計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)資料匯總版

1、第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)1、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。2、透明性：對(duì)本來(lái)是存在的事物或?qū)傩裕珡哪撤N角度看又好像不存在的概念稱為透明性。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，低層機(jī)器的屬性對(duì)高層機(jī)器的程序員往往是透明的，如傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序員來(lái)說(shuō)是透明的。3、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)之間的關(guān)系：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件的界面，即機(jī)器語(yǔ)言程序員所看到的傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)所具有的屬性。計(jì)算機(jī)組成：指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包含物理機(jī)器級(jí)中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。它著眼于物理機(jī)器級(jí)內(nèi)

2、各事件的排序方式與控制方式、各部件的功能以及各部件之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)：指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。它著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)，其中器件技術(shù)在實(shí)現(xiàn)技術(shù)中起主導(dǎo)作用。4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類：1）Flynn（單/多指令流單/多數(shù)據(jù)流四種）2）馮氏分類法：最大并行速度。5、程序的局部性：時(shí)間局部性（程序即將用到的信息很可能就是目前正在使用的信息）空間局部性（程序即將用到的信息很可能與目前正在使用的信息在空間上相鄰或者鄰近）。6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理：由上往下設(shè)計(jì)、由下往上設(shè)計(jì)、

3、從中間開始設(shè)計(jì)。從中間設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：“中間”指層次結(jié)構(gòu)中的軟硬件的交界面，目前一般是在傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)與操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)之間。好處：采用這種方法時(shí)，首先要進(jìn)行軟硬件功能分配，確定好這個(gè)界面。然后從這個(gè)界面開始，軟件設(shè)計(jì)者往上設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)、匯編、編譯系統(tǒng)等，硬件設(shè)計(jì)者往下設(shè)計(jì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)、微程序機(jī)器級(jí)等。軟件和硬件并行設(shè)計(jì)可以縮短設(shè)計(jì)周期，設(shè)計(jì)過(guò)程中可以交流協(xié)調(diào)，是一種交互式的、很好的設(shè)計(jì)方法。7、存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)（馮·諾依曼結(jié)構(gòu)）：采用存儲(chǔ)程序原理，將程序和數(shù)據(jù)存放在同一存儲(chǔ)器中。指令在存儲(chǔ)器中按其執(zhí)行順序存儲(chǔ)，由指令計(jì)數(shù)器指明每條指令所在的單元地址。存儲(chǔ)程序原理的基本點(diǎn)是指令驅(qū)動(dòng)。主要特

4、點(diǎn)：·計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為中心。輸入/輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過(guò)運(yùn)算器；存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備的操作以及它們之間的聯(lián)系都由控制器集中控制。·在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)同等對(duì)待。指令和數(shù)據(jù)一樣可以進(jìn)行運(yùn)算，即由指令組成餓程序是可以修改的。·存儲(chǔ)器是按地址訪問(wèn)、按順序線性編址的一維結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元的位數(shù)是固定的。·指令的執(zhí)行是順序的，即一般是按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行。程序的分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。由程序計(jì)數(shù)器PC指明當(dāng)前正在執(zhí)行的指令在存儲(chǔ)器中的地址。·指令由操作碼和地址碼組成。操作碼指明本指令的操作類型，地址碼指明操作數(shù)地址和存放運(yùn)算結(jié)果的地

5、址。操作數(shù)的類型由操作碼決定，操作數(shù)本身不能判定是何種數(shù)據(jù)類型。·指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示，采用二進(jìn)制運(yùn)算。8、計(jì)算機(jī)五大部件：控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備。9、一條指令由那兩部分組成：操作碼、地址碼。10、軟件兼容：同一個(gè)軟件可以不加修改第運(yùn)行于體系結(jié)構(gòu)相同的各檔及其，而且它們所獲得的結(jié)果一樣，差別只在于運(yùn)行時(shí)間不同。11、系列機(jī)的軟件兼容方式：軟件兼容有（向上兼容）和（向下兼容）之分，又有（向前兼容）和（向后兼容）之分。系列機(jī)軟件必須保證（向后兼容），力爭(zhēng)（向上兼容）。兼容機(jī)：不同制造商生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。系列機(jī)：在一個(gè)廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的體系結(jié)構(gòu)，但具

