計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程考核說明.doc

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程考核說明一、考核說明 1考核對象： 電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生。 2命題依據(jù)： 根據(jù)電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(本科)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課的教學(xué)大綱的要求。 3考核要求： 本課程面向電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生，具體考核要求分為3個(gè)層次(詳見考核具體要求)： 掌握； 理解； 了解。 4考核方式： 采用形成性考核和期末終結(jié)性考核相結(jié)合的方式，即期末考試與平時(shí)成績相結(jié)合的考核方式，最終總成績達(dá)到或超過60分為通過；平時(shí)成績(作業(yè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn))占20；期末考試占80，分別以百分制計(jì)分。期末考試為閉卷筆試考試，時(shí)間120分鐘。二、考核內(nèi)容與要求以電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(本科)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課的教學(xué)大綱的要求為準(zhǔn)。教材每一章節(jié)均有教學(xué)要求與導(dǎo)學(xué)部分，每章后又有作業(yè)與思考題?？己藘?nèi)容與要求均以教材中的具體規(guī)定為準(zhǔn)， 在下面給出的試題類型與參考答案將能比較充分地體珥出來。三、考核具體要求第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念 掌握：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、實(shí)現(xiàn)的定義以及三 者的關(guān)系，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS和MFLOPS定義。 理解:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類，馮諾依曼計(jì)算機(jī)特征。 了解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，價(jià)格、應(yīng)用、VLSI核算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。第二章 指令系統(tǒng) 掌握：RISC的定義與特點(diǎn)，減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)的方法。 理解：延時(shí)轉(zhuǎn)移技術(shù)指令取消技術(shù)，重疊寄存器窗口技術(shù)。 了解：指令流調(diào)整技術(shù)，RISC優(yōu)化編譯技術(shù)。第三章存儲系統(tǒng) 掌握：存儲系統(tǒng)的定義，存儲系統(tǒng)的性能參數(shù)，地址映象與變換方法，替換算法，Cache存儲器工作原理，虛擬存儲器工作原理。 理解；低位交叉訪問存儲器，高位交叉訪問存儲器。 了解：Cache分析Cache寫操作，分段存儲系統(tǒng)，緩沖對虛擬存儲系統(tǒng)性能的影響，替換算法實(shí)現(xiàn)方法。第四章標(biāo)量處理機(jī) 掌握：流水線工作原理，時(shí)空圖，線性流水線，輸人任務(wù)連續(xù)情況下單功能、線性流水線的吞吐率、。加速比和效率，超標(biāo)量處理機(jī)工作原理和性能分析。 理解：輸人任務(wù)不連續(xù)情況下單功能、線性流水線的性能分析。 了解：超標(biāo)量、超流水、超標(biāo)量超流水處理機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，流水線計(jì)算機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)，流水線中斷的控制方法，流水線技術(shù)的開發(fā)。第五章 向量處理機(jī) 掌握：向量處理，三種向量處理方式，存儲器存儲器結(jié)構(gòu)，寄存器寄存器結(jié)構(gòu)。 理解：鏈接技術(shù)。 了解：向量處理機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存取模式，協(xié)處理器，向量處理機(jī)實(shí)例。 第六章互連網(wǎng)絡(luò) 掌握：互連網(wǎng)絡(luò)的作用，靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。 理解：存儲轉(zhuǎn)發(fā)尋徑，蟲蝕尋徑，線路開關(guān)尋徑，虛擬直通尋徑。 了解：互連函數(shù)，虛擬通道，單播，選播，廣播，會議，通道流量，網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)。第七章 并行處理機(jī)和多處理機(jī) 掌握：共享存儲多處理機(jī)，分布存儲多處理機(jī)，多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，SIMD計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)。理解：SIMD計(jì)算機(jī)的實(shí)例，多處理機(jī)實(shí)例。 