計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2011年串講及匯總(第二部分)

1、1第四章存儲體系1.對存儲器的基本要求是：大容量、高速度和低價格。2.存儲器容量為：SM=Wlm(其中W為存儲體的字長，l為存儲體的字數(shù)，m為并行工作的存儲體數(shù))3.單體最大頻寬：Bm=WTMm體在座體并行的最大頻寬：Bm=WmTM(TM為連續(xù)啟動一個在存儲體所需時間間隔)4.并行主存系統(tǒng)：能并行讀出多個CPU字的單體多字、多體單字、多體多字的交叉訪問主存系統(tǒng)系統(tǒng)為并行主存系統(tǒng)。5.為什么主存實際頻寬不是隨著模m的提高而線情增大：(1)

2、工程實現(xiàn)上由于模m越高，存儲器數(shù)據(jù)總線越長，總線并聯(lián)的負載越重，有時不得不增加門的級數(shù)，這些會使傳輸延遲增加(2)實際程序中指令不總是順序執(zhí)行的，一旦出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，效率就會下降，而數(shù)據(jù)的性比指令的還差，實際的效率還更低。6.CPU與主存速度差給系統(tǒng)性能帶來影響，解決辦法有：(1)在CPU中設(shè)置通用寄存器(2)采用存儲器的多體交叉并行存取(3)采用Cache存儲器。7.存儲體系設(shè)計的主要依據(jù)是：程序訪存的局部性，其主要包括：(1)時間上：最近

3、的未來要用到的信息很可能是現(xiàn)在正在使用的信息，這是因為程序存在循環(huán)。(2)空間上：最近的未來要用到信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在程序空間上是鄰近的，這是因為指令常是順序存放、順序執(zhí)行，數(shù)據(jù)通常是以微量、陣列、樹形、表格等形式簇聚地存放的。8.命中率指CPU產(chǎn)生的邏輯地址能在M1中訪問到(命中到)的概率。若邏輯地址流的信息能在M1中訪問到的次數(shù)為R1，當時在M2中還未調(diào)到M1的次數(shù)為R2，則命中率H＝R1（R1R2）。）（影響因素：地址

4、流、預(yù)判算法、M1的容量等）9.未命中率(失效率)是指由CPU產(chǎn)生的邏輯地址在M1中訪問不到的概率。對二級存儲層次，失效率為1H10.段式管理：將主存按段分配的存儲管理方式稱為段式管理。將虛地址（程序號，段號，段內(nèi)位移）通過段表找到段的基地址，然后再形成物理地址，訪問存儲器。段表結(jié)構(gòu)=（段名，段地址，裝入位，段長，訪問方式）11.段式管理的主要優(yōu)點：（1）程序模塊化的性能好，各段在功能上是相互獨立的；（2）便于程序與數(shù)據(jù)的共享；（3）便

5、于實現(xiàn)存儲保護。12.段式管理的主要缺點：（1）地址變換所需的時間比較長（2）主存的空間利用不充分。13.頁式管理：把主存空間和程序空間都機械等分成固定大小的頁(頁面大小隨機器而異)14.頁式存儲的優(yōu)點：（1）主存儲器的空間利用率比較高。（2）頁表比較簡單，大大簡化了映像表的硬件，節(jié)省了頁表的存儲量（3）地址映象與地址轉(zhuǎn)換速度比較快。15.頁式存儲的缺點：（1）頁表很長，占用很大的存儲空間。（2）程序的模塊化性能不好。16.段頁式管理：

6、把實存機械的等分成固定大小的頁，把程序按模塊分段，每個段分成與主存頁面大小相同的頁，每道程序通過一個段表和相應(yīng)于每段的一組頁表來進行定位。17.裝入位:標識該段的頁表是否已裝入主存。地址字段:指明已裝入頁表在主存中的起始地址。訪問方式:指明該段的控制保護信息。頁表長:指明該段頁表的行數(shù)。18.地址的映象：將每個虛存單元按什么規(guī)則（算法）裝入（定位于）實存，建立起多用戶虛地址與實地址之間的對應(yīng)關(guān)系。19.頁面替換算法：（1）隨機算法(R)

7、（2）先進先出法(FIFO)（3）近期最少使用法近期最久未用算法(LRU法)（4）最優(yōu)替換算法(OPT)20.3從流水線中各功能段之間是否有反饋回路分為：（1）線性流水線：各個段之間串行連接，無反饋也無跳躍，每個任務(wù)流經(jīng)流水線中各個段均只有一次。（2）非線性流水線：各個段之間除了有串行連接，還有反饋回路，使一個任務(wù)流經(jīng)流水線時，需多次經(jīng)過某段或越過某段。按機器所具有的數(shù)據(jù)表示分為：（1）標量流水機（2）向量流水機34.流水處理機的主要性