6、有不同組織和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器。12、并行性的概念：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻或者同一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行多種運(yùn)算或操作。只要在時(shí)間上相互重疊，就存在并行性。他是同時(shí)性和并發(fā)性兩種含義。同時(shí)性：兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)性：兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。從處理數(shù)據(jù)的角度并行性從低到高分為：a、字串位串：每次只對(duì)一個(gè)字的一位進(jìn)行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在并行性 b、字串位并：同時(shí)對(duì)一個(gè)字的全部位進(jìn)行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)并行性。 c、字并位串：同時(shí)對(duì)許多字的同一位進(jìn)行處理，這種方式具有較高的并行性。 d、全并行：同時(shí)對(duì)許多字的全部位或部分位進(jìn)行處

7、理，這是最高一級(jí)的并行。從執(zhí)行角度來(lái)看，并行性從低到高依次分為：a、指令內(nèi)部并行：?jiǎn)螚l指令中各微操作之間的并行。b、指令級(jí)并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。c、線程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位。d、任務(wù)級(jí)或過(guò)程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的過(guò)程或任務(wù)，以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元。e、作業(yè)或程序級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的作業(yè)或程序。13、提高并行性的技術(shù)途徑：（1）時(shí)間重疊：多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。（2）資源重復(fù)：通過(guò)重復(fù)設(shè)置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計(jì)算機(jī)系

8、統(tǒng)的性能。（3）資源共享：是一種軟件方法，它使多個(gè)任務(wù)按一定時(shí)間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。14、多機(jī)系統(tǒng)的耦合度分類：（1）最低耦合：除通過(guò)某種中間存儲(chǔ)介質(zhì)之外，各計(jì)算機(jī)之間沒有物理連接，也無(wú)共享的聯(lián)機(jī)硬件資源。（2）松散耦合：通過(guò)通道或通信線路實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間互連，共享某些外圍設(shè)備，機(jī)間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級(jí)進(jìn)行。（3）緊密耦合：機(jī)間物理連接的頻帶較高，往往通過(guò)總線或高速開關(guān)實(shí)現(xiàn)互連，可以共享主存。第二章 指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、計(jì)算題：Amdahl定律：加快某部件執(zhí)行速度所能獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時(shí)間的百分比（P7頁(yè)）。向上（下）兼容：按某檔機(jī)器編制的程

9、序，不加修改就能運(yùn)行于比它高（低）檔的機(jī)器。向前（后）兼容：按某個(gè)時(shí)期投入市場(chǎng)的某種型號(hào)機(jī)器編制的程序，不加修改地就能運(yùn)行于在它之前（后）投入市場(chǎng)的機(jī)器。向后兼容是系列機(jī)的根本特征。兼容機(jī)：由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī) 。2、計(jì)算題：哈夫曼樹哈弗曼編碼方法的計(jì)算（1）碼長(zhǎng)表示法（2）碼點(diǎn)表示法1）碼長(zhǎng)表示法：246(有三種長(zhǎng)度，兩位的、四位的、六位的)2）碼點(diǎn)表示法：3/6/4（最短的有三條，最長(zhǎng)的有四條，中間長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)為6條）3）24最多碼點(diǎn)數(shù)：13解釋：2可以有00、01、10、11四種，但是必須是2-4擴(kuò)展至少有一個(gè)為兩位，其他的可以在前面擴(kuò)展兩位，每個(gè)可以對(duì)應(yīng)四種例如對(duì)于

