計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)-完整講義課件

計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)完整講義計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)完整講義計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)完整講義第1章計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)1.1計算機(jī)系統(tǒng)的基本概念1.2計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)1.3計算機(jī)系統(tǒng)的性能評價1.4計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展2022/12/22本章學(xué)習(xí)要求了解計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)的定義及屬性，會透明性分析掌握計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計原理、性能計算掌握計算機(jī)系統(tǒng)的分類，特別是Flynn分類了解軟件對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響2022/12/231.1計算機(jī)系統(tǒng)的基本概念機(jī)器：能存儲和執(zhí)行相應(yīng)語言程序的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行體計算機(jī)語言：是用以描述控制流程的、有一定規(guī)則的字符集合語言不是專屬軟件范疇，可以介屬于計算機(jī)系統(tǒng)的各個層次，具有不同作用2022/12/24

從使用語言的角度上，將計算機(jī)系統(tǒng)看成按功能劃分的多級層次結(jié)構(gòu)機(jī)器、匯編、高級、應(yīng)用語言

低級高級后者比前者功能更強(qiáng)、使用更方便；而前者是后者發(fā)展的基礎(chǔ)，在單條指令的執(zhí)行速度相比較，前者更快。1.1.1計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)圖微程序/硬聯(lián)直接由硬件執(zhí)行解釋部分解釋（操作系統(tǒng)）翻譯（匯編程序）翻譯（編譯程序）翻譯（應(yīng)用程序包）應(yīng)用語言級L5虛擬機(jī)高級語言機(jī)器L4虛擬機(jī)匯編語言機(jī)器L3虛擬機(jī)應(yīng)用軟件固件系統(tǒng)軟件傳統(tǒng)機(jī)器級操作系統(tǒng)機(jī)器軟硬件交界面L2虛擬機(jī)物理機(jī)器硬件軟件2022/12/26多級層次結(jié)構(gòu)（機(jī)器—語言）M5:應(yīng)用語言機(jī)器------應(yīng)用語言（L5）M4:高級語言機(jī)器------高級語言（L4）M3:匯編語言機(jī)器------匯編語言（L3）M2:操作系統(tǒng)機(jī)器------作業(yè)控制語言（L2）M1:傳統(tǒng)機(jī)器------------機(jī)器語言（L1）M0:微程序機(jī)器---------微程序語言（L0）2022/12/27從設(shè)計人員看到的層次應(yīng)用程序級用戶高級語言級高級語言程序員匯編語言級匯編語言程序員操作系統(tǒng)級操作員機(jī)器語言級機(jī)器語言程序員微程序控制級邏輯程序員硬聯(lián)邏輯級硬件設(shè)計員2022/12/28翻譯(Translation)：先用轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏咭患墮C(jī)器級上的程序整個地變換成低一級機(jī)器級上可運(yùn)行的等效程序（中間程序），然后再在低一級機(jī)器級上去實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。例：英語翻譯計算機(jī)系統(tǒng)中的翻譯功能常由應(yīng)用程序包、編譯程序、匯編程序等軟件完成。解釋（Interpretation）：在低一級機(jī)器級上用它的一串語句或指令來仿真高一級機(jī)器上的一條語句或指令的功能，通過對高一級機(jī)器語言程序中的每條語句或指令逐條解釋來實(shí)現(xiàn)的技術(shù)解釋過程中不生成中間程序（節(jié)省了存儲空間）或者：一條N+1級指令--〉一串N級指令例：解釋一件事翻譯和解釋是語言實(shí)現(xiàn)的兩種基本技術(shù)。解釋比翻譯費(fèi)時，但節(jié)省存儲空間翻譯為整體行為，可以優(yōu)化，效率高，與平臺有關(guān)解釋為局部行為，不優(yōu)化，效率低，與平臺無關(guān)翻譯+解釋：Java控制流程的三種實(shí)現(xiàn)方法全硬件、軟硬件結(jié)合、全軟件邏輯上等價，物理意義上不等價硬件實(shí)現(xiàn)：速度快、成本高；靈活性差、占用內(nèi)存少軟件實(shí)現(xiàn)：速度低、復(fù)制費(fèi)用低；靈活性好、占用內(nèi)存多發(fā)展趨勢硬件實(shí)現(xiàn)的比例越來越高硬件所占的成本越來越低2022/12/212計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件成本變化成本年代軟件硬件70年代2022/12/213從概念和功能上將計算機(jī)系統(tǒng)看成多級層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1.理解軟件、硬件、固件的地位和作用

2.

理解各種語言的實(shí)質(zhì)和實(shí)現(xiàn)途徑

3.

探索虛擬機(jī)新的實(shí)現(xiàn)方法和新的系統(tǒng)設(shè)計由硬件固件實(shí)現(xiàn)——高級語言機(jī)器多處理機(jī)系統(tǒng)——由真正微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)

4.

理解計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的定義

5.

在一臺真正的宿主機(jī)上通過模擬或仿真另一臺不同的假想機(jī)器——自虛擬技術(shù)

1.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)定義與理解三者的相互關(guān)系2022/12/215計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義

SystemArchitecture是對計算機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)器級之間界面的劃分和定義，以及對各級界面上、下的功能進(jìn)行分配1964年，IBM/360系列機(jī)的總設(shè)計工程師G.M.Amdahl、G.A.Blauw、F.P.Brooks等人提出。也稱體系結(jié)構(gòu)。是從程序員的角度所看到的系統(tǒng)的屬性，是概念上的結(jié)構(gòu)和功能上的行為它不同于數(shù)據(jù)流程和控制的組織，不同于邏輯設(shè)計以及物理實(shí)現(xiàn)方法2022/12/216定義的理解從兩個角度理解一是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既然是“從程序員的角度所看到的系統(tǒng)的屬性”，那么每一級“機(jī)器”都有一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且它們相互不同二是將計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義在傳統(tǒng)機(jī)器界面（M1）程序員所看到的計算機(jī)的基本屬性2022/12/217計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本屬性一般應(yīng)包括以下幾個方面指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、操作數(shù)的尋址方式寄存器的構(gòu)成定義、中斷機(jī)構(gòu)和例外條件存儲體系和管理、I/O結(jié)構(gòu)機(jī)器工作狀態(tài)定義和切換、信息保護(hù)在所有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特性中，指令系統(tǒng)的外特性是最關(guān)鍵的2022/12/218計算機(jī)組成

ComputerOrganization研究硬件系統(tǒng)各組成部分的內(nèi)部構(gòu)造和相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級的各種功能和特性，目標(biāo)是用最合理地方式將各種設(shè)備和部件連接為計算機(jī)，以達(dá)到最優(yōu)的性價比，從而實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器級內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等。2022/12/219計算機(jī)組成的基本屬性數(shù)據(jù)通路寬度各種操作功能部件的共享程度專用部件的設(shè)置功能部件的并行性緩沖和排隊(duì)技術(shù)控制機(jī)構(gòu)的組成方式預(yù)測技術(shù)可靠性技術(shù)2022/12/220計算機(jī)實(shí)現(xiàn)

