的系统软件和应用软 件。 兼容种类 向后兼容 在某一时间生产的机器上运 行的目标软件能够直接运行于更晚生产 的机器上。 向前兼容 向上兼容 在低档机器上运行的目标软 件能够直接运行于高档机器上
向下兼容 其中向后兼容最重要，必须做到 向上兼容尽量做到 向前兼容和向下兼容，可以不考虑 方法1：系列机方法 系列机定义：具有相同的系统结构，不同 组成和实现的一系列计算机系统 实现方法：在系统结构基本不变的基础上， 根据不同性能的要求和当时的器件发展 情况，设计出各种性能、价格不同的计
向下兼容 其中向后兼容最重要，必须做到 向上兼容尽量做到 向前兼容和向下兼容，可以不考虑 方法1：系列机方法 系列机定义：具有相同的系统结构，不同 组成和实现的一系列计算机系统 实现方法：在系统结构基本不变的基础上， 根据不同性能的要求和当时的器件发展 情况，设计出各种性能、价格不同的计
算机系统。一种系统结构可以有多种组 成，一种组成可以有多种物理实现。 如IBM370系列机： 370/115、125、135、145、158、168等 各种型号 相同的系统结构，不同的组成和实现技 术，不同的性能和价格 相同的指令系统，分别采用顺序执行、 重迭、流水和并行处理方式。 相同的32位字长，数据通道的宽度分别 为8位、16位、32位、64位
算机系统。一种系统结构可以有多种组 成，一种组成可以有多种物理实现。 如IBM370系列机： 370/115、125、135、145、158、168等 各种型号。 相同的系统结构，不同的组成和实现技 术，不同的性能和价格。 相同的指令系统，分别采用顺序执行、 重迭、流水和并行处理方式。 相同的32位字长，数据通道的宽度分别 为8位、16位、32位、64位
PC系列机： 8088、8086、 80186、80286、80386、 80484、Pentium、PentiumII、PentiumIII 不同工作主频 不同扩展功能：Pentium、Pentium Pro、 Pentium MMX 不同的Cache:PentiumII、Celeron、 Xeon 不同的字长：8位(8088)、16位 (80286)、32位、64位
PC系列机： 8088、8086、80186、80286、80386、 80484、Pentium、PentiumII、PentiumIII 不同工作主频； 不同扩展功能：Pentium、Pentium Pro、 Pentium MMX 不同的Cache：PentiumII、Celeron、 Xeon 不同的字长：8位（8088）、16位 （80286）、32位、64位
采用系列机方法的主要优点： 系列机之间软件兼容，可移植性好；插 件、接口等相互兼容；便于实现机间通 信；便于维修、培训；有利于提高产量、 降低成本 采用系列机方法的主要缺点： 限制了计算机系统结构的发展 方法2：模拟与仿真Simulation Emulation 定义： 在一台现有的计算机上实现另一台计算 机的指令系统
采用系列机方法的主要优点： 系列机之间软件兼容，可移植性好；插 件、接口等相互兼容；便于实现机间通 信；便于维修、培训；有利于提高产量、 降低成本 采用系列机方法的主要缺点： 限制了计算机系统结构的发展 方法2：模拟与仿真 Simulation Emulation 定义： 在一台现有的计算机上实现另一台计算 机的指令系统