现代微机结构概述.ppt
2、计算机网络 多个方面的发展:(1)网络协议 主要包括FDDI、以太、快速以太、ATM、千兆以太、TCP/IP。关于互联网协议:ISO/OSI,International Standard Organization/Open System Interconnecting,ISO/OSI七层网络模型,应用层,表示层,网络层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,TCP/IP协议,操作系统之外的软件,操作系统之内的软件,用IP地址,使用物理地址,(2)网络技术,如:路由技术 三层交换技术、多层交换技术 NAT地址转换 网络带宽预留技术(RSVP)网络安全技术 网络管理技术 虚拟专用网络(VPN)主动网络等,(3)PC与NC(4)网络软件 WWW浏览器、网络管理软件、中间件软件、JAVA编程语言等。(5)网络应用 如电子商务(电子政务)、远程教育(如课件点播、课件广播、网上直播)、远程医疗、网络化的办公自动化系统、视频会议系统、虚拟图书馆、虚拟实验室等。,主流操作系统:,3、操作系统,(1)Linux,RT-Linux 美国墨西哥理工学院开发;uClinux Lineo公司开发,被认为是开放源码的嵌入式Linux的典范;Embedix Luneo推出,是根据嵌入式应用系统的特点设计的Linux版本;XLinux 美国网虎公司推出,被认为是最小的嵌入式Linux系统;红旗嵌入式Linux 中科院红旗软件公司推出,国内较好的一款嵌入式操作系统。,(2)Unix操作系统,几种典型版本:System Unix BSD(第一种与TCP/IP结合的操作系统)SCO Unix Solaris,Intel准备建立不同Unix操作系统的通用标准,以满足高端服务器和下一代64位芯片的要求,Unix的当前状况:,在工程工作站和专业服务器上占有重要地位,Intel将与HP、IBM、Sun等公司合作。创建“统一的Unix”,(3)Windows 系列 Windows 95、Windows98、Windows NT,Windows2000 Professional 用于PC机和便携机等,Windows2000,Windows2000 Advanced Server 取代Windows NT 企业版,Windows2000 Server 用于服务器,取代Windows NT4.0版,Windows2000 data center Server 用于支持64位处理器,Windows XP,用什么来衡量操作系统的优劣:,(1)可发展性:,支持新的软硬件产品,(2)兼容性:,早期版本下开发的应用软件能在新版本下运行,(3)可移植性:,不同机型之间的移植,(4)可管理性:,对多机多任务的资源管理能力,(5)稳定性(可靠性),(6)安全性:,承受攻击的能力,4、开放系统,简单描述:,5、多媒体技术,6、嵌入式系统,“在整个网络环境中,异种机之间能实现互操作、资源共享、各结点可动用其它结点上的软硬件资源,也可将本结点上的任务委托其它结点来完成”,涉及声频、视频、二维/三维图形图象的处理。,是近年来在计算机领域发展最快的研究方向之一,在IT产业中占有越来越重要的位置。,2005年我国嵌入式软件业务收入情况:,三、微机领域当前及未来的几大热点 1.处理器(1)64位处理器及全64位计算平台,基于EPIC计算模式的英特尔IA-64结构,以Itanium处理器为代表,提供长模式(Long-Mode-Active),解决与32位处理器的兼容性问题。,AMD X86-64处理器,LMA=1:,LMA=0:,纯x86系统,兼容32位和16位OS和应用,系统为64位系统。并具有两种子模式:64-bit模式和兼容模式。这两种模式均需要使用64位操作系统。,双核2.5 GHz 处理器 存储空间扩展至8GB 在进行64位计算的同时,兼容32位应用软件 测试表明:运行速度远超出3.4 GHz奔腾4系统,64位PowerPC G5(Apple,用于个人电脑),Power 4和Power 5(IBM,用于服务器)如:Power 4处理器的P690服务器 Power 5处理器的open power 710服务器。,Power 6(IBM已在近期发布)主频达到5.4GHz,64位编程模式和64位API 64位的编译器,支持大于4GB的物理存储空间 支持大于4GB规模的文件 支持多个物理设备文件(如多个磁盘系统),64位宽度以上的总线 64位Cache、高速图形板等,应用层,操作系统层,机器层,CPU芯片层,64位整数寄存器 64位浮点寄存器 64位宽度以上的数据总线,以64位计算模式为基础,加上相应系统软件支持,(2)全64位计算平台,(3)多核处理器,对高速处理器的需求和主频及功耗的限制,多核技术合多核处理器的发展成为必然趋势。,也可以说,多核处理器是传统多处理器系统的进一步发展,也是集成电路技术发展的结果。,2.存储器,问题:挥发与非挥发存储器与速度和容量的矛盾,发展的思路:将非挥发性、存取速度快、低成本、大容量、低功耗和可无限擦写等目前所有挥发性与非挥发性两种存储器的特性(优点)集于一身。,挥发性存储器:高速度、小容量、易挥发。,非挥发性存储器:低速度、大容量、不挥发。,几种典型解决方案 FeRAM存储器(铁电存储器)利用铁电薄膜的剩余极化来存储信息。,MRAM存储器 MRAM通过控制铁磁体中的电子旋转方向来达到改变读取的电流大小的目的。从而使其具备二进制数据存储能力。该类存储器已经少量投产。比如Infineon 的16Mbit MRAM芯片速度比应用于USB闪存、手持计算机和数码相机中的非易失性闪存的速度快约1000倍,且可写入次数比闪存要高100万倍。