計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總結(jié)

----------------------------精品word文檔值得下載值得擁有--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第一章1、計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)：物理機：用固件/硬件實現(xiàn)的機器。虛擬機：由軟件實現(xiàn)的機器。（虛擬機中有些操作可以由硬件或固件實現(xiàn)。固件：具有軟件功能的硬件）本門課程研究軟硬件的交界面2、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（ComputerArchitecture）是指傳統(tǒng)機器程序員所看到的計算機屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。計算機組成（ComputerOrganization）指的是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)，包含物理機器級中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等。著眼于物理機器級內(nèi)各事件的排序方式與控制方式、各部件的功能以及各部件之間的聯(lián)系。計算機實現(xiàn)（ComputerImplementation）指的是計算機組成的物理實現(xiàn)，包括處理機、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機裝配技術(shù)等。著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)，其中器件技術(shù)在實現(xiàn)技術(shù)中起主導作用。下面舉例說明上三個概念的區(qū)別：確定指令系統(tǒng)中是否有乘法指令屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，但乘法指令時用專門的乘法器實現(xiàn)，還是用加法器經(jīng)多步操作來實現(xiàn)，屬于計算機組成。而乘法器、加法器的物理實現(xiàn)，入器件的選定及所用的微組裝技術(shù)等，屬于計算機實現(xiàn)。主存容量與編址方式（按位、按字節(jié)或按字訪問等）的確定屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了達到給定的性能價格比，主存速度的快慢、邏輯結(jié)構(gòu)是否采用多體交叉等屬于計算機組成。而主存系統(tǒng)的物理實現(xiàn)，如器件的選定、邏輯電路的設(shè)計、微組裝技術(shù)的使用等均屬于計算機實現(xiàn)。3、CPU性能取決于CPU時間。馮?諾依曼計算機以運算器為中心。4、仿真和模擬的主要區(qū)別在于解釋執(zhí)行所用的語言。（仿真是用是微程序解釋執(zhí)行，模擬是用機器語言程序解釋執(zhí)行）5、并行性的兩層含義：同時性（simultaneity）和并發(fā)性（concurrency）（同時性：兩個或兩個以上的事件在同一時刻發(fā)生）（并發(fā)性：兩個或兩個以上的事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生）6、看課后題：1.7和1.9第二章1、CPU中用來存放操作數(shù)的存儲單元主要有3種：堆棧、累加器、通用寄存器組。據(jù)此，可以把指令系統(tǒng)的結(jié)果分為堆棧型結(jié)構(gòu)、累加器型結(jié)構(gòu)以及通用寄存器型結(jié)構(gòu)。在通用寄存器型結(jié)構(gòu)中，根據(jù)操作數(shù)的來源不同，又可以進一步分為寄存器—存儲器型結(jié)構(gòu)（簡稱RM結(jié)構(gòu)）、寄存器—寄存器型結(jié)構(gòu)（簡稱RR結(jié)構(gòu)）以及存儲器—存儲器型結(jié)構(gòu)（簡稱MM結(jié)構(gòu)）已淘汰2、書33頁的四種尋址方式，看懂3、對指令系統(tǒng)的基本要求是：完整性、規(guī)整性、正交性、高效性和兼容性。4、CISC代表的是復(fù)雜指令集計算機，發(fā)展趨勢：單條指令的功能越來越強大，整體指令條數(shù)越來越多；RISC代表的是精簡指令集計算機，發(fā)展趨勢：單條指令功能越來越單一，指令集內(nèi)部指令越來越少。5、數(shù)據(jù)表示（DataRepresentation）是指計算機硬件能夠直接識別、指令系統(tǒng)可以直接調(diào)用的數(shù)據(jù)類型。