10、01可以變成：0001、0101、1001、1101，所以總共加起來(lái)最多只能是3*4+1=13種4）以下四種編碼中：不是2-4擴(kuò)展的是（D）A:1/2 B:2/8 C:3/4 D:4/8大題：有一臺(tái)模型機(jī)，有以下七種不同的指令，使用頻率表示如下：T1: 20%T2: 12% T3:11%T4: 15%T5: 8% T6:3%T7: 2%T8:18%T9: 10%T10: 1% （1） 上圖為哈夫曼編碼圖：平均長(zhǎng)度為2*20%+3*（10%+11%+12%+15%+18%）+4*8%+5*3%+6*(1%+2%)=3.03可以表示成：00、010、011、100、101、110、1110、111

11、10、111110、111111（2）若用定長(zhǎng)操作碼表示至少需要多少位？答：至少需要4位（3）用擴(kuò)展操作碼（只有兩位）可以有多種方式表示，要求平均長(zhǎng)度不能大于3.2，給出最合理的編碼方式，并求出平均編碼長(zhǎng)度？采用擴(kuò)展操作碼可以用24擴(kuò)展操作碼的碼點(diǎn)1/9表示：求得平均長(zhǎng)度為：1*（20%）+4（80%）=3.4>3.2不符合34的6/4編碼方式：平均長(zhǎng)度為3*（10+11+12+15+18+20）%+4*(1+2+3+8)% =3.14<3.2符合條件45編碼6/4方式：4*（10+11+12+15+18+20）%+5*(1+2+3+8)%>3.225編碼中的3/7方式：2*

12、（15+18+20）%+5*（1+2+3+8+10+11+12）%=3.41>3.2不符合3、數(shù)據(jù)表示：硬件能夠直接識(shí)別、指令集可以直接調(diào)用的數(shù)據(jù)類型。第三章 流水線技術(shù)1、流水線技術(shù)是指：將一個(gè)重復(fù)的時(shí)序過(guò)程分解成為若干個(gè)子過(guò)程，而每個(gè)子過(guò)程都可有效地在其專用功能段上與其他子過(guò)程同時(shí)執(zhí)行。2、從不同的角度和觀點(diǎn)，把流水線分成多種不同的種類。（1）按照流水線所完成的功能來(lái)分類單功能流水線：只能完成一種固定功能的流水線。多功能流水線:流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接，從而使流水線在不同的時(shí)間，或者在同一時(shí)間完成不同的功能。（2）按照同一時(shí)間內(nèi)各段之間的連接方式對(duì)多功能流水線做進(jìn)一步的分類靜態(tài)

13、流水線：在同一時(shí)間內(nèi)，流水線的各段只能按同一種功能的連接方式工作。動(dòng)態(tài)流水線：在同一時(shí)間內(nèi)，當(dāng)某些段正在實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)算時(shí)，另一些段卻在實(shí)現(xiàn)另一種運(yùn)算。（3）按照流水的級(jí)別來(lái)進(jìn)行分類部件級(jí)流水線（運(yùn)算操作流水線）：把處理機(jī)的算術(shù)邏輯部件分段，以便為各種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行流水操作。處理機(jī)級(jí)流水線（指令流水線）：把解釋指令的過(guò)程按照流水方式處理。處理機(jī)間流水線（宏流水線）：由兩個(gè)以上的處理機(jī)串行地對(duì)同一數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，每個(gè)處理機(jī)完成一項(xiàng)任務(wù)。（4）按照流水線中是否有反饋回路來(lái)進(jìn)行分類線性流水線：各段串行連接、沒有反饋回路的流水線。非線性流水線：各段除了有串行連接外，還有反饋回路的流水線。（5）根據(jù)任務(wù)流入和

