计算机标准体系结构知识点汇总.doc
《计算机标准体系结构知识点汇总.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机标准体系结构知识点汇总.doc(24页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第一章计算机体系构造基本概念1. 计算机系统构造典型定义程序员所看到计算机属性,即概念性构造与功能特性。(计算机构成:指计算机系统构造逻辑实现。计算机实现:计算机构成物理实现)2. 计算机系统多级层次构造:1. 虚拟机:应用语言机器-高档语言机器-汇编语言机器-操作系统机器2. 物理机:老式机器语言机器-微程序机器3. 透明性:在计算机技术中,把这种本来存在事物或属性,但从某种角度看又好像不存在概念称为透明性。4. 编译:先用转换程序把高一级机器上程序转换为低一级机器上等效程序5. 解释:对于高一级机器上程序中每一条语句或指令,都转去执行低一级机器上一段等效程序。6. 常用计算机系统构造分类法
2、有两种:Flynn分类法、冯氏分类法(按系统并行度 )进行分类。Flynn分类法把计算机系统构造分为4类:单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)IS指令流,DS数据流,CS(控制流),CU(控制部件),PU(解决部件),MM,SM(表达存储器)7. 计算机设计定量原理:1. 大概率事件优先原理(分派更多资源,达到更高性能)2. Amdahl定理:加速比:(Fe为可改进比例(可改进某些执行时间/总执行时间),Se为部件加速比(改进前/改进后)3. 程序局部性原理:时间局部性:程序即将使用信息很也许是当前使用信息。空间局部性
3、:即将用到信息也许与当前用到信息在空间上相邻或相近。4. CPU性能公式:1. 时钟周期时间2. CPI:CPI = 执行程序所需时钟周期数IC3. IC(程序所执行指令条数)8. 并行性:计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行各种运算或操作。同步性:两个或两个以上事件在同一时刻发生。并发性:两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。 从解决数据角度来看,并行性级别从低到高可分为:1.字串位串:每次只对一种字一位进行解决。 最基本串行解决方式,不存在并行性。2字串位并:同步对一种字所有位进行解决,不同字之间是串行。 开始浮现并行性。3.字并位串:同步对许多字同一位(称为位片)进行解决。 具备
4、较高并行性。4.全并行:同步对许多字所有位或某些位进行解决。 最高一级并行。从执行程序角度来看,并行性级别从低到高可分为:1.指令内部并行:单条指令中各微操作之间并行。2.指令级并行:并行执行两条或两条以上指令。3.线程级并行:并行执行两个或两个以上线程。 普通是以一种进程内派生各种线程为调度单位。4.任务级或过程级并行:并行执行两个或两个以上过程或任务(程序段) 以子程序或进程为调度单元。5.作业或程序级并行:并行执行两个或两个以上作业或程序。 提高并行性技术途径:1.时间重叠 引入时间因素,让各种解决过程在时间上互相错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备各个某些,以加快硬件周转而赢得速度。2.