它一般是所有數(shù)據(jù)類型中最常用、相對比較簡單、用硬件實現(xiàn)比較容易的幾種。如：定點數(shù)（整數(shù)）、邏輯數(shù)（布爾數(shù)）、浮點數(shù)（實數(shù)）、字符、字符串等，有些機器的數(shù)據(jù)表示復(fù)雜一些，除上面這些外，還設(shè)置有十進制、向量、堆棧等數(shù)據(jù)表示。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（DataStructure）是指由軟件進行處理和實現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的是這些數(shù)據(jù)類型的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并給出相應(yīng)的算法。一般來說，除了數(shù)據(jù)表示之外的所有數(shù)據(jù)類型都是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要研究的內(nèi)容。（注意數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別）第三章1、流水線中的每個子過程及其功能部件稱為流水線的級或段（stage），段與段相互連接形成流水線。流水線的段數(shù)稱為流水線的深度（PipelineDepth）。時間最長的段將成為流水線的瓶頸（BottleneckofaPipeline）。2、非線性流水線（NonlinearPipeline）的特點是：有些段需要多次訪問。其概念是：指各段除了有串行的連接外，還有反饋回路的流水線。存在反饋回路是稱為非線性流水線的原因。3、亂序流水線（out-of-orderpipeline）又稱為無序流水線、錯序流水線、異步流水線。4、書63頁例題，計算吞吐率、加速比和效率（58頁到62頁的公式）5、書65頁，給出一個預(yù)約表，寫出禁止表和初始沖突向量。6、知道分成哪幾個段，每段的名稱，每段是做什么的。IF段是取指；ID段是譯碼；EX段是執(zhí)行；MEM段是存儲器訪問；WB段是寫回。（IF：取指令周期；ID：指令譯碼/讀寄存器周期；EX：執(zhí)行/有效地址計算周期；MEM：存儲器訪問/分支完成周期；WB：寫回周期）7、相關(guān)的三種類型：數(shù)據(jù)相關(guān)（DataDependence）、名相關(guān)（NameDependence）、控制相關(guān)（ControlDependence）。流水線沖突（PipelineHazard）的分類：結(jié)構(gòu)沖突（StructuralHazard）：因硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求而發(fā)生的沖突數(shù)據(jù)沖突（DataHazard）：當指令在流水線中重疊執(zhí)行時，因需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果而發(fā)生的沖突?？刂茮_突（ControlHazard）：流水線遇到分支指令和其它會改變PC值的指令所引起的沖突。第五章1、開發(fā)ILP的方法可以分為兩大類：主要基于硬件的動態(tài)開發(fā)方法以及基于軟件的靜態(tài)開發(fā)方法。2、IPC是InstructionsPerCycle的縮寫，其含義是每個時鐘周期完成的指令條數(shù)。它是CPI的倒數(shù)。3、記分牌動態(tài)調(diào)度方法維護了三張表：指令狀態(tài)表、功能部件狀態(tài)表、結(jié)果寄存器狀態(tài)表。（分別用于記錄指令的執(zhí)行狀態(tài)、功能部件狀態(tài)、寄存器狀態(tài)以及數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系等。）4、Tomasulo算法的核心思想是：①記錄和檢查指令相關(guān)，操作數(shù)一旦就緒就立即執(zhí)行，吧發(fā)生RAW沖突的可能性減小到最少；②通過寄存器換名來消除WAR沖突和WAW沖突。該算法重點解決的三種數(shù)據(jù)沖突是：RAW、WAR以及WAW。（增加的兩個重要部件是：保留站和公共數(shù)據(jù)總線）第六章1、關(guān)鍵路徑（CriticalPath）是指根據(jù)指令間相關(guān)關(guān)系構(gòu)成的數(shù)據(jù)流圖中延遲最長的一條路徑。2、軟流水（SoftwarePipelining）技術(shù)的核心思想是從循環(huán)不同的迭代中抽取一部分指令（循環(huán)控制指令除外）拼成一個新的循環(huán)迭代，以便將同一迭代中的相關(guān)指令分布到不同的迭代中，或?qū)⒉煌械南嚓P(guān)指令封裝到同一迭代中。