了解：SIMD計(jì)算機(jī)的模型，并行算法，虛擬共享存儲器，多處理機(jī)性能模型，多處理機(jī)的Cache一致性，監(jiān)聽協(xié)議，基于目錄的協(xié)，MPP，SMP，機(jī)群系統(tǒng)。 四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題類型及解答一、名詞解釋(15分，每題3分)1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2計(jì)算機(jī)組成3.計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)4.Amdahl定律5 CPI二、選擇題(45分，每題3分)1MIMD是指（）A、單指令流單數(shù)據(jù)流B、單指令流多數(shù)據(jù)流C、多指令流單數(shù)據(jù)流D、多指令流多數(shù)據(jù)流2下列那種存儲設(shè)備需要編址？A. 通用寄存器B. 主存儲器C. 輸入輸出設(shè)備D. 堆棧3對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列（）是透明的。A、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示B、程序性中斷C、訪問方式保護(hù)D、陣列運(yùn)算部件4下列（）兼容方式對系列機(jī)來說是必須做到的。A、向前兼容B、向后兼容C、向上兼容D、向下兼容5假設(shè)一條指令的執(zhí)行過程可以分為“取指令”、“分析”和“執(zhí)行”三段，每一段的執(zhí)行時(shí)間分別為、和，順序執(zhí)行n條指令至少需要花費(fèi)的時(shí)間為：A. B. C. D. 6 以下關(guān)于程序控制輸入輸出方式的說法哪些是不正確的？A）靈活性不夠好B）外圍設(shè)備與CPU是異步工作關(guān)系C）用于連接高速外圍設(shè)備D）處理機(jī)可以采用輪流循環(huán)測試方式7一個(gè)二級虛擬存儲器,CPU訪問主存和輔存的平均時(shí)間分別為1s和1ms.經(jīng)實(shí)測,此虛存平均訪問時(shí)間為100s.下面那種方法不能夠使得該平均值減小？A） 選擇合適的頁面大小B） 采用較好的頁面替換算法C） 增加主存的容量D） 增加輔存的容量8下述幾個(gè)需要解決的問題中，那個(gè)是向量處理機(jī)所最需關(guān)心的？A.計(jì)算機(jī)指令的優(yōu)化技術(shù)B.設(shè)計(jì)滿足運(yùn)算器帶寬要求的存儲器C.如何提高存儲器的利用率，增加存儲器系統(tǒng)的容量D.縱橫處理方式的劃分問題9隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和對指令系統(tǒng)的合理性的研究，精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)出現(xiàn)并且逐步取代CISC的重要位置。下面所述不是CISC的主要缺點(diǎn)的是：A20%與80%規(guī)律BVLSI技術(shù)的不斷發(fā)展引起的一系列問題C軟硬件功能分配的問題D由于指令眾多帶來的編碼困難10下面說法那種正確？A.采用Huffman編碼一定不會比其他編碼方法效率低B.采用RISC一定比CISC的效率高C.在任何情況下，增加標(biāo)志符一定減少程序所占用的存儲空間D.以上的說法都不正確11 SIMD是指（）A、單指令流單數(shù)據(jù)流B、單指令流多數(shù)據(jù)流C、多指令流單數(shù)據(jù)流D、多指令流多數(shù)據(jù)流12下列那種存儲設(shè)備不需要編址？A. 通用寄存器B. 主存儲器C. 輸入輸出設(shè)備D. 堆棧13按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和移位等指令應(yīng)屬于（）級機(jī)器語言。A、傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器B、操作系統(tǒng)機(jī)器C、匯編語言機(jī)器 D、高級語言機(jī)器14早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有定點(diǎn)數(shù)據(jù)表示，因此硬件結(jié)構(gòu)可以很簡單。但是這樣的系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)，下面哪一個(gè)不是它的缺點(diǎn)：A數(shù)據(jù)表示范圍小B單個(gè)需要的計(jì)算時(shí)鐘周期多C編程困難D存儲單元的利用率很低15下圖所示的時(shí)空圖對應(yīng)的處理機(jī)為：43212143時(shí)鐘周期I6I5I3I2I1指令4321432143214321A. 標(biāo)量處理機(jī)B. 超標(biāo)量處理機(jī)C. 超流水處理機(jī)D. 超標(biāo)量超流水處理機(jī)三. 計(jì)算題(40分)1. (10分). 一條流水線連接圖如下所示，畫出200條指令連續(xù)通過該流水線的時(shí)空圖，并計(jì)算該流水線的加速比。（其中）S1S4S3t=tt=tt=tt=3t輸入輸出S22. (10分). 主頻為400MHz的微處理機(jī)，平均每條指令的執(zhí)行時(shí)間為兩個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期由兩個(gè)時(shí)鐘脈沖組成，則當(dāng)存儲器為“零等待”時(shí)，機(jī)器運(yùn)行速度為多少M(fèi)IPS。3. (20分).在下列不同類型的處理機(jī)上做向量運(yùn)算：D=(A+B)*C，向量長度均為4，每個(gè)周期的時(shí)間為10ns。分別計(jì)算所需的最短時(shí)間，寫出簡要計(jì)算過程。1)(5分).SISD單處理機(jī)，有一個(gè)通用運(yùn)算部件，每3個(gè)周期做完一次加法，或每4個(gè)周期做完一次乘法。