8、能：（1）吞吐率（2）效率35.吞吐率：指在單位時間內(nèi)流水線完成的任務(wù)數(shù)或輸出的結(jié)果數(shù)。TP=nTk(n表示任務(wù)數(shù)，Tk表示完成n個任務(wù)所需時間)36.最大吞吐率：TPmax=1max△t1△t2△t3…△tn37.瓶頸子過程：流水線中經(jīng)過時間最長的子過程。38.消除瓶頸的方法：（1）將瓶頸子過程再細分（2）重復(fù)設(shè)置多套瓶頸段并聯(lián)39.加速比Sp：流水方式相對于非流水順序方式速度提高的比值。40.效率：流水線設(shè)備的實際使用時間占整個運行

9、時間之比，也稱流水線設(shè)備的時間利用率。41.影響流水線效率不高的因素包括：（1）靜態(tài)多功能流水線流水時，總有一些本功能用不到的段處于空閑狀態(tài)。（2）流水建立過程中，本功能要用到的某些段也有部分處于空閑狀態(tài)。（3）功能切換時，增加了前一種功能流水的排空時間及后一種功能流水的建立時間。（4）上一步運算的結(jié)果要送到流水線的輸入端，下一任務(wù)才能開始。42.全局性相關(guān)：機器系統(tǒng)出現(xiàn)相關(guān)時，影響面較寬，較嚴重，稱為全局性相關(guān)。（如轉(zhuǎn)移指令廢指緩）4

10、3.局部性相關(guān)：機器系統(tǒng)出現(xiàn)相關(guān)時，只影響相關(guān)的幾條指令，最多影響流水線某些段工作的后推，不會改動指緩中預(yù)取到的指令，影響是局部的。（如指令相關(guān)，主存操作數(shù)相關(guān)等）44.局部性相關(guān)的處理：流水技術(shù)是重疊技術(shù)的發(fā)展，因此，重疊機器處理相關(guān)的方法也適用于流水機器，即①推后讀②設(shè)置相關(guān)直接通路。按流水線中流動順序的安排，分為兩種形式：（1）同步流動：任務(wù)(指令)流出流水線的順序與流入流水線的順序一致(順序流動)。（2）異步流動：任務(wù)(指令)流

11、出流水線的順序與流入流水線的順序不一致。45.異步流動要處理的三種相關(guān)(都是對同一單元的要求)：（1）“先寫后讀”相關(guān)：在先的指令先寫入，在后的指令才能讀的關(guān)聯(lián)，稱“先寫后讀”相關(guān)。（2）“寫—寫”相關(guān)：在先的指令先寫入，在后的指令才能寫的相關(guān)。（3）“先讀后寫”相關(guān)：在先的指令先讀，在后的指令才能寫的相關(guān)，稱“先讀后寫”相關(guān)。s46.全局相關(guān)的處理：（1）猜測法：概率相近時宜選用i1不成功轉(zhuǎn)移分枝；概率不均等時，宜選用高概率分支（2）

12、加快和提前形成條件碼（3）采取延遲轉(zhuǎn)移（4）加快短循環(huán)程序的處理47.流水機器原中斷處理：主要是為了處理好中斷點現(xiàn)場的保存和恢復(fù)。48.向量的流水處理：將向量數(shù)據(jù)表示和流水線技術(shù)結(jié)合起來，構(gòu)成向量流水處理機，使向量運算最能充分發(fā)揮出流水線效率。49.向量的三種處理方法：（1）橫向(水平)處理方法：以元素為單位，逐個求向量元素值。例如求：D=A(BC)，則進行bici—k，kai—di操作。橫向處理適合標量處理機，發(fā)揮不出流水的優(yōu)勢。（2

13、）縱向（垂直）處理方式：以向量為單位，對整個向量求結(jié)果向量。例如求：D=A(BC)，則進行BC—K，KA—D操作。（3）分組縱橫處理方式：若向量的長度過長，則可分成若干組，使每組都能裝入向量寄存器組，組內(nèi)按縱向方式處理，組間靠軟件循環(huán)處理。50.指令級高度并行的超級處理機：（1）超標量處理機（2）超長指令字處理機（3）超流水線處理機51.超標量處理機：多條指令流水線，每個Δt同時流出m條指令(稱為度m)，靠編譯程序優(yōu)化指令執(zhí)行順序。組成