第七章1、衡量一個存儲體系的三個指標是：訪問時間，容量，平均每位價格。離CPU最遠的存儲器三個指標的變化為：速度最慢（即訪問時間最長），容量最大，平均每位價格最低。2、平均訪存時間在書190頁，知道公式中字母的含義。3、組成三級存儲系統(tǒng)的三個部分：Cache、主存、輔存。Cache與主存層次主要解決主存速度問題；主存與輔存層次主要解決主存容量問題。結(jié)構(gòu)如下：4、映像的三種規(guī)則：①全相聯(lián)映像（FullyAssociative）指主存中的任一塊可以被放置到Cache中的任意一個位置。②直接映像（DirectMapping）是指主存中的每一個塊只能被放置到Cache中唯一的一個位置。③組相聯(lián)映像（SetAssociative），在組相聯(lián)映像中，Cache被等分為若干組，每組由若干個塊構(gòu)成。主存中的每一塊可以被放置到Cache中唯一的一個組中的任何一個位置。（它是直接映像和全相聯(lián)映像的一種折中：一個主存塊首先是直接映像到唯一的一個組上（直接映像的特征），然后這個塊可以被放入這個組中的任何一個位置（全相聯(lián)的特征））。5、寫策略的兩種不同方法：①寫直達法（WriteThrough），也稱存直達法（StoreThrough），特點：在執(zhí)行“寫”操作時，不僅把數(shù)據(jù)寫入Cache中相應(yīng)的塊，而且也寫入下一級存儲器；②寫回法（WriteBack），也稱拷回法（CopyBack），特點：這種寫策略只把數(shù)據(jù)寫入Cache中相應(yīng)的塊，不寫入下一級存儲器。6、三種類型的不命中以及引起的原因：①強制性不命中（CompulsoryMiss）：當?shù)谝淮卧L問一個塊時，該塊不在Cache中，需從下一級存儲器中調(diào)入Cache，這就是強制性不命中。這種不命中也稱為冷啟動不命中或首次訪問不命中。（可增加塊大小解決）②容量不命中（CapacityMiss）：如果程序執(zhí)行時所需的塊不能全部調(diào)入Cache中，則當某些塊被替換后，若又重新被訪問，就會發(fā)生不命中。（可增加容量解決）③沖突不命中（ConflictMiss）：在組相聯(lián)或直接映像Cache中，若太多的塊映像到同一組（塊）中，則會出現(xiàn)該組中某個塊被別的塊替換、然后又被重新訪問的情況。（可提高相聯(lián)度解決）7、偽相聯(lián)Cache（Pseudo-Associate）又稱為列相聯(lián)（ColumnAssociation）Cache。8、“犧牲”Cache的關(guān)聯(lián)方式是全相聯(lián)。這種方法是在Cache和其下一級存儲器的數(shù)據(jù)通路上增設(shè)一個全相聯(lián)的小Cache，稱為“犧牲”Cache（VictimCache）。9、平均訪存時間公式，局部不命中率公式，全局不命中率公式，每條指令的平均訪存停頓時間公式在書214頁到215頁上，看例題7.3。10、虛擬存儲器存在的目的是：為了擴充主存容量。第八章1、系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)從某個初始參考點開始一直連續(xù)提供服務(wù)的能力，它通常用平均無故障時間MTTF（MeanTimeToFailure）來衡量。2、RAID10又稱為RAID1+0，RAID01又稱為RAID0+1。第九章通信時延由以下4部分構(gòu)成：軟件開銷、通道時延、選路時延、競爭時延。5771001803090012095579036822859633082577100180309001238657613739973576069657710018030900135945780775799025155125771001803090012387577164982601818051577100180309001213857213119215891832657710018030900123595790368223610760535771001803090012356576135286143791742577100180309001235557508786970469327917088100343355274101229944325833379170881003433552751018667329388320081708810034335610710158115250150052217088100343356108101000180059871732170881003433542951010741941426870171708810034335618410187866086962880