2)(5分).流水線處理機(jī)，有一條兩功能靜態(tài)流水線，加法經(jīng)過其中的3段，乘法經(jīng)過其中的4段，每段的延遲時(shí)間均為一個(gè)周期。3)(10分).向量處理機(jī)，有獨(dú)立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水線，乘法器采用4段流水線，每段的延遲時(shí)間均為一個(gè)周期，采用向量鏈接方式工作。試題答案一解釋下列術(shù)語或簡答以下問題(共45分，每小題3分)1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【答案】系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義為由程序設(shè)計(jì)者所看到的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，這里的程序設(shè)計(jì)者所看到的計(jì)算機(jī)屬性是指為機(jī)器語言或編譯程序設(shè)計(jì)者所看到的計(jì)算機(jī)屬性，是硬件子系統(tǒng)的概念性結(jié)構(gòu)及其功能特性，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件的界面。2計(jì)算機(jī)組成【答案】計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。3計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)【答案】計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。4Amdahl定律【答案】Amdahl定律：系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。Fe=（改進(jìn)前可改進(jìn)部分占用的時(shí)間）/（改進(jìn)前整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間）Se=（改進(jìn)前可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間）/（改進(jìn)后改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間）則，改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)加速比為。5 CPI【答案】每條指令平均時(shí)鐘周期數(shù)CPI=CPU時(shí)鐘周期數(shù)/IC（指令的條數(shù)）=其中=指令i在程序中執(zhí)行的次數(shù)。二、選擇題(45分，每題3分)1 D2 A,B,C3 D4 B5 C6 A,C7 D8 B9 D10 A11 B12 D13 A14 B15 C三. 計(jì)算題(40分)1解：0543216空間時(shí)間(ns)321n321nn321321n順序執(zhí)行的時(shí)間為T062001200ns采用流水方式執(zhí)行的時(shí)間為T1320061605ns加速比ST0/T1=1200/605=1.982 【答案】1003. 解：1)10ns4（34） 280ns，4次加法和4次乘法串行執(zhí)行2)10ns（67） 130ns，流水線執(zhí)行4次加法需要6個(gè)周期，流水線執(zhí)行4次乘法需要7個(gè)周期3)10ns（73） 100ns，得到第1個(gè)結(jié)果需要7個(gè)周期，另外3個(gè)結(jié)果需要3個(gè)周期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩種定義 定義1：Amdahl于1964年在推出IBM360系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出：程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。指機(jī)器語言的程序員編寫出能夠在機(jī)器上正確運(yùn)行的程序所必須了解到的功能特性(指令系統(tǒng)及其執(zhí)行模式)；數(shù)據(jù)表示(硬件能夠直接認(rèn)別和處理的數(shù)據(jù)類型和格式)；尋址方式(最小尋址單位、尋址方式的種類和地址運(yùn)算等)；寄存器組織(操作數(shù)寄存器、變址寄存器、控制寄存器及專用寄存器的定義、數(shù)量和使用規(guī)則等)；指令系統(tǒng)(機(jī)器指令的操作類型、格式，指令間的排序和控制機(jī)制)等。 定義2：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究軟硬件功能分配和對軟硬件界面的確定。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由軟件、硬件和固件組成，它們在功能上是同等的。同一種功能可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件或固件實(shí)現(xiàn)。不同的組成只是性能和價(jià)格不同。 2計(jì)算機(jī)組成是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，主要包括：確定數(shù)據(jù)通路的寬度；確定各種操作對功能部件的共享程度；確定專用的功能部件；確定功能部件的并行度；設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略；設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)；確定采用何種可靠性技術(shù)。 