计算机设计基本原理计算机系统结构.ppt

计算机设计的基本原理和系统结构是理解现代信息技术核心的基石。在这一领域，设计者们需要考虑诸多因素，包括成本、技术趋势、性能、可靠性和性价比等。以下将深入探讨这些关键点。 引言部分指出，计算机设计是基于一系列基础原理的，包括计算机的分类和设计任务。计算机的分类通常基于它们的功能、用途、性能和处理能力，如个人电脑、服务器、嵌入式系统和超级计算机等。设计任务则涉及如何在满足特定需求的同时，优化性能、降低能耗和提高可靠性。 计算机系统结构定义了计算机硬件和软件组件的组织方式，它是设计的核心。计算机设计的目标不仅限于创建功能完善的设备，还包括提升运行速度、降低功耗和控制成本。随着集成电路技术的发展，计算机的性能不断提升，但同时也带来了新的挑战，如集成电路功耗问题。 在成本方面，元器件的成本是设计者必须考虑的关键因素。随着时间的推移，由于产量的增加和技术的进步，元器件的价格通常会下降。此外，市场竞争也能降低元器件的成本，推动商品化进程。存储器芯片的成本受其生产过程影响，包括芯片本身的制造成本、测试成本和封装成本。其中，芯片面积直接影响到单个晶圆上可生产的芯片数量，从而影响总体成本。 集成电路的生产过程涉及到晶圆面积、芯片面积、晶圆周长和芯片对角线长度等因素。芯片成品率受到制造工艺复杂度的影响，例如，掩模层数的增加会导致α值增大，这通常与制造工艺的复杂度成正比。此外，单位面积的缺陷数是衡量材料和工艺质量的重要指标，一般在0.5至1/cm²之间波动。芯片成品率等于晶圆成品率乘以一个修正因子，这个因子与单位面积的缺陷数和芯片面积有关。 在成本趋势方面，随着芯片面积的增大，晶圆上可生产的芯片数量减少，导致单个芯片的成本上升。同时，更复杂的制造工艺和更高的缺陷率也会影响成本。因此，优化芯片设计和制造过程对于降低成本至关重要。 计算机性能的测量、报告和总结是评估设计成功与否的标准，通常通过诸如运算速度、内存带宽、能效比等指标进行量化。计算机设计的量化原则旨在通过平衡各种因素，如处理器速度、内存容量、输入/输出性能等，实现最佳的整体性能和性价比。 综合以上内容，计算机设计的基本原理和系统结构涵盖了从元器件成本控制到性能优化的广泛议题。设计师需要考虑市场趋势、技术进步以及经济因素，以创造出既高效又可靠的计算机系统。在这个快速发展的领域，理解和掌握这些基本原理对于任何IT专业人员来说都是至关重要的。