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一、基本概念—名詞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)組成,計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),透明性,局部性原理Amdahl定律,CPI,MIPS,MFLOPS,虛擬機(jī),宿主機(jī),仿真,模擬,馮·諾依曼結(jié)構(gòu)等等第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念二、基本原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)的三者關(guān)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理加速使用頻率高的部件,Amdahl定律計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)際程序、 基準(zhǔn)程序、簡(jiǎn)單基準(zhǔn)程序、 基準(zhǔn)程序)——基準(zhǔn)程序系列機(jī)與兼容機(jī)局部性原理MIPS定義,MFLOPS定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展并行性的概念及提高并行性的途徑:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義的區(qū)別:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序編寫(xiě)者所看到的外特性。所謂外特性,就是計(jì)算機(jī)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。(還有一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義,這是由于存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu),不同人看到不同的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu))系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)的三者關(guān)系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——存在某個(gè)部件組成——邏輯實(shí)現(xiàn),門(mén)一級(jí)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)——物理實(shí)現(xiàn),器件一級(jí)實(shí)現(xiàn)三、計(jì)算公式Amdahl定律CPU性能公式——CPI計(jì)算第二章計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)一、基本概念-名詞數(shù)據(jù)類型,數(shù)據(jù)表示,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),尋址方式,定位方式,動(dòng)態(tài)定位,靜態(tài)定位,Huffman編碼,RISC,CISC二、基本原理指令集結(jié)構(gòu)分類以操作數(shù)
分類:堆棧型、累加器型,通用寄存器型(注意:間接
的 器-
器結(jié)構(gòu))數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型以及相互之間關(guān)系操作數(shù)類型的表示(操作碼
;數(shù)據(jù)加標(biāo)識(shí)識(shí);描述符)尋址技術(shù)編址方式(零地址,一地址和二地址)尋址方式(各種尋址方式)裝入與定位方式(直接定位,靜態(tài)定位,動(dòng)態(tài)定位)4.
指令格式優(yōu)化Huffman編碼法Huffman
表,Huffman樹(shù)操作碼優(yōu)化,地址碼優(yōu)化,指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)整性、完整性、高效率和兼容性5.
指令結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)CISC機(jī):三個(gè)目標(biāo)優(yōu)化(也反映了編譯,操作系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系)面向目標(biāo)程序、面向高級(jí)語(yǔ)言、面向操作系統(tǒng)RISC機(jī):導(dǎo)致RISC機(jī)產(chǎn)生的緣由;(2-8定理;控制器復(fù)雜;不易糾錯(cuò)修改)設(shè)計(jì)RISC機(jī)遵循的基本原則;精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)—RISC定義選用使用頻率高的指令。指令格式固定,簡(jiǎn)化尋址方式,加快執(zhí)行速度。大多數(shù)指;令在單個(gè)機(jī)器周期期內(nèi)完成。只保留LOAD指令和STORE指令器指令。運(yùn)算類指令為寄存器型。5.邏輯采用硬布線邏輯,減少指令解釋的開(kāi)銷(xiāo)。6.
優(yōu)化支持編譯系統(tǒng)。RISC
的
:延時(shí)轉(zhuǎn)移技術(shù)(插空指令,調(diào)后指令)指令取消技術(shù)(對(duì)轉(zhuǎn)移指令,類似延遲槽)寄存器窗
術(shù)法(現(xiàn)場(chǎng))指令流調(diào)整(編譯亂序)硬件為主、固件為輔OP指令。三、計(jì)算與設(shè)計(jì)指令格式設(shè)計(jì)指令格式的優(yōu)化第三章流水線技術(shù)一、基本概念-名詞先行控制,流水線,單功能流水線,標(biāo)量流水線,重定向,分支預(yù)取,
通道,無(wú)調(diào)度方法,
向量,啟動(dòng)距離,性能分析,時(shí)空?qǐng)D,緩沖技術(shù),預(yù)處理等二、基本原理先行控制技術(shù)操作四個(gè)操作棧流水線工作原理流水線分類(五種分類)操作部件級(jí)、指令級(jí)與處理器級(jí)流水線單功能流水線與多功能流水線靜態(tài)流水線與動(dòng)態(tài)流水線標(biāo)量流水線與向量流水線
線性流水線與非線性流水線注意兩點(diǎn):部件級(jí),處理機(jī)級(jí)和處理機(jī)間級(jí)(高教版)順序流水,亂序流水;標(biāo)量流水,向量流水3.