ComputerImplementation

研究各部件的物理結(jié)構(gòu)、機(jī)器的制造技術(shù)和工藝等，它著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)主存的物理實(shí)現(xiàn)，如存儲器采用什么樣器件，邏輯電路設(shè)計和微組裝技術(shù)均屬計算機(jī)實(shí)現(xiàn)它是計算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)2022/12/221定義理解舉例主存系統(tǒng)主存容量與編址方式的確定-----------系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主存速度的確定、邏輯結(jié)構(gòu)的模式---組成器件的選定、電路的設(shè)計、組裝技術(shù)---實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的確定--------系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指令的實(shí)現(xiàn)--------------組成具體電路、器件設(shè)計及裝配技術(shù)---實(shí)現(xiàn)2022/12/222系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)相互關(guān)系*具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機(jī)可以采用不同的組成，一種計算機(jī)組成可以采用多種不同的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)（系列機(jī)與兼容機(jī)）*采用不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會使可以采用的組成技術(shù)產(chǎn)生差異，計算機(jī)組成也會影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/12/223是否設(shè)置乘方/開方指令邏輯設(shè)計1（硬聯(lián)電路）實(shí)現(xiàn)方案1(V1,$1,T1)邏輯設(shè)計3微程序邏輯設(shè)計2（ROM查表）實(shí)現(xiàn)方案2(V2,$2,T2)實(shí)現(xiàn)方案3(V3,$3,T3)相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機(jī)可以采用不同的組成相同計算機(jī)組成可以采用多種不同的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機(jī)組成計算機(jī)實(shí)現(xiàn)是否2022/12/224舉例：不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對軟件的影響A:=B+CD:=E*F面向三地址尋址：

ADDB,C,AMPYE,F,D面向寄存器：

LOADR1,BADDR1,CSTORER1,ALOADR2,EMPYR2,FSTORER2,D2022/12/225透明性Transparency本來存在的事物或?qū)傩?，從某個角度去看卻看不到。在一個計算機(jī)系統(tǒng)中，低層機(jī)器的屬性往往對高層機(jī)器的程序員是透明的。計算機(jī)組成設(shè)計的內(nèi)容，對傳統(tǒng)機(jī)器程序員來講一般是透明的。2022/12/226舉例1

在多級層次結(jié)構(gòu)的計算機(jī)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)機(jī)器級的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，對高級語言的程序員來說是透明的，而對匯編語言的程序員來說不是透明的。這說明高級語言的程序員不必知道機(jī)器的指令系統(tǒng)、中斷機(jī)構(gòu)等，這些本來存在的屬性，對高級語言的程序員來說好像不存在一樣，所以說是透明的。對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，存儲器采用交叉存取還是并行存取、CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路的寬度是8位還是16位，這些都是透明的，而對計算機(jī)組成來說這些不是透明的。2022/12/227舉例2

指令執(zhí)行采用串行、重疊還是流水控制方式，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說是透明的，但對計算機(jī)組成來說不是透明的。乘法指令采用專用乘法器實(shí)現(xiàn)，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說是透明的，而對計算機(jī)組成來說不是透明的存儲器采用哪種芯片，對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成來說是透明的，而對計算機(jī)實(shí)現(xiàn)來說不是透明的。2022/12/2281.1.3計算機(jī)系統(tǒng)的分類采用的基本器件分類計算機(jī)系統(tǒng)成本分類1966年MichaelJ.Flynn分類1978年DavidJ.Kuck分類1972年馮澤云分類2022/12/229一按采用的基本器件分類計算機(jī)的更新?lián)Q代第一代：電子管計算機(jī)第二代：晶體管計算機(jī)第三代：中小規(guī)模集成電路第四代：大或超大規(guī)模集成電路第五代：VLSI(甚大規(guī)模集成電路)計算機(jī)性能的大幅度提高和更新?lián)Q代，一方面依靠器件的不斷更新，同時也依賴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)。硬件設(shè)計公理：越小越快2022/12/230二按計算機(jī)系統(tǒng)成本分類巨型計算機(jī)、超級計算機(jī)：SuperComputer大型計算機(jī)：MainComputer中型計算機(jī)：MidComputer小型計算機(jī)：MiniComputer微型計算機(jī)：MicroComputer工作站：Workstation介于小型機(jī)和微型機(jī)之間，具有小型機(jī)的性能，微型機(jī)的價格2022/12/231MichaelJ.Flynn

（弗林）分類法按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性進(jìn)行分類1.基本概念

指令流(instructionstream)：機(jī)器執(zhí)行的指令序列

數(shù)據(jù)流(datastream)：由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列

多倍性(multiplicity)：在系統(tǒng)瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個數(shù)2022/12/232多指令流多數(shù)據(jù)流

MIMD(MultipleInstructionstreamMultipleDatastream)（多計算機(jī)系統(tǒng)）2.分類單指令流單數(shù)據(jù)流

SISD(SingleInstructionstreamSingleDatastream)

(傳統(tǒng)計算機(jī)，如IA結(jié)構(gòu)的PC機(jī))單指令流多數(shù)據(jù)流SIMD(SingleInstructionstreamMultipleDatastream)

(陣列計算機(jī)，如ILLIACⅣ機(jī)

)多指令流單數(shù)據(jù)流

MISD(MultipleInstructionstreamSingleDatastream)（較先進(jìn)的流水線處理機(jī)，如VLIW機(jī)）四DavidJ.Kuck分類

庫克分類：指令流、執(zhí)行流、多倍性單指令流單執(zhí)行流SISE單指令流多執(zhí)行流SIME多指令流單執(zhí)行流MISE多指令流多執(zhí)行流MIME2022/12/234五1972年馮澤云分類用最大并行度Pm分類最大并行度Pm:在單位時間內(nèi)能夠處理的最大的二進(jìn)制位數(shù)2022/12/235

橫坐標(biāo)代表字寬(n位)，即在一個字中同時處理的二進(jìn)制位數(shù)縱坐標(biāo)代表位片寬度(m位)，即在一個位片中能同時處理的字?jǐn)?shù)

