第1章計算機系統結構基礎概念名詞解釋:計算機系統結構概念:Amdahl提出系統結構傳統機器語言級程序員所看到計算機屬性計算機系統結構,計算機組成,計算機實現三者關系計算機系統結構:計算機系統軟、硬件界面即機器語言程序員所看到傳統機器級所含有屬性計算機組成:計算機系統結構邏輯實現,包含物理機器級中數據流和控制流組成以及邏輯設計等。著眼于:物理機器級內各事件排序方法與控制方法、各部件功效以及各部件之間聯絡。計算機實現:計算機組成物理實現,包含處理機、主存等部件物理結構,器件集成度和速度,模塊、插件、底板劃分與連接,信號傳輸,電源、冷卻及整機裝配技術等。著眼于:器件技術（起主導作用）、微組裝技術。一個體系結構能夠有多個組成。一個組成能夠有多個物理實現。系列機:由同一廠家生產含有相同系統結構、但含有不一樣組成和實現一系列不一樣型號計算機。比如,IBM企業IBM370系列,Intel企業x86系列等。計算題:Amdahl定律:加緊某部件實施速度所能取得系統性能加速比,受限于該部件實施時間占系統中總實施時間百分比（P7頁）。向上（下）兼容:按某檔機器編制程序,不加修改就能運行于比它高（低）檔機器。向前（后）兼容:按某個時期投入市場某種型號機器編制程序,不加修改地就能運行于在它之前（后）投入市場機器。向后兼容是系列機根本特征。兼容機:由不一樣企業廠家生產含有相同系統結構計算機。并行性:計算機系統在同一時刻或者同一時間間隔內進行多個運算或操作。只要在時間上相互重合,就存在并行性。同時性:兩個或兩個以上事件在同一時刻發生。并發性:兩個或兩個以上事件在同一時間間隔內發從實施程序角度來看,并行性等級從低到高可分為:（1）指令內部并行:單條指令中各微操作之間并行。（2）指令級并行:并行實施兩條或兩條以上指令。（3）線程級并行:并行實施兩個或兩個以上線程。通常是以一個進程內派生多個線程為調度單位。（4）任務級或過程級并行:并行實施兩個或兩個以上過程或任務（程序段）以子程序或進程為調度單元。（5）作業或程序級并行:并行實施兩個或兩個以上作業或程序。填空題:提升并行性技術路徑:a時間重合b資源反復c資源共享緊密耦合和松散耦合（P23頁）了解第2章計算機指令集結構簡答題:增強CISC指令功效關鍵是從以下多個方面著手:面向目標程序增強指令功效a增強運算型指令功效;b增強數據傳送指令功效;c增強程序控制指令功效,豐富程序控制指令為編程提供了多個選擇。CISC指令集結構存在問題（1）多種指令使用頻度相差懸殊（2）指令集龐大,指令條數很多,很多指令功效又很復雜,使得控制器硬件非常復雜。造成問題:a占用了大量芯片面積（如占用CPU芯片總面積二分之一以上）,給VLSI設計造成很大困難;b增加了研制時間和成本,輕易造成設計錯誤。（3）很多指令因為操作繁雜,其CPI值比較大,實施速度慢。采取這些復雜指令有可能使整個程序實施時間反而增加。（4）因為指令功效復雜,規整性不好,不利于采取流水技術來提升性能。設計RISC機器遵照標準（1）指令條數少而簡單。只選擇使用頻度很高指令,在此基礎上補充部分最有用指令。（2）采取簡單而又統一指令格式,并降低尋址方法;指令字長都為32位或64位。（3）指令實施在單個機器周期內完成。(采取流水線機制)（4）只有load和store指令才能訪問存放器,其她指令操作都是在寄存器之間進行。（即采取load-store結構）（5）大多數指令都采取硬連邏輯來實現。（6）強調優化編譯器作用,為高級語言程序生成優化代碼。（7）充足利用流水技術來提升性能。名詞解釋:數據表示:是計算機硬件能夠直接識別、指令集能夠直接調用數據類型。全部數據類型中最常見、相對比較簡單、用硬件實現比較輕易多個MIPS寄存器（了解）P43頁MIPS數據尋址方法有那四種？寄存器尋址、立刻數尋址、偏移量尋址、寄存器間接尋址哈弗曼編碼方法計算（1）碼長表示法（2）碼點表示法第3章流水線技術名詞解釋:什么是流水線？把一個反復過程分解為若干個子過程,每個子過程由專門功效部件來實現。