時(shí)空?qǐng)D流水線瓶頸和解決方法線性流水線性能指標(biāo)線性流水線的吞吐率、加速比和效率非線性流水線調(diào)度技術(shù)啟動(dòng)距離,連接圖與預(yù)約表,啟動(dòng)距離,向量狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖最小平均啟動(dòng)距離等間隔啟動(dòng)距離流水線相關(guān)與相關(guān)性數(shù)據(jù)相關(guān);控制相關(guān);結(jié)構(gòu)相關(guān)全局相關(guān),局部相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān),名相關(guān)(反相關(guān),輸出相關(guān)),(結(jié)構(gòu)相關(guān),控制相關(guān),數(shù)據(jù)相關(guān))(結(jié)構(gòu)
,控制
,數(shù)據(jù)
)先寫(xiě)后讀DRW,先讀后寫(xiě)WAR,寫(xiě)—寫(xiě)相關(guān)WAW解決相關(guān)性的途徑等待插空調(diào)非相關(guān)指令通道8.預(yù)取轉(zhuǎn)移目標(biāo)加快和提前形成條件碼轉(zhuǎn)移延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)(延遲槽)流水線中的中斷處理不精確斷點(diǎn)、精確斷點(diǎn)向量處理機(jī)向量數(shù)據(jù)表示,向量指令向量處理方式三、設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)空?qǐng)D性能分析非線性流水線最小平均啟動(dòng)時(shí)間第四章指令級(jí)并行一、名詞量,超流水,動(dòng)態(tài)調(diào)度,靜態(tài)調(diào)度超長(zhǎng)指令字,保留站,Tomasulo算法ILP,BHT,BTB,ROB前瞻執(zhí)行(先執(zhí)行再確認(rèn))二、原理或概念開(kāi)發(fā)ILP的兩種方法硬件動(dòng)態(tài),
靜態(tài)流水線中調(diào)度策略集中式調(diào)度、分布式調(diào)度動(dòng)態(tài)調(diào)度——亂序Tomasulo算法分布式檢測(cè);重命名(換名)3、動(dòng)態(tài)分支針對(duì)控制相關(guān),由硬件處理,
分支歷史表BHT——?dú)v史狀態(tài),分支目標(biāo)緩沖器BTB——?dú)v史目標(biāo)地址多指令流出技術(shù)兩種形式:
量和超流水量和超流水的定義靜態(tài)調(diào)度——按序流出,流出口檢測(cè)相關(guān)沖突動(dòng)態(tài)調(diào)度——亂序流出,分布檢測(cè)輸入和輸出序列:順序輸入順序輸出順序輸入亂序輸出亂序輸入亂序輸出亂序輸入順序輸出5.量超流水線性能分析三種結(jié)構(gòu)量結(jié)構(gòu)超流水結(jié)構(gòu)量超流水結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)指令字6.
循環(huán)展開(kāi)和指令調(diào)度分析各種指令延遲,調(diào)后續(xù)無(wú)關(guān)指令插空展開(kāi)循環(huán)體重復(fù)設(shè)置再插空指令第五章
層次一、基本概念-名詞系統(tǒng),直接映象方式,組相連映象方式,全相連映象方式,LRU算法,一致性,并行器,外部地址變換,堆棧型替換算法,包容性,低位交叉
器,寫(xiě)回法,虛擬器二、基本原理1.層次系統(tǒng)原理系統(tǒng)的定義(層次)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的性能參數(shù)2.
并行與交叉
器高端交叉和
交叉3.
Cache
器追求目標(biāo)——速度四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:映象規(guī)則(直接映象、全相聯(lián)映象和分組映象)地址變換方法替換算法(隨機(jī)法、先進(jìn)先出、最久未使用)寫(xiě)操作(全寫(xiě)法、寫(xiě)回法)Cache性能分析時(shí)間、加速比、效三個(gè)參數(shù):
平均率(講了兩個(gè)平均
時(shí)間公式,以書(shū)為準(zhǔn))Cache數(shù)據(jù)一致性Cache數(shù)據(jù)一致性的緣由解決Cache數(shù)據(jù)一致性方法降低Cache失效率方法分析緣由:3種強(qiáng)制性——開(kāi)機(jī)容量——Cache太小——相聯(lián)性8種措施:改變數(shù)據(jù)塊大??;增加相聯(lián)度;增加Cache容量VictimCache;偽相聯(lián);硬件預(yù)?。痪幾g加預(yù)取編譯優(yōu)化減少失效開(kāi)銷(xiāo)讀失效優(yōu)先(加寫(xiě)緩沖器引起);寫(xiě)緩沖合并;請(qǐng)求字處理——塊讀到字立即送入CPU——先讀字,再傳送塊非阻塞Cache——亂序取數(shù)(一次
,多次
)多級(jí)Cache——問(wèn)題:全局失效,局部失效減少命中時(shí)間小Cache,簡(jiǎn)單caceh,做在CPU內(nèi)虛擬CacheCaceh
流水化TraecCache——存放CPU動(dòng)態(tài)執(zhí)行序列,如已經(jīng)將循環(huán)展開(kāi),該指令序列已經(jīng)無(wú)相關(guān)性4.
虛擬
器工作原理目標(biāo):追求容量段式、頁(yè)式、段頁(yè)式管理地址變換及加快地址變換方法快慢表,Hashing函數(shù)三、計(jì)算與設(shè)計(jì)cache
性能分析,平均
時(shí)間計(jì)算,CPU時(shí)間方式與地址變換設(shè)計(jì)和性能分析第六章輸入輸出系統(tǒng)一、基本概念-名詞查詢方式,程序中斷方式,DMA方式,中斷,關(guān)中斷,保護(hù)現(xiàn)場(chǎng),中斷嵌套,通道,中斷字,中斷優(yōu)先級(jí),中斷響應(yīng)時(shí)間,中斷向量二、基本原理I/O基本原理I/O系統(tǒng)組成:I/O設(shè)備+I/O接口+I/O驅(qū)動(dòng)程序I/O系統(tǒng)三大特點(diǎn):異步性+實(shí)時(shí)性+設(shè)備無(wú)關(guān)性I/O方式:查詢
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