字寬n位片寬m。。n=1,m=1,字串位串(WSBS)如串行計算機(jī)。n>1,m=1,字并位串(WPBS)如傳統(tǒng)計算機(jī)。。1163264116326425628816384。。。。。n>1,m>1,字并位并(WPBP)如陣列計算機(jī)。n=1,m>1,字串位并(WSBP)如STARAN等機(jī)。MPPSTARANPDP-11IBM360TI-ASCILLIACPEPECmmp。2022/12/2361.2計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)1.2.1計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計原理---加快經(jīng)常性事件的速度---Amdahl定律---程序訪問的局部性規(guī)律1.2.2計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方法---軟硬件舍取的基本原則---計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計者的主要任務(wù)---計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的基本方法（三種）2022/12/2371.2.1計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計原理加快經(jīng)常性事件的速度Amdahl定律程序訪問的局部性規(guī)律Amdahl/case準(zhǔn)則成功轉(zhuǎn)移法則Cache法則2022/12/2381.加快經(jīng)常性事件的速度這是計算機(jī)設(shè)計中最重要也最廣泛采用的設(shè)計準(zhǔn)則。使經(jīng)常性事件的處理速度加快能明顯提高整個系統(tǒng)的性能在當(dāng)今的微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)中，經(jīng)常發(fā)生的事件由硬件完成，而不經(jīng)常發(fā)生的事件交由軟件完成。2022/12/2392.Amdahl定律系統(tǒng)對某一部件采用某種更快執(zhí)行方式所能獲得的系統(tǒng)性能改進(jìn)程度，取決于這種執(zhí)行方式被使用的頻率，或所占總執(zhí)行時間的比例。IBM大型計算機(jī)之父2022/12/240Amdahl定律（理解）CPU硬件系統(tǒng)ALU占系統(tǒng)運(yùn)行時間的30%編譯軟件系統(tǒng)公共子程序30%被加（提）速部件要優(yōu)化改進(jìn)的軟件2022/12/241Amdahl定律表達(dá)式表示被改進(jìn)部分在改進(jìn)前占系統(tǒng)的比例表示被改進(jìn)部分的加速比2022/12/242Amdahl表達(dá)式的解釋改進(jìn)后的執(zhí)行總時間=不可改進(jìn)部分的執(zhí)行時間+不可改進(jìn)部分的比例可改進(jìn)部分的執(zhí)行時間2022/12/243Amdahl舉例假設(shè)將某系統(tǒng)的某一部件的處理速度加快到10倍，但該部件的原處理時間僅為整個運(yùn)行時間的40%，則采用加快措施后能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？解：由題意可知fe=0.4,re=10,根據(jù)Amdahl定律2022/12/244思考題

采用哪種實(shí)現(xiàn)技術(shù)來求浮點(diǎn)數(shù)平方根FPSQR的操作對系統(tǒng)的性能影響較大。假若FPSQR操作占整個測試程序執(zhí)行時間的20%。一種實(shí)現(xiàn)方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10倍。另一種實(shí)現(xiàn)方法是使所有的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)指令的速度加快，使之加快到2倍，還假設(shè)FP指令占整個執(zhí)行時間的50%。2022/12/2453.程序訪問的局部性規(guī)律程序訪問局部性主要反映在時間和空間局部性兩個方面時間局部性是指程序中近期被訪的信息項(xiàng)很可能馬上將被再次訪問；空間局部性是指那些在訪問地址上相鄰近的信息項(xiàng)很可能會被一起訪問這是構(gòu)成存儲體系（存儲層次）的主要規(guī)律

2022/12/2464、Amdahl/case準(zhǔn)則一個平衡的計算機(jī)系統(tǒng)，其CPU每1MIPS的速度應(yīng)有1MB的主存容量和1Mb/s的I/O吞吐率。這一準(zhǔn)則為設(shè)計平衡的計算機(jī)系統(tǒng)的提出了三者之間的參考指標(biāo)。由于是統(tǒng)計結(jié)果，具體應(yīng)用還需要適當(dāng)調(diào)整。2022/12/2475、成功轉(zhuǎn)移法則對于轉(zhuǎn)移指令：向后轉(zhuǎn)移指令有90%的成功率；對于向前轉(zhuǎn)移指令有20%的成功率。這一轉(zhuǎn)移法則為預(yù)測處理提供了參考信息。2022/12/2486、Cache法則容量為C的直接映像Cache的失效率與容量為C/2的二路組相聯(lián)Cache的失效率大致相等。這一法則指出在相同命中率條件下控制復(fù)雜性的增加可以換取Cache容量的減小。2022/12/2491.軟硬取舍的基本原則原則一：在現(xiàn)有器件和技術(shù)條件下，系統(tǒng)要有高的性能價格比原則二：不應(yīng)對組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)有過多的限制原則三：對軟件提供更多更好的支持（OS、編譯、高級語言）

1.2.2

計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方法2.計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)要滿足用戶對功能上的要求以及相應(yīng)的對價格和性能要求

在滿足功能要求基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計的優(yōu)化

設(shè)計應(yīng)能適應(yīng)日后發(fā)展趨勢

2022/12/251計算機(jī)發(fā)展的基本趨勢

一個芯片上的晶體管數(shù)大約每年增加25％，因此每三年可增加一倍；

器件的開關(guān)速度增長基本類似DRAM的密度每年增長約60％，因此每三年將增長三倍；

訪問存儲器周期改進(jìn)相應(yīng)較慢，每十年約減少1／3；硬盤密度每年增加25％，每三年增加一倍，訪問時間則每十年減少1／3。2022/12/252計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的主要方法方法一：“由上往下”設(shè)計：

先考慮如何滿足應(yīng)用要求，確定好面對使用者那級機(jī)器應(yīng)有什么基本功能和特性，如基本命令、指令或語言結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型和格式等，然后再逐級往下設(shè)計，每級都考慮怎樣優(yōu)化上一級實(shí)現(xiàn)。方法特征：它適合于專用機(jī)設(shè)計，不適合于通用機(jī)設(shè)計。

2022/12/253方法二：由下往上設(shè)計

不管應(yīng)用要求，只根據(jù)能拿到的器件參照或吸收已有各種機(jī)器的特點(diǎn)，先設(shè)計出微程序機(jī)器級(如果采用微程序控制)及傳統(tǒng)機(jī)器級，然后再為不同應(yīng)用配多種操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)軟件。方法特征：設(shè)計周期長。當(dāng)一種結(jié)構(gòu)的機(jī)器完成以后，硬件技術(shù)又已發(fā)展了一大步。20世紀(jì)60—70年代前常用此方法。2022/12/254方法三：由中間開始設(shè)計

先進(jìn)行合理的軟、硬件功能分配，既要考慮能拿到的硬、器件，又要考慮可能的應(yīng)用所需的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，先定義好這個交界面。確定哪些功能由硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能由軟件實(shí)現(xiàn)，同時還要考慮好硬件對操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供些什么支持。然后由這個中間點(diǎn)分別往上、往下進(jìn)行軟件和硬件的設(shè)計?！爸虚g”指傳統(tǒng)機(jī)器級界面。方法特征：設(shè)計周期短，軟硬件結(jié)合。

2022/12/255提高微處理器性能方法1、提高主頻。提高主頻可使系統(tǒng)中的各個部件受益，是提高系統(tǒng)性能最直接的方法。2、多線程?？呻[藏訪存延遲，是提高系統(tǒng)吞吐率的有效辦法。3、2Bump技術(shù)。時鐘信號的上升、下降沿均控制信息的發(fā)送和接收，此技術(shù)既可用于邏輯電路也可用于總線。2022/12/2564、提高IPC技術(shù)。即為先進(jìn)的流水技術(shù)。5、合理分配軟、硬件功能。6、優(yōu)化片內(nèi)Cache。將二、三級Cache盡量放在處理器內(nèi)部。7、加大通用寄存器數(shù)量。8、亂序發(fā)送/亂序完成的指令調(diào)度技術(shù)。9、預(yù)取技術(shù)。10、分支預(yù)測技術(shù)。2022/12/2571.3計算機(jī)系統(tǒng)的性能評價CPU性能公式（CPU工作時間）MIPS和MFLOPS

