计算机系统结构：提升处理机性能的关键

"按处理机性能分类的系统结构课件，主要介绍了计算机系统结构的基本概念，包括计算机系统的评价标准、设计技术、发展以及分类。强调了系统结构研究的重要性，特别是对于提高处理机运算速度的关键作用。内容涵盖了从巨型机到微型机的不同级别处理机的划分，以及如何通过先进系统结构来提升性能。同时提到了计算机系统的层次结构，指出不同层次之间的关系和学科领域的划分。" 在计算机系统结构中，处理机的性能分类是一个重要的方面。通常，处理机按照其性能和价格被划分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。这种分类方式随着时间的推移而不断变化，大约每五年就会下降一个等级。设计处理机时，有不同的目标导向，如追求最高性能的特殊用途计算机，寻求最佳性能价格比的一般商用计算机，以及致力于最低价格的家庭用计算机等。 系统结构的研究至关重要，因为它直接影响着处理机的运算速度。提高处理机运算速度的主要途径有两种：一是提高工作主频（Fz），二是增加每个时钟周期平均执行的指令数（IPC）。在过去，一条指令可能需要几个或几十个时钟周期才能完成，但现在，得益于先进的系统结构设计，一个时钟周期可以执行多条指令。同时，缩短门电路延迟的技术进步也有助于提高主频，例如流水线技术，使得从指令的串行执行发展到现在的多级流水线。 计算机系统的性能提升不仅依赖于硬件技术的进步，更依赖于系统结构的创新。数据显示，先进技术对性能的贡献大约是技术进步的五倍。这表明，通过优化系统结构，可以更有效地提升计算机的处理能力。 计算机系统具有层次性，可以分为7个层次，其中第3级到第6级由软件实现，被称为虚拟机。第0级和第1级涉及计算机组成原理，第2级对应于计算机系统结构，而第3级到第5级则涉及操作系统和中间件，第6级则是应用软件。这些层次之间相互关联，有些技术可能跨越多个层次，例如虚拟化技术，它既涉及到系统结构层面，也与操作系统和应用软件紧密相关。 系统结构课件详细阐述了处理机性能分类的依据，强调了系统结构研究对于性能提升的决定性作用，并揭示了计算机系统的多层次结构和各层次间的相互影响。学习这部分内容有助于深入理解计算机性能的优化途径，以及不同层次软件和硬件之间的协同工作原理。