14、流出的順序是否相同來(lái)進(jìn)行分類順序流水線：流水線輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入的順序完全相同。每一個(gè)任務(wù)在流水線的各段中是一個(gè)跟著一個(gè)順序流動(dòng)的。亂序流水線：流水線輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入的順序可以不同，允許后進(jìn)入流水線的任務(wù)先完成（從輸出端流出）。又稱為無(wú)序流水線、錯(cuò)序流水線、異步流水線。3、流水線指標(biāo)：吞吐率、加速比、效率A吞吐率是指單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)或輸出結(jié)果的數(shù)量。最大吞吐率是指流水線在連續(xù)流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后所得到的吞吐率。第一種情況：各段時(shí)間相等（設(shè)為t0） 假設(shè)流水線由 m 段組成，完成 n 個(gè)任務(wù)。完成 n 個(gè)任務(wù)所需的時(shí)間 第二種情況：各段時(shí)間不等B

15、加速比是指流水線的速度與等功能非流水線的速度之比。ST非流水T流水若流水線為 m 段，且各段時(shí)間相等，均為t0 ，則： T非流水n mt0 T流水mt0(n1)t0 (公式自己代入)C (1)若各段時(shí)間相等，則各段的效率ei相等，即e1e2 e3、emnt0T流水 整個(gè)流水線的效率為:E=nt0/T流水=n/（n+m-1）(2)從時(shí)空?qǐng)D上看，效率實(shí)際上就是 n 個(gè)任務(wù)所占的時(shí)空區(qū)與 m 個(gè)段總的時(shí)空區(qū)之比，即： n 個(gè)任務(wù)占用的時(shí)空區(qū)E m 個(gè)段總的時(shí)空區(qū)實(shí)例分析:性能分析（分析法, 時(shí)空?qǐng)D法）.例1. 四段流水線, t1=t3=t4=t, t2=3t,4個(gè)任務(wù)、10個(gè)任務(wù)時(shí)TP，、SP 。（

16、1）分析法: 各段時(shí)間不等(2) 時(shí)空?qǐng)D法:比較說(shuō)明:N>>M流水性能才發(fā)揮得更好4、非線性流水線調(diào)度：5、流水線中的相關(guān)是指相鄰或相近的兩條指令因存在某種關(guān)聯(lián)流水線相關(guān)有3種類型：a數(shù)據(jù)相關(guān)、b名相關(guān)，包括反相關(guān)和輸出相關(guān)（輸出相關(guān)用換名技術(shù)來(lái)消除）、c控制相關(guān)（結(jié)構(gòu)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)）流水線沖突有3種類型及對(duì)策：a結(jié)構(gòu)沖突：因硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求而發(fā)生的沖突。b數(shù)據(jù)沖突：當(dāng)指令在流水線中重疊執(zhí)行時(shí)，因需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果而發(fā)生的沖突。包括寫后讀沖突、寫后寫沖突和讀后寫沖突，對(duì)策有定向技術(shù)、停頓（氣泡法）和編譯器解決c控制沖突：流水線遇到分支指令和其他會(huì)

17、改變PC值的指令所引起的沖突。最簡(jiǎn)單方法凍結(jié)或排空。第四章 向量處理機(jī)1、向量處理機(jī)：為了充分發(fā)揮流水線的效率，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算，有的流水線處理機(jī)設(shè)置了向量數(shù)據(jù)表示和相應(yīng)的向量指令。這種處理機(jī)稱為向量處理機(jī)。向量處理機(jī)的四個(gè)性能指標(biāo)：a.向量指令的處理時(shí)間；b.最大性能和半性能向量長(zhǎng)度；c.向量長(zhǎng)度臨界值。第五章 指令級(jí)并行及其開發(fā)硬件開發(fā)1、指令調(diào)度：通過(guò)改變指令在程序中的位置，將相關(guān)指令之間的距離加大到不小于指令執(zhí)行延遲，將相關(guān)指令轉(zhuǎn)化為無(wú)關(guān)指令。指令調(diào)度是循環(huán)展開的技術(shù)基礎(chǔ)。靜態(tài)調(diào)度：它不是在程序執(zhí)行的過(guò)程中，而是在編譯期間進(jìn)行代碼調(diào)度和優(yōu)化的。動(dòng)態(tài)調(diào)度：是在程序的執(zhí)行過(guò)程中，依靠專門硬件