基準(zhǔn)測試程序

性能評價結(jié)果的統(tǒng)計和比較

2022/12/2581.3.1CPU性能公式一個程序在CPU上運(yùn)行所需的時間：其中，2022/12/259思考題

如果FP操作的比例為25%，平均CPI=4，其它指令的CPI=1.33，F(xiàn)PSQR操作的比例為2%，CPI=20。假若有兩種設(shè)計方案，分別將FP操作和FPSQR操作的CPI都減為2。試比較這兩個方案哪個更好？2022/12/2601.3.2MIPS和MFLOPSMIPS每秒（可執(zhí)行）百萬條指令MFLOPS每秒（可執(zhí)行）百萬條浮點(diǎn)指令2022/12/261舉例

例1

用一臺4OMHz處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測試程序，它含的混合指令數(shù)和相應(yīng)所需的時鐘周期數(shù)如下：指令類型指令條數(shù)時鐘周期數(shù)整數(shù)運(yùn)算450001

數(shù)據(jù)傳送320002

浮點(diǎn)運(yùn)算

150002

控制轉(zhuǎn)移

80002求有效CPI、MIPS速率和程序的執(zhí)行時間。2022/12/262

解：依題意可知IN=105條，n=4，2022/12/263

例2

某工作站采用時鐘頻率為15MHz、處理速率為10MIPS的處理機(jī)來執(zhí)行一個巳知混合程序。假定每次存儲器存取為1周期延遲、試問：

(1)

此計算機(jī)的有效CPI是多少?

(2)假定將處理機(jī)的時鐘提高到30MHz，但存儲器子系統(tǒng)速率不變。這樣，每次存儲器存取需要兩個時鐘周期。如果30％指令每條只需要一次存儲存取，而另外5％每條需要兩次存儲存取，還假定已知混合程序的指令數(shù)不變，并與原工作站兼容，試求改進(jìn)后的處理機(jī)性能。解(1)2022/12/264(2)依題意可知：30%的指令需要一次存儲存取，則這些指令在處理器提高時鐘頻率之后需要增加1個時鐘周期；另外5%的指令需要增加2個時鐘周期。

改進(jìn)后性能提高情況可用CPU時間之比表示：

2022/12/2651.3.3基準(zhǔn)測試程序用于評價計算機(jī)系統(tǒng)性能的基準(zhǔn)測試程序(Benchmark)

。采用實(shí)際應(yīng)用程序。如c語言的各種編譯程序及CAD工具軟件等；從實(shí)際程序中抽取少量關(guān)鍵循環(huán)程序段來組成核心程序，以此來評估性能；合成測試程序。它類似于核心程序方法，但這種合成測試程序是人為編制的。較流行的合成測試程序有Whetstone和Dhrystone兩種.

2022/12/266SPEC測試程序在1988年，美國HP、DEC、MIPS以及SUN公司，發(fā)起成立了SPEC(StandardPerformanceEvaluationCorporation)(標(biāo)準(zhǔn)性能評估協(xié)會)SPEC是一非盈利社團(tuán)，致力于“建立、維護(hù)和認(rèn)可一個基準(zhǔn)測試程序標(biāo)準(zhǔn)化集，以用于最新一代高性能計算機(jī)的性能衡量。”SPEC89、92、95和2000共四個版本2022/12/267

SPEC89由10個工程/科學(xué)測試程序（GCC，Espresso，Splce2g6，DODUC，NASA7，Li，Eqntott，Matrix300，F(xiàn)PPPP，TOMCATV）組成。

其中4個用C語言編寫(GCC，Espresso，Li和Eqntott)用于整數(shù)運(yùn)算，6個用FORTRAN語言編寫，用于浮點(diǎn)運(yùn)算。計算所得SPECmark的分值越大越好，它是相對于VAX—11／780的性能，lSPEC分值約相當(dāng)于0.2～0.3MFLOPS。

SPEC89后來演化出兩個測試程序集：SPECmark測量10個程序的執(zhí)行速率，SPECthruput考察系統(tǒng)的吞吐率。2022/12/268Pentium與80486性能比較

Pentium/6680486DX2/66推出日期：1993年3月1992年8月制造工藝：0.8umCMOS0.8umCMOS整數(shù)/浮點(diǎn)部件：2/1個2/1個片內(nèi)Cache：16K(指/數(shù)分開)8K(指/數(shù)混存)外部數(shù)據(jù)總線：64位32位Dhryston值：100MIPS54MIPSSPECint89值：7033.6SPECfp89值：7018.32022/12/269SPEC92由20個測試程序組成，包括CINT92(6)和CFP92(14)參照機(jī)：VAX11/780程序描述/領(lǐng)域CompressEspresoGccEqntottScxlisp自適應(yīng)壓縮函數(shù)最小化GNUC編譯器邏輯設(shè)計電子表格Lisp解釋器程序描述/領(lǐng)域AlvinnDoduceEarFppppHydro2dMdljdp2Mdljsp2Masa7OraSpiceSu2corSwm256TomcatWave5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/機(jī)器人核反應(yīng)堆模擬/物理學(xué)耳朵模擬/醫(yī)學(xué)電子積分/化學(xué)噴氣計算/天體物理運(yùn)動方程/化學(xué)（雙）運(yùn)動方程/化學(xué)（單）浮點(diǎn)內(nèi)核光線跟蹤/光學(xué)電路模擬/電路設(shè)計粒子質(zhì)量/量子物理水方程求解/模擬網(wǎng)格生成程序麥克斯韋方程求解2022/12/270SPEC95由18個測試程序組成，包括CINT95(8)和CFP95(10)參照機(jī)：SUNSPARC10/40SPEC2000由26個測試程序組成，包括CINT2000(12)和CFP2000(14)參照機(jī)：SUNUltra5_10300MHzAlphaStation500/500(System#1)PersonalWorkstation500au(System#2)AlphaServer41005/533(System#3)2022/12/271SPECint2000整數(shù)基準(zhǔn)測試程序集基準(zhǔn)測試程序語言駐留大小虛擬大小描述164.gzipc181(MB)200(MB)壓縮175.vprc5055.2FPGA應(yīng)用176.gccc155158C編譯器181.mcfc190192組合優(yōu)化186.craftyc2.14.2下棋游戲197.parserc3762.5字處理252.eonC++0.73.3計算機(jī)可視化253.perlbmkc146159Perl編程254.gapc193196解釋器(群論)255.vortexc7281Oob數(shù)據(jù)庫256.bzip2c185200壓縮300.twolfc1.94.1路由模擬器2022/12/272Gcc.176編譯器2022/12/273SPECfp2000浮點(diǎn)基準(zhǔn)測試程序集基準(zhǔn)測試程序語言駐留大小虛擬大小描述168.wupwiseF77176(MB)177(MB)量子染色動力學(xué)171.swinF77191192淺水建模172.mgridF775656.7三維勢能場173.appluF77181191偏微分方程177.mesac9.524.7三維圖形庫178.galgelF9063155計算流體力學(xué)179.artc3.75.9神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用183.equakec4951.1地震波傳輸模擬187.facerecF901618.5圖象處理：臉部識別188.ammpc2630計算化學(xué)189.lucasF90142143數(shù)論191.fma3dF90103105有限元模擬200.sixtrackF772659.8核物理應(yīng)用301.apsiF77191192氣象學(xué)：污染物質(zhì)分布2022/12/274龍芯2號處理器2022/12/2752022/12/2762022/12/277HPC的性能測試LinpackLinpack包括：Linpack100、1000和HPLLinpack是用高斯消元法要求解一元N次稠密線性方程。只能采用編譯優(yōu)化選項(xiàng)，不能更改程序代碼，甚至是代碼中的注釋必須安裝支持C和Fortran77的編譯器、并行編程環(huán)境MPICH2022/12/2781.3.4性能評價結(jié)果的統(tǒng)計和比較