把多個處理過程在時間上錯開,依次經過各功效段,這么,每個子過程就能夠與其她子過程并行進行流水技術特點（1）流水線把一個處理過程分解為若干個子過程（段）,每個子過程由一個專門功效部件來實現。（2）流水線中各段時間應盡可能相等,不然將引發流水線堵塞、斷流。時間長段將成為流水線瓶頸。（3）流水線每一個功效部件后面都要有一個緩沖寄存器（鎖存器）,稱為流水寄存器。作用:在相鄰兩段之間傳送數據,以確保提供后面要用到數據,并把各段處理工作相互隔離。（4）流水技術適合于大量反復時序過程,只有在輸入端不停地提供任務,才能充足發揮流水線效率。（5）流水線需要有經過時間和排空時間。經過時間:第一個任務從進入流水線到流出結果所需時間。排空時間:最終一個任務從進入流水線到流出結果所需時間。填空題:從不一樣角度和見解,把流水線分成多個不一樣種類。（1）單功效流水線與多功效流水線（根據流水線所完成功效來分類）單功效流水線:只能完成一個固定功效流水線。多功效流水線:流水線各段能夠進行不一樣連接,以實現不一樣功效。（2）靜態流水線與動態流水線（根據同一時間內各段之間連接方法對多功效流水線做深入分類）（3）部件級、處理機級及處理機間流水線（根據流水等級來進行分類）a部件級流水線（運算操作流水線）;b處理機級流水線（指令流水線）;c處理機間流水線（宏流水線）;（4）線性流水線與非線性流水線（根據流水線中是否有反饋回路來進行分類）（5）次序流水線與亂序流水線（依據任務流入和流出次序是否相同來進行分類）流水線相關有3種類型:a數據相關（也稱真數據相關）、b名相關、c控制相關P71—72頁流水線沖突有3種類型:a結構沖突:因硬件資源滿足不了指令重合實施要求而發生沖突。b數據沖突:當指令在流水線中重合實施時,因需要用到前面指令實施結果而發生沖突。c控制沖突:流水線碰到分支指令和其她會改變PC值指令所引發沖突。計算題:流水線性能指標:吞吐率、加速比、效率P61—65頁第5章存放層次名詞解釋:什么叫字塊放置技術1、Cache－主存”與“主存－輔存”層次區分P157—158頁2、映象規則a全相聯映象特點:空間利用率最高,沖突概率最低,實現最復雜。b直接映象特點:空間利用率最低,沖突概率最高,實現最簡單。c組相聯映象P159—160頁3、關鍵替換算法有三種P163頁（了解）a法優點:實現簡單b優異先出法（FIFO）c最近最少使使用方法LRU選擇近期最少被訪問塊作為被替換塊。（實現比較困難）實際上:選擇最久沒有被訪問過塊作為被替換塊。優點:失效率低。LRU和法失效率比較4、降低三種失效方法a強制性失效:增加塊大小,預取（本身極少）b容量失效:增加容量（抖動現象）c沖突失效:提升相聯度（理想情況:全相聯）5、Cache優化技術總結P201頁優化技術失效率失效開銷命中時間硬件復雜度說明增加塊大小+-

0實現輕易;Pentium4第二級Cache采取了128B塊增加Cache容量+

被廣泛采取,尤其是第二級Cache提升相聯度+

-1被廣泛采取VictimCache+

2AMDAthlon采取了8個項VictimCache偽相聯Cache+

2MIPSR10000第二級Cache采取硬件預取指令和數據+

2～3很多機器預取指令,UltraSPARCⅢ預取數據優化技術失效率失效開銷命中時間硬件復雜度說明編譯器控制預取+

3需同時采取非阻塞Cache;有多個微處理器提供了對這種預取支持用編譯技術降低Cache失效次數+

0向軟件提出了新要求;有些機器提供了編譯器選項使讀失效優先于寫+-1在單處理機上實現輕易,被廣泛采取寫緩沖歸并

+

1與寫直達適用,廣泛應用,比如21164,UltraSPARCⅢ盡早重開啟和關鍵字優先

+

2被廣泛采取非阻塞Cache+

3在支持亂序實施CPU中使用優化技術失效率失效開銷命中時間硬件復雜度說明兩級Cache

+2硬件代價大;兩級Cache塊大小不一樣時實現困難;被廣泛采取容量小且結構簡單Cache-

+0實現輕易,被廣泛采