3計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括：處理機(jī)、主存儲器等部件的物理結(jié)構(gòu)；器件的集成度和速度；專用器件的設(shè)計(jì)；器件、模塊、插件、底版的劃分與連接；信號傳輸技術(shù)；電源、冷卻及裝配技術(shù)；相關(guān)制造工藝及技術(shù)等。 4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是三個(gè)不同的概念，但隨著技術(shù)、器件和應(yīng)用的發(fā)展，三者之間的界限越來越模糊。 5透明性，本來存在的事物或?qū)傩?，從某種角度看似乎不存在，例如：浮點(diǎn)數(shù)表示、乘法指令對高級語言程序員、應(yīng)用程序員透明對匯編語言程序員、機(jī)器語言程序員不透明。例如：數(shù)據(jù)總線寬度、微程序?qū)R編語言程序員、機(jī)器語言程序員透明，對硬件設(shè)計(jì)者、訓(xùn)算機(jī)維修人員不透明。 6Amdahl定律，系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。 7CPI：每條指令的平均時(shí)鐘周期數(shù)。 8訪問的局部性原理：程序往往重復(fù)使用它剛剛使用過的數(shù)據(jù)和指令。實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)程序用90的執(zhí)行時(shí)間去執(zhí)行僅占10的程序代碼。局部性的實(shí)質(zhì)是：根據(jù)程序的最近情況，可以較精確地預(yù)測出最近的將來將要用到哪些指令和數(shù)據(jù)。局部性分時(shí)間上的局部性和空間上的局部性兩種。時(shí)間上的局部性是指最近訪問過的代碼是不久將被訪問的代碼?？臻g上的局部性是指那些地址上相鄰近的代碼可能會被一起訪問。存儲器體系的構(gòu)成就是以訪問的局部性原理為基礎(chǔ)的。 9MIPS定義。MIPS表示每秒百萬指令條數(shù)。對于一個(gè)給定的程序，它定義為：MIPS= 10MFLOPS定義。MFLOPS即每秒百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)，它定義為： MFLOPS=第二章指令系統(tǒng) 1指令系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩個(gè)截然相反的方向 (1)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISC(Complex lnstruction Set Computer)1)增強(qiáng)指令功能，設(shè)置功能復(fù)雜的指令 2)面向目標(biāo)代碼、面向高級語言、面向操作系統(tǒng) 3)用一條指令代替一串指令 (2)精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC(Reduced Instruction Set Computer) 1)只保留功能簡單的指令 2)功能較復(fù)雜的指令用子程序來實(shí)現(xiàn) 2RISC與CISC各自的特點(diǎn)和相互比較 3RISC的關(guān)鍵技術(shù) (1)旁路技術(shù) (2)延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)(3)指令取消技術(shù) (4)重疊寄存器窗口技術(shù) ： (5)指令流調(diào)整技術(shù) (6)以硬件為主固件為輔第三章存儲系統(tǒng) 一、基本概念 1存儲系統(tǒng)的定義 存儲系統(tǒng)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來而成的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)對應(yīng)用程序員透明，并且，從應(yīng)用程序員看它是一個(gè)存儲器，這個(gè)存儲器的速度接近速度最快的那個(gè)存儲器,存儲容量與容量最大的那個(gè)存儲器相等或接近，單位容量的價(jià)格接近最便宜的那個(gè)存儲器。程序訪問的局部性原理是層次存儲系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)。 2存儲器的主要性能參數(shù) (1)存取時(shí)間 從CPU到第i層存儲器的往返時(shí)間。 (2)存儲器容量 第i層的字節(jié)或字的數(shù)量。 (3)每字節(jié)成本 (4)傳輸帶寬 相鄰層之間傳輸信息的速率。 (5)傳輸單位 相鄰兩層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧６?如字、塊、頁等)。 3存儲器的主要性能參數(shù) (1)存取時(shí)間 從CPU到第i層存儲器的往返時(shí)間。 (2)存儲器容量 第i層的字節(jié)或字的數(shù)量。 (3)每字節(jié)成本 (4)傳輸帶寬 相鄰層之間傳輸信息的速率。 (5)傳輸單位 相鄰兩層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧６?如字、塊、頁等)。 4層次存儲器性質(zhì) (1)包含性 內(nèi)層的信息必然包含于其外層。所有的信息最初放在最外層。在處理過程中，其子集被一步步復(fù)制到內(nèi)層。 (2)一致性 同一個(gè)信息項(xiàng)在后繼存儲器層次上的副本是一致的。 如果在緩存中的一個(gè)字被修改過，那么在所有高層上該字的副本也必須立即或最后加以修改。 維護(hù)一致性的兩種策略：寫直達(dá)和寫回。前者指如果在內(nèi)層中修改了一個(gè)字，在外層中必須立即加以修改。而后者的處理方法是：在外層中的修改延遲到內(nèi)層中被修改的字被替換時(shí)才進(jìn)行。 (3)局部性 時(shí)間局部性： 最近的訪問項(xiàng)很可能在不久的將來再次被訪問。 空間局部性： 一個(gè)進(jìn)程所訪問的各項(xiàng)其地址彼此很近。 