1．算術(shù)性能平均值A(chǔ)m2．幾何性能平均值Gm3．調(diào)和性能平均值HmRi表示由n個程序組成的工作負(fù)荷中執(zhí)行第i個程序的速率，Ti表示執(zhí)行第i個程序所需的時間

2022/12/279程序機(jī)器A執(zhí)行時間機(jī)器B執(zhí)行時間機(jī)器C執(zhí)行時間程序111020程序2100010020程序3500100050程序4100800100例3已知四個程序在三臺計算機(jī)上的執(zhí)行時間(s)如下表：

假設(shè)四個程序中每一個都有100000000條指令要執(zhí)行，計算這三臺計算機(jī)中每臺機(jī)器上每個程序的MIPS速率。根據(jù)這些速率值，你能否得出有關(guān)三臺計算機(jī)相對性能的明確結(jié)論？你能否找到一種將它們統(tǒng)計排序的方法?試說明理由。2022/12/280程序機(jī)器A的MIPS機(jī)器B的MIPS機(jī)器C的MIPS程序1100105程序20.115程序30.20.12程序410.1251由上述機(jī)器的MIPS速率，可知每臺機(jī)器對4個程序有不同的處理時間，而且大小順序不同，所以不能得出明確的結(jié)論。解：根據(jù)式可得出每臺機(jī)器每個程序的MIPS速率如下：

2022/12/281平均執(zhí)行時間機(jī)器A機(jī)器B機(jī)器C算術(shù)平均25.32.813.25幾何平均1.190.592.66調(diào)各平均0.250.202.1如果按照算術(shù)平均比較性能，機(jī)器A最快，機(jī)器B最慢；如果按照幾何平均比較性能，機(jī)器C最快，機(jī)器B最慢；如果按照調(diào)各平均比較性能，機(jī)器C最快，機(jī)器B最慢。下面可采用統(tǒng)計的方法比較各機(jī)器的性能：

如機(jī)器A的算術(shù)平均：2022/12/2821.4計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展傳統(tǒng)計算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其演變軟件、器件和應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響計算機(jī)的成本和價格2022/12/2831.4.1傳統(tǒng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其演變

傳統(tǒng)的馮.諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu)輸出設(shè)備輸入設(shè)備控制器運(yùn)算器存儲器2022/12/284傳統(tǒng)計算機(jī)結(jié)構(gòu)模式的主要缺點(diǎn)有：1.存在有兩個瓶頸：物理瓶頸和智能瓶頸；2.低級的機(jī)器語言和高級的程序設(shè)計語言之間存在著巨大的語義差距；3.復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象無法直接存放到一維線性地址空間的存儲器中，必須經(jīng)過地址映象。

針對傳統(tǒng)計算機(jī)結(jié)構(gòu)模式的演變兩個瓶頸：“改良”方法“改革”方法Cache存儲器、并行主存技術(shù)高級流水技術(shù)語義差距：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：面向高級語言機(jī)器、虛擬存儲技術(shù)以支持高級語言編程自定義數(shù)據(jù)表示、多維存儲空間非傳統(tǒng)計算機(jī)結(jié)構(gòu)：并行處理計算機(jī)脈動陣列計算機(jī)數(shù)據(jù)流計算機(jī)歸約計算機(jī)人工智能計算機(jī)2022/12/2861.4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響價格對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響2022/12/287一、軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響主要是解決軟件的可移植出性（①軟件成本越來越高②軟件產(chǎn)量和可靠性的提高困難③積累了大量成熟的軟件④排錯比編寫困難、軟件生產(chǎn)率低因而出現(xiàn)了“軟件危機(jī)”）實(shí)現(xiàn)軟件的可移植性有三個主要途徑：1.統(tǒng)一高級語言2.采用系列機(jī)方法3.模擬與仿真2022/12/2882.采用系列機(jī)方法

系列機(jī)：由同一廠商生產(chǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同、組成和實(shí)現(xiàn)不同的不同檔次（速度、容量、成本和可靠性）的機(jī)器。如IBM公司的360、370系列計算機(jī)，DEC公司的PDP-ll系列機(jī)和INTEL公司的80X86系列微型計算機(jī)。1.統(tǒng)一高級語言（應(yīng)用、認(rèn)識和習(xí)慣勢力三個問題）系列機(jī)方法只是解決了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的計算機(jī)之間的軟件移植。系列機(jī)方法也限制了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

系列機(jī)方法較好地解決了硬件技術(shù)更新發(fā)展快（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求不斷更新）而軟件編寫開發(fā)周期比較長（軟件環(huán)境要求相對穩(wěn)定）之間的矛盾。兼容機(jī)：不同廠商生產(chǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同、組成和實(shí)現(xiàn)不同的不同檔次的機(jī)器。2022/12/290系列機(jī)要求：保證向后兼容力爭做到向上兼容當(dāng)前機(jī)器時間機(jī)器檔次向上兼容向下兼容向前兼容向后兼容2022/12/2913.模擬與仿真微程序機(jī)器級高級語言級匯編語言級操作系統(tǒng)級傳統(tǒng)機(jī)器級A機(jī)器系統(tǒng)模擬高級語言級操作系統(tǒng)級傳統(tǒng)機(jī)器級B機(jī)器系統(tǒng)仿真宿主機(jī)虛擬機(jī)目標(biāo)機(jī)2022/12/292模擬：用一臺機(jī)器的指令系統(tǒng)，去解釋另一臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器的指令系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)軟件的移植。（實(shí)現(xiàn)容易、速度較慢）仿真：直接用微程序去解釋另一臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器的指令系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)軟件的移植。（微程序編寫困難、實(shí)現(xiàn)速度較快）

模擬與仿真可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器之間軟件的移植。對于使用頻率較高的指令，盡可能用仿真方法以提高運(yùn)算速度，而對使用頻率低且難于用仿真實(shí)現(xiàn)的指令(包括I／O指令等)則用模擬方法加以實(shí)現(xiàn)。

開放式系統(tǒng)(opensystem)1978年由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)首先提出了關(guān)于開放式系統(tǒng)的新概念。

是指—種獨(dú)立于廠商，且遵循有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)而建立的、具有系統(tǒng)可移植性、交互操作性，從而能允許用戶自主選擇具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)和多廠商產(chǎn)品渠道的系統(tǒng)集成技術(shù)的系統(tǒng)。它是相對于原來的封閉系統(tǒng)或?qū)Ｓ邢到y(tǒng)而言的。USB,TCP/IPJava,CORBA,WebServices等2022/12/294系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響價格對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響2022/12/295二、器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響

器件發(fā)展使得計算機(jī)的主頻速度、單芯片的集成度飛速提高。（如1979年推出的8088/8086，主頻約5MHz，單芯片上集成2.9萬個晶體管；1997年推出的PII主頻在300MHz左右，單芯片上集成1500萬個晶體管）器件的發(fā)展使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)“下移”速度加快。2022/12/296