5、资源重复 引入空间因素,以数量取胜。通过重复设立硬件资源,大幅度地提高计算机系统性能。3.资源共享 这是一种软件办法,它使各种任务按一定期间顺序轮流使用同一套硬件设备。3.系列机由同一厂家生产具备相似系统构造、但具备不同构成和实现一系列不同型号计算机。7. 存储程序原理基本点:指令驱动8. 冯诺依曼构造重要特点1.以运算器为中心。2.在存储器中,指令和数据同等对待。 指令和数据同样可以进行运算,即由指令构成程序是可以修改。3.存储器是按地址访问、按顺序线性编址一维构造,每个单元位数是固定。4.指令执行是顺序5.指令由操作码和地址码构成。6.指令和数据均以二进制编码表达,采用二进制运算。9.软件
6、可移植性一种软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上对的地运营。差别只是执行时间不同。咱们称这两台计算机是软件兼容。实现可移植性惯用办法:采用系列机、模仿与仿真、统一高档语言 。软件兼容:向上(下)兼容:按某档机器编制程序,不加修改就能运营于比它高(低)档机器。向前(后)兼容:按某个时期投入市场某种型号机器编制程序,不加修改地就能运营于在它之前(后)投入市场机器。向后兼容是系列机主线特性。兼容机:由不同公司厂家生产具备相似系统构造计算机 。第二章 计算机指令集构造1. CPU中用来存储操作数存储单元重要类型:堆栈、累加器、通用寄存器组2. 通用寄存器型指令集构造进
7、一步细分为3种类型寄存器-寄存器型(RR型)寄存器-存储器型(RM型)存储器-存储器型(MM型)3.指令集构造设计重要考虑3个因素:速度、成本、灵活性对指令集基本规定:完整性、规整性、高效率、兼容性 4.设计RISC机器遵循原则 1.指令条数少而简朴。只选用使用频度很高指令,在此基本上补充某些最有用指令。2.采用简朴而又统一指令格式,并减少寻址方式;指令字长都为32位或64位。3.指令执行在单个机器周期内完毕。(采用流水线机制)4.只有load和store指令才干访问存储器,其她指令操作都是在寄存器之间进行。 (即采用load-store构造)5.大多数指令都采用硬连逻辑来实现。6.强调优化编
8、译器作用,为高档语言程序生成优化代码。7.充分运用流水技术来提高性能。5.指令由两某些构成:操作码、地址码指令集3种编码格式:变长编码格式、定长编码格式、混合型编码格式第三章 流水线技术1. 流水线技术:把一种重复过程分解为若干个子过程,每个子过程由专门功能部件来实现。把各种解决过程在时间上错开,依次通过各功能段,这样,每个子过程就可以与其她子过程并行进行。(流水线中每个子过程及其功能部件称为流水线级或段,段与段互相连接形成流水线。流水线段数称为流水线深度。)2. CPU流水线:1. IF(取指令):依照PC值从指令内存中读取一条指令,并且设立下一周期PC值。2. ID(解码):依照操作码从指
9、令中提取操作数。3. EX(执行):执行指令4. MEM(内存操作)5. WB(回写):修改寄存器3. 通过时间:第一种任务从进入流水线到流出成果所需时间。排空时间:最后一种任务从进入流水线到流出成果所需时间。4. 流水线分类:1.单功能流水线与多功能流水线单功能流水线:只能完毕一种固定功能流水线。多功能流水线:流水线各段可以进行不同连接,以实现不同功能。2.静态流水线与动态流水线静态流水线:在同一时间内,多功能流水线中各段只能按同一种功能连接方式工作。动态流水线:在同一时间内,多功能流水线中各段可以按照不同方式连接,同步执行各种功能。3.线性流水线与非线性流水线线性流水线:流水线各段串行连接
10、,没有反馈回路。数据通过流水线中各段时,每一种段最多只流过一次。非线性流水线:流水线中除了有串行连接外,尚有反馈回路。5. 表达办法:1. 连接图:Figure 1 多功能流水线,可执行乘与加2. 时空图:Figure 2 静态:加法完毕后再进行乘法。动态:不规定加法完毕6. 性能指标:1. 吞吐率:在单位时间内流水线所完毕任务数量或输出成果数量。2. 加速比:完毕同样一批任务,不使用流水线所用时间与使用流水线所用时间之比。3. 效率:流水线中设备实际使用时间与整个运营时间比值,即流水线设备运用率。 n个任务实际占用时空区/k个段总时空区4. 当流水线各段时间相等时,流水线效率与吞吐率成正比。
