上海交通大学计算机组成课程课件

### 上海交通大学计算机组成课程课件知识点概览 #### 一、课程介绍与性能评估 - **摩尔定律(Moore’s Law)**：由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔提出，指的是集成电路(IC)上的晶体管数量大约每两年翻一番，而成本基本不变。这一定律揭示了信息技术领域内硬件性能提升的趋势。 - **晶体管(Transistors)**：晶体管是构成现代电子设备的基本单元，用于控制电流或电压信号。在计算机组成中，晶体管的数量直接影响着计算能力与功耗等关键指标。 - **动态随机访问存储器(DRAM)**：是一种常见的计算机内存类型，被广泛应用于个人电脑和其他电子设备中作为主存储器。相比于静态随机访问存储器(SRAM)，DRAM具有更高的密度和更低的成本，但速度较慢。 - **时钟频率(Clock rates)**：指计算机中央处理器(CPU)的运行频率，通常以赫兹(Hz)为单位衡量。时钟频率越高，CPU理论上能处理更多的指令。 - **汇编语言(Assembly language)**：是一种低级编程语言，用于编写直接与计算机硬件交互的程序。汇编语言比高级语言更接近机器语言，因此可以提供更好的性能优化。 - **机器语言(Machine Language)**：是计算机硬件能够直接理解的指令集，通常由二进制数字序列表示。 - **MIPS**：代表了一种精简指令集计算机(RISC)架构，最初由MIPS Technologies公司开发。MIPS架构以其简洁高效著称，在嵌入式系统和高性能计算等领域有广泛应用。 - **冗余磁盘阵列(RAID)**：是一种通过组合多个物理硬盘驱动器来提高数据读写性能和/或提供数据冗余的技术。 - **层次结构(Hierarchy)**：在计算机科学中，层次结构是指将系统组织成一系列层，每一层负责特定的功能，并依赖于下一层提供的服务。 - **并行(Parallelism)**：指同时执行多个任务或指令的能力，以提高计算效率和响应速度。 - **流水线(Pipelining)**：是在处理器设计中常用的一种技术，旨在通过将指令处理过程分解成多个阶段来提高执行效率。 - **仓库规模计算机(Warehouse-Scale Computers)**：指那些具有大规模数据中心的计算系统，主要用于处理大量数据和提供云计算服务。 #### 二、课程管理与资源 - **课程网站**：提供了关于课程大纲、参考资料、作业和考试安排等信息的在线平台。 - **授课教师**：Haojin Zhu，是该课程的主要授课者。 - **助教(TAs)**： - Jiafa Liu (jiafaliu@gmail.com) - Huaxin Li (lihuaxin0033@163.com) - Xiaokuan Zhang (lucio003@qq.com) - **办公时间**：每周一下午2点至5点，地点为SEIEE 3-522室，主要用来解答学生的疑问。 - **教材**：《Computer Organization and Design》第四版修订版，作者为Patterson & Hennessy，出版时间为2012年。 #### 三、计算机体系结构的关键概念 - **计算机体系结构**中的大想法：在计算机体系结构的设计中，有几个核心概念至关重要，如指令集的选择、处理器架构的设计等。 - **80x86 vs. MIPS**：这两者分别代表了复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)的不同设计哲学。MIPS架构因其简洁高效而在许多领域得到了广泛应用。 - **性能定义**：为了最大化性能，需要最小化执行时间。性能可以用公式X = 1/执行时间来表示，其中X代表性能指标。 - **相对性能示例**：如果计算机A在10秒内完成一个程序的运行，而计算机B需要15秒，则计算机A的速度是计算机B的1.5倍。 - **性能因素**：CPU的执行效率、内存访问速度、指令集效率等因素都会影响计算机的整体性能表现。 这些知识点不仅涵盖了计算机组成的理论基础，还深入探讨了实际应用中的关键技术问题，为学生提供了全面的学习框架。