18、對(duì)代碼進(jìn)行調(diào)度。2、記分牌動(dòng)態(tài)調(diào)度方法：該機(jī)器用一個(gè)稱為記分牌的硬件實(shí)現(xiàn)了對(duì)指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度。3、多指令流出技術(shù)（CPI值小于，就必須采用多流出技術(shù)），處理器有3種基本結(jié)構(gòu)：超長(zhǎng)指令字：每個(gè)時(shí)鐘周期流出的指令數(shù)是固定的，它們構(gòu)成一條長(zhǎng)指令，或說(shuō)是一個(gè)混合指令包，這種處理器目前只能通過(guò)編譯靜態(tài)調(diào)度。超標(biāo)量：每個(gè)時(shí)鐘周期流出的指令數(shù)不定，它既可以通過(guò)編譯器靜態(tài)調(diào)度，也可以通過(guò)記分牌或 Tomasulo算法動(dòng)態(tài)調(diào)度。超流水：將每個(gè)功能部件進(jìn)一步流水化，特別是取 指令或指令流出被分解為多個(gè)段，使得一個(gè)功能部件在一拍中可以處理多條指令。流水線實(shí)現(xiàn)的五步：取指令、指令編譯或寄存器讀取、執(zhí)行或有效地址計(jì)算、存

19、儲(chǔ)器訪問(wèn)或分支完成、寫回4、多指令處理機(jī)有幾種（超流水線處理機(jī)）K段流水線基準(zhǔn)標(biāo)量處理機(jī)、m度超標(biāo)量處理機(jī)、n度超流水線處理機(jī)、(m,n)度超標(biāo)量超流水線處理機(jī)。指令多流出處理器受哪些因素的限制呢？ 主要受以下三個(gè)方面的影響：a程序所固有的指令級(jí)并行性。b硬件實(shí)現(xiàn)上的困難。c超標(biāo)量和超長(zhǎng)指令字處理器固有的技術(shù)限制。第六章 指令級(jí)并行及其開發(fā)軟件開發(fā)1、循環(huán)展開和指令調(diào)度要注意哪些問(wèn)題？1 保證正確性：在循環(huán)展開和調(diào)度過(guò)程中尤其要注意兩個(gè)地方的正確性：循環(huán)控制，操作數(shù)偏移量的修改；2 注意有效性：只有能夠找到不同循環(huán)體之間的無(wú)關(guān)性，才能有效地使用循環(huán)展開；3 使用不同的寄存器，否則可能導(dǎo)致新的沖

20、突；4 刪除多余的測(cè)試指令和分支指令，并對(duì)循環(huán)結(jié)束代碼和新的循環(huán)體代碼進(jìn)行相應(yīng)的修正； 5 注意對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析；6 注意新的相關(guān)性。由于原循環(huán)不同次的迭代在展開后都到了同一次循環(huán)體中，因此可能帶來(lái)新的相關(guān)性。第七章 存儲(chǔ)系統(tǒng)1、程序的局部性原理：程序在執(zhí)行時(shí)所訪問(wèn)的地址不是隨機(jī)的，而是相對(duì)簇聚；這種簇聚包括指令和數(shù)據(jù)兩部分。包含時(shí)間局部性（程序馬上將要用到的信息很可能就是現(xiàn)在正在使用的信息）和空間局部性（程序馬上將要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在存儲(chǔ)空間上是相鄰的）。2、計(jì)算機(jī)三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)：高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器。3、三種映像規(guī)則：全相聯(lián)映像、直接相聯(lián)映像、組相