11、 Tk=(k+n-1) t E=TPt 5. 流水线效率是流水线实际加速比S与它最大加速比k比值。 从时空图上看,效率就是n个任务占用时空面积和k个段总时空面之比。7. 流水线有关:1. 数据有关:数据有关具备传递性,反映了数据流动关系如果两条指令使用相似名,但是它们之间并没有数据流动,则称这两条指令存在名有关。2. 名有关:反有关:如果指令j写名与指令i读名相似,则称指令i和j发生了反有关。 指令j写名指令i读名输出有关:如果指令j和指令i写相似名,则称指令i和j发生了输出有关。 指令j写名指令i写名3. 控制有关:控制有关是指由分支指令引起有关8. 流水线冲突:1. 构造冲突:因硬件资源满
12、足不了指令重叠执行规定而发生冲突。2. 数据冲突:当指令在流水线中重叠执行时,因需要用到前面指令执行成果而发生冲突。3. 控制冲突:流水线遇到分支指令和其她会变化PC值指令所引起冲突。9. 解决流水线冲突:1. 数据冲突有:写后读冲突(RAW) 在 i 写入之前,j 先去读。 j 读出内容是错误。相应于数据有关写后写冲突(WAW) 在 i 写入之前,j 先写。最后写入成果是 i 。错误!相应于输出有关读后写冲突(WAR) 在 i 读之前,j 先写。i 读出内容是错误!由反有关引起。定向技术:在某条指令产生计算成果之前,其她指令并不真正及时需要该计算成果,如果可以将该计算成果从其产生地方直接送到
13、其她指令需要它地方,那么就可以避免停顿。流水线互锁机制,插入“暂停”。 作用:检测发现数据冲突,并使流水线停顿,直至冲突消失。 依托编译器解决数据冲突 让编译器重新组织指令顺序来消除冲突,这种技术称为指令调度或流水线调度。2控制冲突有:解决分支指令最简朴办法:“冻结”或者“排空”流水线 。由分支指令引起延迟称为分支延迟。减少分支延迟办法:预测分支失败 容许分支指令后指令继续在流水线中流动,就好象什么都没发生似。若拟定分支失败,将分支指令看作是一条普通指令,流水线正常流动。若拟定分支成功,流水线就把在分支指令之后取出所有指令转化为空操作,并按分支目地重新取指令执行。要保证:分支成果出来之前不会变
14、化解决机状态,以便一旦猜错时,解决机可以回退到原先状态。预测分支成功 假设分支转移成功,并从分支目的地址处取指令执行。起作用前题:先懂得分支目的地址,后懂得分支与否成功。前述5段流水线中,这种办法没有任何好处。延迟分支重要思想: 从逻辑上“延长”分支指令执行时间。把延迟分支当作是由本来分支指令和若干个延迟槽构成,不论分支与否成功,都要按顺序执行延迟槽中指令。分支延迟指令调度任务:在延迟槽中放入有用指令。由编译器完毕。能否带来好处取决于编译器能否把有用指令调度到延迟槽中。三种调度办法: 从前调度、从目的处调度、从失败处调度 MIPS若检测到RAW冲突,流水线互锁机制必要在流水线中插入停顿,并使当
15、前正处在IF段和ID段指令不再迈进。分支指令条件测试和分支目的地址计算在EX段完毕,对PC修改在MEM段完毕。一条指令执行过程分为如下5个周期:1.取指令周期(IF)IR MemPC 。PC值加4。(假设每条指令占4个字节)2.指令译码/读寄存器周期(ID)译码。用IR中寄存器编号去访问通用寄存器组,读出所需操作数。3.执行/有效地址计算周期(EX)不同指令所进行操作不同:存储器访问指令:ALU把所指定寄存器内容与偏移量相加,形成用于访存有效地址。寄存器寄存器ALU指令:ALU按照操作码指定操作对从通用寄存器组中读取数据进行运算。寄存器及时数ALU指令:ALU按照操作码指定操作对从通用寄存器组
16、中读取第一操作数和及时数进行运算。分支指令:ALU把偏移量与PC值相加,形成转移目的地址。同步,对在前一种周期读出操作数进行判断,拟定分支与否成功。4存储器访问分支完毕周期(MEM)该周期解决指令只有load、store和分支指令。其她类型指令在此周期不做任何操作。load和store指令load指令:用上一种周期计算出有效地址从存储器中读出相应数据。store指令:把指定数据写入这个有效地址所指出存储器单元。分支指令 分支“成功”,就把转移目的地址送入PC。 分支指令执行完毕。5.写回周期(WB) ALU运算指令和load指令在这个周期把成果数据写入通用寄存器组。 ALU运算指令:成果数据来
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机 标准 体系结构 知识点 汇总
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。