器件的發(fā)展使得器件原有的使用性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變（通用型→現(xiàn)場型→專用型）。器件的發(fā)展會影響到算法、語言和軟件的發(fā)展。

器件的發(fā)展改變了傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計思想和邏輯設(shè)計方法。器件是推動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要動力，最活躍的因素，是計算機(jī)更新?lián)Q代的標(biāo)志之一。2022/12/2972022/12/2982022/12/299美國NSF向美國政府申請2009年計劃經(jīng)費(fèi)2000多萬美元，為超越摩爾定律(SEBML)部署新計劃NSF：摩爾定律將在10到20年后達(dá)到物理和概念上的極限具體方向包括：碳納米管、量子計算和并行計算以及大規(guī)模多核計算機(jī)等2022/12/2100系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響價格對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響2022/12/2101三、應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響應(yīng)用范圍：數(shù)值計算、數(shù)據(jù)庫及事務(wù)處理系統(tǒng)、CAD、多媒體處理、人工智能在某個應(yīng)用領(lǐng)域的確定以后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者的首要任務(wù)，是確保系統(tǒng)中的每一個功能部件獲得更高的性能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者總是根據(jù)用戶（市場）需求設(shè)計或改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)發(fā)展2022/12/2102系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響價格對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響2022/12/2103四、價格對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響性能與價格（性/價比）均衡改善與提高性能或價格較小的變化產(chǎn)生比原系統(tǒng)好的性/價比提高系統(tǒng)的絕對性能，而價格增長又比較合理2022/12/2104五、算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響充分利用算法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩者優(yōu)勢，構(gòu)建一種有效的解決問題的方法改進(jìn)和提高基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)利用并行性獲得高速度2022/12/2105系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展小結(jié)軟件是促使計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的最重要的因素沒有軟件，機(jī)器就不能運(yùn)行，所以為了能方便地使用現(xiàn)有軟件，就必須考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計軟件最重要應(yīng)用需求是促使計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的最根本的動力機(jī)器是給人用的，我們追求更快更好，機(jī)器就要做得更快更好需求最根本器件是促使計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展最活躍的因素沒有器件就產(chǎn)生不出電腦，器件的每一次升級就帶來計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)器件最活躍2022/12/21061.4.3計算機(jī)的成本和價格成本敏感設(shè)計(Cost-sensitivedesigns)：--非設(shè)計時的元器件成本，而是產(chǎn)品交付市場時的規(guī)劃成本。--封裝成本。隨著時間的推移，設(shè)計時安排在一個印制板上的所有器件，生產(chǎn)時可能只用一個單芯片集成。2022/12/2107平均折扣毛利潤直接成本元器件成本計算機(jī)產(chǎn)品價格的構(gòu)成25-40%35-40%6-8%20-30%制造成本：工人工資、元器件采購、器件損耗、維護(hù)保修等間接成本：研制費(fèi)、銷售費(fèi)、廣告宣傳費(fèi)、廠房租金、設(shè)備使用、管理費(fèi)等利潤（批零差價）：生產(chǎn)廠家利潤、中間商利潤、零售商利潤等目錄價格2022/12/2108部分習(xí)題解答1．2如有一個經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)的計算機(jī)，可以按功能劃分成4級。每一級為了執(zhí)行一條指令需要下一級的N條指令解釋。若執(zhí)行第一級的一條指令需K(ns)時間，那么執(zhí)行第2、3、4級的一條指令各需要用多少時間(ns)?2022/12/2109本題有兩個問題應(yīng)特別注意：第一個問題是“上一級”與“下一級”的關(guān)系，即哪是上一級，哪是下一級？在圖1.1中第3級是第2級的“上一級”，第1級又是第2級的“下一級”。第二個問題是該計算機(jī)是一個“經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)的計算機(jī)”，上一級的程序在下一級上實(shí)現(xiàn)不是經(jīng)翻譯完成，只能是解釋。解：∵第二級的一條指令需第1級的N條指令解釋∴第二級的一條指令執(zhí)行時間為NKns；第三級的一條指令執(zhí)行時間為N2Kns；第四級的一條指令執(zhí)行時間為N3Kns。2022/12/21101．3有一個計算機(jī)系統(tǒng)可按功能劃分成4級，各級的指令都不相同，每一級的指令都比其下一圾的指令在效能上強(qiáng)M倍，即第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量?，F(xiàn)若需第i級的N條指令解釋第i+1級的一條指令，而有一段第1級的程序需要運(yùn)行Ks，問在第2、3和4級上的一段等效程序各需要運(yùn)行多長時間(s)?解：第2級上的一段等效程序運(yùn)行時間為：第3級上的一段等效程序運(yùn)行時間為：第4級上的一段等效程序運(yùn)行時間為：2022/12/21111．6．什么是透明性概念?對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列哪些是透明的?哪些是不透明的?

存貯器的模m交叉存取；浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示；I／O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機(jī)方式；數(shù)據(jù)總線寬度；字符行運(yùn)算指令；陣列運(yùn)算部件；通道是采用結(jié)合型的還是獨(dú)立型的；PDP一1l系列中的單總線結(jié)構(gòu)；訪問方式保護(hù)；程序性中斷；串行、重疊還是流水控制方式；堆棧指令；存貯器最小編址單位；Cache存貯器。

答：客觀存在的事物或?qū)傩?，從某個角度去看，它好象不存在，稱之為透明性。

分析：有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬性所包括的內(nèi)容，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都不透明。

2022/12/2112對于計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)透明的是：存儲器的模m交叉存取、數(shù)據(jù)總線寬度、陣列運(yùn)算部件、通道是采用結(jié)合型還是獨(dú)立型、PDP-11系列的單總線結(jié)構(gòu)、串行、重疊還是流水控制方式、Cache存儲器。對于計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不透明的是：浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示、

I/O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機(jī)方式、字符行運(yùn)算指令、訪問方式保護(hù)、程序性中斷、堆棧指令、存儲器最小編址單位。2022/12/21131．17想在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號機(jī)器，你認(rèn)為下列哪些設(shè)想是可以考慮的，哪些則是不行的?為什么?