,OUM存储器 由Intel所提出。其原理是利用Ge、Sb、Te等化合物为材质的薄膜来存储信息,数据存储方式类似CD-ROM,利用不同温度造成的相位变化来存储数据。目前还处于实验阶段。,3.64位的操作系统,微软 Windows Server 2003。可兼容Intel和AMD的64位处理器,Windows.NET Server,64位操作系统描述:,“以64位CPU芯片为前提,为充分发挥该64位CPU芯片的性能而实行64位扩展的操作系统”。,1996年DEC公司:Digital UNIX 4.0 64位操作系统,以及Open VMS 7.0 64 位操作系统。SUN公司:64位的Solaris操作系统,4.计算机网络,(2)网络的综合化 即网络应用和网络结构向统一的网络平台过度,国际电信联盟(ITU):统一网络平台框架,(1)高速网络,通信线路的高速化:,波分复用技术,线路速率达到20Gb80Gb/s。,网络协议的高速化:,10000M或更高速率以太网,高速网络设备:,约每5年增加一个数量级,目前情况:,155Mbit/s10Gbit/s的传输速率,传输距离在2公里4公里之间,“全球信息基础设施(GII)”标准化模型,应用层,传输层,业务层,将 电信网络、计算机网络以及有线电视网络 汇集到统一的IP网络,即“三网”融合。,(3)网络的智能化,以提高网络运行、管理、维护的效率和自动化为目的,研究内容主要包括:,智能网络(INIntelligent Networks),主动网络(ANActive Networks),不仅传输字节,还是一种计算模型。具有输入定制程序到网络中的能力。网络结点解释这些程序后,对流经网络结点的数据进行所需的操作。,比如:包过滤功能的实现,网络的代理服务器、多路广播路由器和视频网关等都会根据网络状况来进行使用者所要求的计算。,网络管理,自动生成网络拓扑结构 监视并控制网络主干/支干/信息点的网络流量 控制信息点对某些站点的访问 根据网络中的信息流情况,自动进行虚网划分 统计每一个信息点上网流量、上网时间等。,国际电信联盟网络工作组:,SNMPv1、SNMPv2标准 SNMPv3:加入了身份认证,数据加密,访问控制等安全功能。,第1代:在边沿路由器中加入了基于访问控制列表的包过滤和网络地址转换(NAT);第2代:由独立软件来完成基于访问控制列表的包过滤和NAT功能;第3代:在Windows NT,Linux等通用OS上,建立包过滤和NAT、入侵检测等功能,(但操作系统的本身的安全没有保证);第4代:专用操作系统,对操作系统内核进行改造。在功能上包括如分组过滤、应用网关、加密、主动入侵检测等功能(防火墙本身就是一个操作系统)。,比如,国际电信联盟的网络工作小组:IPSEC安全框架协议(含协议包),一些厂商利用专用操作系统或对LINUX内核改造,实现安全操作系统。,网络的易用性,主要体现为用户界面的友好和使用的方便性,(4)网格计算机(Grid),一般的描述:网格概念的核心是“资源(包括服务)”以及对“资源的使用”。,从使用者的角度:网格把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机,实现各种资源的全面共享。,(5)下一带网络的具体研究计划,典型代表:,美国“下一带因特网(NGI)研究发展计划”,目标:,促进经济增长、保持科技优势、确保军事信息优势、创造终身学习环境,比现有的网络速度提高1001000倍,技术指标:,中国的高速实验网络 科技部863_300计划:中国高速信息示范网(CAINOnet),国家自然科学基金委员会:中国超高速互连网研究实验网(NSFCnet),5、正研究中的未来计算机,一般认为,目前在半导体基片上光刻电子元件的方式会遭遇极限(工艺和热量)。,从未来计算机的发展角度看,科学界看好的未来计算机目前有以下三类:,(1)生物计算机 通过控制DNA分子间的生化反应完成运算。,(2)光计算机 利用光束代替电子,进行运算和存储。,在DNA计算机中,信息将以分子代码的形式排列于DNA上。,(3)量子计算机,比如:Shor的大数因子分解的量子多项式算法:一个400位数的因子分解。,10亿年(2003年巨型机),1年(量子计算机),Shor还推演出:,依据电子的上旋和下旋状态描述信息,电子不同的自旋状态相当于传统计算机中的0或1状态。,利用量子的叠加性和相干性,量子计算机就突破了普通计算机电子开关每次只能接收1或0一种信号这一限制,使量子计算机的处理能力、运算速度和存储能力远高于现有的计算机。,100亿年可以解决,传统超级计算机,30秒可以解决,5000个量子位的量子计算机,量子计算机对密码学的挑战,量子计算机对人工智能方面可能的突破,6、两大基础性研究领域(1)人工智能(智能化计算机)事件:深蓝国际象棋大师 图灵测试 塞尔:中国屋试验 关键:自我意识 自我学习(主动学习)涉及技术领域:知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解等(2)高性能非冯诺依曼体系结构,1.技术类 如:硬件中的集成电路技术,CPU和存储设备的设计制造技术等;计算机网络中的网络安全技术、开放系统中的中间件技术、网络管理技术等;多媒体技术信息处理和传输、虚拟现实技术;操作系统技术等。,四、微机领域热点问题归纳,2.产品类 比如:硬件产品中的各种处理器、NC、磁盘阵列、交换机、路由器 软件产品中的各类操作系统、WWW浏览器、开发工具、编程语言、通信软件等,3.应用类 涉及微机领域中的各种应用。,技术研究,三者之间的关系:,产品研制,实际应用,