21、聯(lián)映像。全相聯(lián)：是指主存中的任一塊可以被放置到Cache中的任意一個(gè)位置。直接映像：是指主存中的每一塊只能放置到Cache中唯一的一個(gè)位置。組相聯(lián)映像：Cache被等分為若干組，每組有若干個(gè)塊構(gòu)成。主存中的每一塊可以被放置到Cache中唯一的一個(gè)組中的任何一個(gè)位置。4、三種類型的不命中：強(qiáng)制性不命中、容量不命中、沖突不命中。命中率與Cache和相聯(lián)度關(guān)系：（1）相聯(lián)度越高，沖突不命中就越少。（2）強(qiáng)制性不命中和容量不命中不受相聯(lián)度影響。（3）強(qiáng)制性不命中不受Cache容量的影響，但容量不命中卻隨著容量的增加而減少。犧牲Cache：在Cache和其下一級(jí)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)通路上增設(shè)一個(gè)全相聯(lián)的小Cac

22、he，稱為犧牲Cache。犧牲Cache中存放因沖突而被替換出去的那些塊。每當(dāng)失效發(fā)生時(shí)，在訪問(wèn)下一級(jí)存儲(chǔ)器之前，先檢查Victim Cache中是否含有所需塊。5、Cache優(yōu)化技術(shù)三種優(yōu)化措施考一種：優(yōu)化技術(shù)不命中率不命中開銷命中時(shí)間硬件復(fù)雜度說(shuō)明增加塊大小+0實(shí)現(xiàn)容易；Pentium 4的第二級(jí)Cache采用了128B的塊增加Cache容量+1被廣泛采用，特別是第二級(jí)Cache提高相聯(lián)度+1被廣泛采用“犧牲”Cache+2AMD Athlon采用了8個(gè)項(xiàng)的“犧牲”Cache偽相聯(lián)Cache+2MIPS R10000的第二級(jí)Cache采用硬件預(yù)取指令和數(shù)據(jù)+23許多機(jī)器預(yù)取指令，Ultra

23、SPARC 預(yù)取數(shù)據(jù)編譯器控制的預(yù)取+3需同時(shí)采用非阻塞Cache；有幾種微處理器提供了對(duì)這種預(yù)取的支持用編譯技術(shù)減少Cache不命中次數(shù)+0向軟件提出了新要求；有些機(jī)器提供了編譯器選項(xiàng)使讀不命中優(yōu)于寫+1在單處理機(jī)上實(shí)現(xiàn)容易，被廣泛采用寫緩沖合并+1與寫直達(dá)合用，廣泛應(yīng)用，例如21164，UltraSPARC 盡早重啟動(dòng)和關(guān)鍵字優(yōu)先+2被廣泛采用非阻塞Cache+3所有亂序執(zhí)行的CPU中都采用兩級(jí)Cache+2硬件代價(jià)大；兩級(jí)Cache的塊大小不同時(shí)實(shí)現(xiàn)困難；被廣泛采用小而簡(jiǎn)單的Cache+0實(shí)現(xiàn)容易，被廣泛采用對(duì)Cache進(jìn)行索引時(shí)不必進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換+2對(duì)于小容量Cache來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)容易，已被

24、Alpa21164和UltraSPARC 采用流水化Cache訪問(wèn)+1被廣泛采用Trace Cache+3Pentium 4 采用第八章 輸入輸出系統(tǒng)1、I/O系統(tǒng)的可靠性、可用性和可信性a.系統(tǒng)從初始狀態(tài)開始一直提供服務(wù)的能力，用平均無(wú)故障時(shí)間衡量b.系統(tǒng)正常工作時(shí)間在連續(xù)兩次正常服務(wù)間隔時(shí)間中所占的比例，用平均失效間隔時(shí)間衡量c.多大程度上可以合理地認(rèn)為服務(wù)是可靠的，不可度量。2、同步方式、異步方式的優(yōu)缺點(diǎn)同步總線的控制線中包含一個(gè)時(shí)鐘，總線上所有設(shè)備的所有通訊操作都以該時(shí)鐘為基準(zhǔn)。這種總線不僅速度快，而且成本低。但同步總線有兩個(gè)缺點(diǎn)：由于時(shí)鐘過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后會(huì)扭曲，因而同步總線不能用于長(zhǎng)距