(1)新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令，以支持事務(wù)處理程序的編譯。

（可以）(2)為增強(qiáng)中斷處理功能，將中斷分級由原來的4級增加到5級，并重新調(diào)整中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序。

（不可以）(3)在CPU和主存之間增設(shè)Cache存貯器，以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。

（可以）(4)為解決計算誤差較大，將機(jī)器中浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理方法由原來的恒置“1”法，改為增設(shè)用只讀存貯器存放下溢處理結(jié)果的查表舍入法。（可以）2022/12/2114(5)為增加尋址靈活性和減少平均指令字長，將原來全部采用等長操作碼的指令改成有3類不同碼長的擴(kuò)展操作碼，并將源操作數(shù)尋址方式由原來的操作碼指明改成增加一個如VAX--11那樣的尋址方式位字段來指明。（不可以）(6)將CPU與主存之間的數(shù)據(jù)通路寬度由16位擴(kuò)展成32位，以加快主機(jī)內(nèi)部信息的傳送。

（可以）(7)為了減少使用公用總線的沖突，將單總線改為雙總線。（可以）(8)把原來的0號通用寄存器改作為專用的堆棧指示器。（不可以）2022/12/2115本章重點(diǎn)內(nèi)容回顧學(xué)習(xí)重點(diǎn)：多級層次結(jié)構(gòu)、定量設(shè)計原理、性能計算、弗林分類法學(xué)習(xí)難點(diǎn)：透明性分析2022/12/2116本章思考題1有一向量處理機(jī)，向量執(zhí)行速度為10MFLOPS，標(biāo)量執(zhí)行速度為1MFLOPS。設(shè)一程序中可向量化的比例為a，要求（1）平均執(zhí)行速度？（2）要使平均速度達(dá)成7.5，a應(yīng)為多少？（3）若標(biāo)量速度不變，a為0.7，要使平均速度達(dá)到2，向量速度應(yīng)為多少？2022/12/2117本章思考題2

假若要將某一執(zhí)行部件改進(jìn)后速度提高10倍，改進(jìn)后被改進(jìn)部件執(zhí)行時間占系統(tǒng)總運(yùn)行時間的50%。問改進(jìn)后，系統(tǒng)獲得的加速比是多少？2022/12/2118第一章結(jié)束，謝謝！TheEnd2022/12/2119第1章計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第3章流水技術(shù)和向量處理第4章陣列計算機(jī)第5章多處理機(jī)系統(tǒng)第6章數(shù)據(jù)流計算機(jī)2022/12/2120第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示和IEEE754標(biāo)準(zhǔn)高級數(shù)據(jù)表示指令格式的優(yōu)化設(shè)計指令系統(tǒng)設(shè)計的兩種風(fēng)格2022/12/2121本章學(xué)習(xí)要求本章要點(diǎn)：機(jī)器的數(shù)據(jù)表示，特別是浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示；指令格式的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；RISC的關(guān)鍵技術(shù)。指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)表示是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要屬性。2022/12/21222.1浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示和IEEE754標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)引入數(shù)據(jù)表示的原則浮點(diǎn)數(shù)據(jù)基值大小和下溢處理方法的選擇2022/12/2123定義：具有一組值的集合，且定義了作用于該集合的操作集分類：基本類型、結(jié)構(gòu)類型基本數(shù)據(jù)類型：二進(jìn)制位、二進(jìn)制位串、整數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符、布爾數(shù)等大多數(shù)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都支持基本數(shù)據(jù)類型一、數(shù)據(jù)類型2022/12/2124結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型：由一組相互有關(guān)的數(shù)據(jù)元素復(fù)合而成的數(shù)據(jù)類型數(shù)組、字符串、向量、堆棧、隊(duì)列、記錄等大多數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只能部分地支持結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型2022/12/2125二、數(shù)據(jù)表示定義：機(jī)器硬件能直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型分類：基本數(shù)據(jù)表示、高級數(shù)據(jù)表示（自定義數(shù)據(jù)表示）實(shí)際系統(tǒng)中，簡單的、常用的、通用的數(shù)據(jù)類型采用數(shù)據(jù)表示(如int、float、stack等)；復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或通過軟硬件聯(lián)合設(shè)計實(shí)現(xiàn)(如table、graph、tree等)2022/12/2126三、數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表示：指的是能由機(jī)器硬件直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型。由硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：反映數(shù)據(jù)元素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，面向計算機(jī)系統(tǒng)軟件、面向應(yīng)用領(lǐng)域所需處理的數(shù)據(jù)類型。由軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)類型2022/12/2127數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)表示的關(guān)系：

--數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個子集

--數(shù)據(jù)表示是軟、硬件界面的一部分；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件和應(yīng)用的一分

--數(shù)據(jù)表示的確定實(shí)質(zhì)上是軟硬件的取舍問題

--數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展總是優(yōu)先于機(jī)器的數(shù)據(jù)表示,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者應(yīng)盡可能為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供更多的支持2022/12/2128四、引入數(shù)據(jù)表示的原則原則1:系統(tǒng)的效率是否提高，是否減少了實(shí)現(xiàn)時間和所需的存儲空間舉例:兩個200*200的二維定點(diǎn)數(shù)組相加無陣列型:6條指令,4條循環(huán)200*200=40000有陣列型:1條指令,減少4*40000=160000字原則2:通用性和利用率是否高通用性:是否對多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均適用利用率:硬件設(shè)置大小的選擇2022/12/2129五、浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇三大特點(diǎn)：表數(shù)范圍、表數(shù)精度和表數(shù)效率關(guān)鍵問題：在數(shù)據(jù)字長確定的情況下，找到具有最大表數(shù)范圍、最高表數(shù)精度和最大表數(shù)效率的浮點(diǎn)數(shù)表示方式浮點(diǎn)數(shù)的表示需要六個基本參數(shù)：尾數(shù)m、階碼e的值；尾數(shù)的基rm、階碼的基re、尾數(shù)長度p(不包括符號位)、階碼長度q2022/12/2130浮點(diǎn)數(shù)的一般格式：對任意浮點(diǎn)數(shù)N，可表示為：其中：表數(shù)范圍在尾數(shù)采用原碼、純小數(shù)，階碼采用移碼的浮點(diǎn)數(shù)表示方式中，規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)N的表數(shù)范圍如下：2022/12/2131進(jìn)一步得出浮點(diǎn)數(shù)在數(shù)軸上的分布情況如圖示：由以上分析可知，能表示的絕對值最大的浮點(diǎn)數(shù)可近似為：可見，規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)范圍主要與階碼的長度q和尾數(shù)的基值rm有關(guān)，表數(shù)范圍隨著q和rm的增加而擴(kuò)大2022/12/2132表數(shù)精度

表數(shù)精度也稱為表數(shù)誤差，浮點(diǎn)數(shù)存在表數(shù)精度的根本原因是由于浮點(diǎn)數(shù)的不連續(xù)性造成的。例如：當(dāng)q=1,m=2,rm=2,能表示的正規(guī)格化數(shù)是：1/8,3/16,1/4,3/8,1/2,3/4,1,3/2（共8個數(shù)）如果有1/2+3/4=5/4,則5/4不在這個浮點(diǎn)數(shù)集內(nèi)。只能用1，或3/2來表示。在一般情況下，認(rèn)為規(guī)格化尾數(shù)最后一位的精確度是一半，表數(shù)精度則可表示為如下形式：2022/12/2133

結(jié)論：當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)長度相同時，尾基為2時具有最高的表數(shù)精度在機(jī)器中，一個rm進(jìn)制的基值需用m’個二進(jìn)制位表示，其中因此，尾數(shù)m的實(shí)際數(shù)位k為：2022/12/2134表數(shù)效率2022/12/2135結(jié)論：浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)效率主要與尾數(shù)的基值有關(guān)。當(dāng)尾基為2時，表數(shù)效率最低如：小結(jié):浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值rm越大,表數(shù)范圍越大,表數(shù)精度降低,表數(shù)效率越高.2022/12/2136浮點(diǎn)數(shù)表示小結(jié)3、浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值rm越大,表數(shù)范圍越大,表數(shù)精度降低,表數(shù)效率越高.2、當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)長度相同時，尾基為2時具有最高的表數(shù)精度1、規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)范圍主要與階碼的長度q和尾數(shù)的基值rm有關(guān)，表數(shù)范圍隨著q和rm的增加而擴(kuò)大2022/12/2137重點(diǎn):在機(jī)器字長一定的情況下，如何選擇尾數(shù)的基值，使浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)范圍最大，表數(shù)精度和表數(shù)效率最高？分析：設(shè)浮點(diǎn)數(shù)表示方式F1：尾數(shù)基值rm1＝2，尾數(shù)長度p1，階碼長度q1，二進(jìn)制字長：