順序局部性：在典型程序中，除轉(zhuǎn)移指令產(chǎn)生不按次序的轉(zhuǎn)移外，指令都是順序進(jìn)行的。5層次存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的是使有效存取時(shí)間接近于最內(nèi)層存儲器的存取時(shí)間，使總體的平均每字成本接近于最外層存儲器的每字成本，容量接近于最大存儲器的容量。 本章主要論述兩個(gè)二級層次存儲系統(tǒng)cache和虛擬存儲器。要解決的問題主要有： (1)塊頁的定位問題 (2)替換問題 (3)一致性問題(寫無效和寫更新) 6虛擬存儲器由主存儲器和聯(lián)機(jī)工作的外部存儲器共同組成。虛擬存儲器有段式、頁式、段頁式等地址映像與變換方法。加快內(nèi)部地址變換的技術(shù)主要有目錄表、快慢表、散列函數(shù)等。頁面替換算法主要有RAND、FIFO、LRU、LFU和OPT等算法。 7Cache的地址映像與變換方法有全相聯(lián)、直接相聯(lián)、組相聯(lián)和段相聯(lián)幾種。Cache的替換算法有輪轉(zhuǎn)法、FIFO、LRU、LFU、比較對法和堆棧法。Cache的實(shí)現(xiàn)全部是由硬件完成的。 8影響主存命中率的主要因素有 (1)程序在執(zhí)行過程中的頁地址流分布情況 (2)所采用的頁面替換算法 (3)頁面大小 (4)主存儲器的容量 (5)所采用的頁面調(diào)度方法 9Cache的命中率主要與如下幾個(gè)因素有關(guān) (1)程序在執(zhí)行過程中的地址流分布情況 (2)當(dāng)發(fā)生Cache塊失效時(shí)，所采用的替換算法 (3)Cache的容量 (4)在組相聯(lián)映象方式中，塊的大小和分組的數(shù)目 (5)所采用的Cache預(yù)取算法等。 10解決Cache與主存的不一致性問題，首先要選擇合適的Cache更新算法。一般有兩種Cache更新算法，寫直達(dá)法和寫回法。第四章輸入輸出系統(tǒng) 一、基本概念 1輸入輸出系統(tǒng) (1)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常把處理機(jī)和主存儲器之外的部分稱為輸入輸出系統(tǒng)，它包括輸入輸出設(shè)備、輸入輸出接口和輸入輸出軟件等 (2)輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)是異步性、實(shí)時(shí)性和設(shè)備無關(guān)性。 (3)基本的輸入輸出方式有三種：程序控制輸入輸出方式、直接存儲器訪問方式(DMA)和中斷輸入輸出方式。 (4)程序控制輸入輸出方式完全受CPU控制，數(shù)據(jù)的輸入輸出都要經(jīng)過CPU，用于連接低速外圍設(shè)備。 (5)直接存儲器訪問方式(DMA)主要用于連接高速外圍設(shè)備，它使得存儲器既可被CPU訪問，也可被外圍設(shè)備訪問。目前使用的DMA方式主要有三種：周期竊取方式、直接存取方式和數(shù)據(jù)塊傳送方式。 (6)中斷輸入輸出方式使得CPU與外圍設(shè)備可以并行工作，并可以處理例外事件。中斷方式常用于連接低速外圍設(shè)備。 2通道處理機(jī)(1)在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為把對外圍設(shè)備的管理工作從CPU中分離出來，普遍采用通道處理機(jī)技術(shù)。采用通道方式組織的輸入輸出系統(tǒng)，多采用主機(jī)一通道一設(shè)備控制器IO設(shè)備四級連接方式。通道通過執(zhí)行通道程序?qū)崿F(xiàn)對IO系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制。在CPU啟動(dòng)通道后，通道自動(dòng)地去內(nèi)存取出通道指令并執(zhí)行指令。直到數(shù)據(jù)交換過程結(jié)束向CPU發(fā)出中斷請求，CPU才進(jìn)行通道結(jié)束處理工作。(2)通道可分為三類：字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。字節(jié)多路通道常用于連接低速或中速的設(shè)備，選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道用于連接高速設(shè)備。 (3)對于以上的三種通道，當(dāng)每個(gè)通道上連接有P臺外圍設(shè)備，每臺設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)時(shí)，總共所需的時(shí)間分別為：其中Ts指設(shè)備選擇時(shí)間，TD指傳送一個(gè)字節(jié)所需的時(shí)間。 (4)通道的流量是指一個(gè)通道在數(shù)據(jù)傳送期間內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)能夠傳送的最大數(shù)據(jù)量。一個(gè)通道在滿負(fù)荷工作下的流量稱為通道最大流量。三種通道的最大流量計(jì)算公式如下： (5)字節(jié)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率之和。而選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸率的最大值。 3輸入輸出處理機(jī) 。在大型、巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常采用輸入輸出處理機(jī)來分擔(dān)中央處理機(jī)的輸入輸出任務(wù)。輸入輸出處理機(jī)是一臺獨(dú)立的處理機(jī)，具有一定的運(yùn)算功能。它具有自己的存儲器，不必通過主存儲器就能完成與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，大大提高