25、離的連接。特別是對(duì)于高速同步總線來(lái)說(shuō)，更是如此。總線上的所有設(shè)備都必須以同樣的時(shí)鐘頻率工作。雖然有的同步總線上可以連接不同速度的設(shè)備，但其工作頻率必須以最慢的設(shè)備為基準(zhǔn)。CPU-儲(chǔ)存器總線通常是采用同步總線。異步總線上沒有統(tǒng)一的參考時(shí)鐘，每個(gè)設(shè)備都有各自的定時(shí)方法?？偩€上的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備采用握手協(xié)議。異步總線能夠比較容易地連接各種不同的設(shè)備，而且由于不是用統(tǒng)一的時(shí)鐘來(lái)定時(shí)，因而也就不存在時(shí)鐘扭曲和同步的問(wèn)題，所以其傳輸距離可以比較長(zhǎng)。很多I/O總線都采用異步總線。同步總線通常比異步總線快，因?yàn)樗苊饬藗鬏敃r(shí)握手協(xié)議的額外開銷。選擇同步總線還是異步總線，不僅要考慮數(shù)據(jù)寬帶，而且要考慮傳輸距離

26、以及可以連接的設(shè)備數(shù)量。一般來(lái)說(shuō)，如果設(shè)備的類型較少且距離較近，則宜采用同步總線；否則，就宜采用異步總線。3、三種通道類型，三種類型通道與CPU、設(shè)備控制器和外設(shè)的連接關(guān)系，三種類型的通道的流量（1）字節(jié)多路通道 a為多臺(tái)低速或中速的外設(shè)服務(wù)。b以字節(jié)交叉的方式分時(shí)輪流地為它們服務(wù)。c字節(jié)多路通道可以包含多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一臺(tái)設(shè)備控制器。 （2）選擇通道 a為多臺(tái)高速外圍設(shè)備服務(wù)。 b在一段時(shí)間內(nèi)只為一臺(tái)高速外設(shè)獨(dú)占使用。c選擇通道的硬件包括5個(gè)寄存器、格式變換部件及通道控制部件 （3）數(shù)組多路通道 a適用于高速設(shè)備。b每次選擇一個(gè)高速設(shè)備后傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，輪流為多臺(tái)外圍設(shè)備服務(wù)。c數(shù)

27、組多路通道之所以能夠并行地為多臺(tái)高速設(shè)備服務(wù)，是因?yàn)殡m然其所連設(shè)備的傳輸速率很高，但尋址等輔助操作時(shí)間很長(zhǎng)。通道流量：一個(gè)通道在數(shù)據(jù)傳送期間，單位時(shí)間內(nèi)能夠傳送的最大數(shù)據(jù)量，一般用字 節(jié)個(gè)數(shù)來(lái)表示。又稱為通道吞吐率，通道數(shù)據(jù)傳輸率等。 通道最大流量，一個(gè)通道在滿負(fù)荷工作狀態(tài)下的流量。 TS：設(shè)備選擇時(shí)間。 TD：傳送一個(gè)字節(jié)所用的時(shí)間。 p： 在一個(gè)通道上連接的設(shè)備臺(tái)數(shù)，且這些設(shè)備同時(shí)都在工作。 n: 每臺(tái)設(shè)備傳送的字節(jié)數(shù)，這里假設(shè)每臺(tái)設(shè)備傳送的字節(jié)數(shù)都相同。 k： 數(shù)組多路通道傳輸?shù)囊粋€(gè)數(shù)據(jù)塊中的包含的字節(jié)數(shù)。在一般情況下，k<n。對(duì)于磁盤、 磁帶等磁表面存儲(chǔ)器，通常k=512。 T： 通道完成全部數(shù)據(jù)傳送工作所需時(shí)間。字節(jié)多路通道：選擇通道： 數(shù)組多路通道：第九章 互連網(wǎng)絡(luò)1、互連網(wǎng)絡(luò)：一種由開關(guān)元件按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中結(jié)點(diǎn)之間的相互連接。這些結(jié)點(diǎn)可以是處理