L1＝p1+q1+2

浮點(diǎn)數(shù)表示方式F2：尾數(shù)基值rm2＝2k，尾數(shù)長度p2，階碼長度q2，二進(jìn)制字長：

L2＝kp2+q2+2浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇2022/12/2138(1)當(dāng)L1＝L2，且時，分析尾數(shù)基值和表數(shù)精度的關(guān)系：將上式代入p1+q1=kp2+q2可得：（注：p1用p2來表示，后面分析有用）2022/12/2139F1的表數(shù)精度是(由教材公式2.2得)：F2的表數(shù)精度是：2022/12/21402022/12/2141由上式可見，只有當(dāng)K=1(rm=2)或K=2(rm=4)時，T=1，否則T>1。由此得出結(jié)論：

結(jié)論1：在浮點(diǎn)數(shù)的字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值取2或4具有最高的表數(shù)精度(2)當(dāng)L1＝L2，且時，分析尾數(shù)基值和表數(shù)范圍的關(guān)系：

2022/12/2142注：只有當(dāng)k=1或k=2時，才有2022/12/2143結(jié)論2：當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的字長和表數(shù)精度確定后，尾數(shù)基值取2或4時，具有最大的表數(shù)范圍綜合結(jié)論：當(dāng)機(jī)器字長確定后,rm取2或4時,具有最大的表數(shù)范圍和最高的表數(shù)精度（但表數(shù)效率低）由于rm=2時，η=50%。但規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的最高位一定為1，故可以隱藏或省去，此時η=100%，這就是尾基為2時的隱藏位表示方法基值為2時浮點(diǎn)數(shù)的優(yōu)化表示原理2022/12/2144四種格式單精度格式:32位,階碼E=8位,尾數(shù)M=23位擴(kuò)展單精度:E>=11位,M≥32位雙精度格式:64位,E=11位,M=52位擴(kuò)展雙精度:E>=15位,M≥63位單精度格式:S(符號1位)E(階碼8位)M(尾數(shù)23位)1823S符號位EM指數(shù)尾數(shù)32位單精度形式IEEE754標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)表示2022/12/2145雙精度格式:S(符號1位)E(階碼11位)M(尾數(shù)52位)11152S符號位EM指數(shù)尾數(shù)64位雙精度形式2022/12/2146IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)格式：S=0,正數(shù);S=1,負(fù)數(shù)E由8位二進(jìn)制移碼組成00000000:特殊數(shù)00000001:1代表:1-127=-126……規(guī)格化數(shù)11111110:254代表:254-127=12711111111:特殊數(shù)M:尾數(shù),原碼表示的純小數(shù)(規(guī)格化,隱含1)2022/12/2147若E=0且M=0，N為0；若E=0且M≠0，N=(-1)S·2-127·(0.M)，非規(guī)格化數(shù)；若1≤E≤254，N=(-1)S·2E-127·(1.M)，規(guī)格化數(shù)；若E=255且M≠0，N=NaN（非數(shù)值）；若E=255且M=0，N=(-1)S∞（無窮大）。2022/12/2148例題：1.將IEEE754單精度數(shù)(8位十六進(jìn)制表示)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)(1)C0A00000H(2)3F880000H2.將十進(jìn)制數(shù)9和5/32轉(zhuǎn)換為IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的單精度數(shù),并用8位十六進(jìn)制表示1解:(1)C0A00000H=11000000101000000000000000000000=(-1)1×2129-127×(1.25)=-1×22×1.25=-1.25×4=-5.0D

2022/12/2149(2)3F880000H=00111111100010000000000000000000B=(-1)0×2127-127×(1.0625)=20×1.0625=1×1.0625=1.0625D

2解:(1)9=(-1)0×1001=(-1)0×23×1.001

=(-1)0×2130-127×1.001

二進(jìn)制代碼為：01000001000100000000000000000000B=41100000H2022/12/2150(2)5/32=(-1)0×0101×2-5=(-1)0×2-5×22×1.01

=(-1)0×2124-127×1.01

二進(jìn)制代碼為：00111110001000000000000000000000B=3E200000H

2022/12/2151考慮運(yùn)算的處理方法，主要有截斷法、舍入法、恒置1法、查表舍入法，是在速度、誤差、造價、實(shí)現(xiàn)方便等多方面的綜合權(quán)衡性能指標(biāo)：最大誤差和平均誤差及實(shí)現(xiàn)成本

下溢處理時應(yīng)注意的問題：先規(guī)格化，然后舍入處理；計算平均誤差時，要同時考慮正數(shù)區(qū)和負(fù)數(shù)區(qū)；在處理負(fù)數(shù)時，要注意不同的碼制。浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)下溢處理方法2022/12/2152截斷法（恒舍法）將尾數(shù)超出機(jī)器字長的部分簡單截去。處理簡單，不增加硬件，不需額外處理時間。在正數(shù)區(qū)是負(fù)誤差，負(fù)數(shù)區(qū)是正誤差。當(dāng)正、負(fù)數(shù)分別考慮時平均誤差最大。應(yīng)用在精度要求不高的場合。小型及微型計算機(jī)普遍采用。2022/12/2153舍入法（下舍上入法）機(jī)器運(yùn)算部分的規(guī)定字長之外增設(shè)一個附加位，存放溢出部分的最高位。每當(dāng)進(jìn)行尾數(shù)下溢處理時，檢測溢出部分值是否大于或等于二分之一基值實(shí)現(xiàn)簡單，增加硬件少，最大誤差小，平均誤差接近0在中低速機(jī)器上或要求精度損失盡可能小的場合下使用較多2022/12/2154恒置“1”法機(jī)器運(yùn)算部分的規(guī)定字長之最低位恒置成“1”狀態(tài)實(shí)現(xiàn)簡單，不需要增加硬件和處理時間。最大誤差最大，比截斷法的還要大使用較多，適合于中高速機(jī)器2022/12/2155查表舍入法用ROM或PLA存放下溢處理表，是截斷法和舍入法的綜合平均誤差可調(diào)節(jié)到趨于0（用截斷法的負(fù)誤差彌補(bǔ)舍入法的正誤差），是一種很有前途的實(shí)現(xiàn)方法需要增加一定的硬件設(shè)備量2022/12/2156(p-n)位n位1位(g-1)位(p-n)位ROM/PLAn位p位g位查表舍入法原理2022/12/2157000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果截斷法000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果舍入法000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果恒置“1”法000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果查表舍入法2022/12/2158查表舍入法舉例

例：由4位二進(jìn)制尾數(shù)（最低位為附加位）組成的ROM查表法，下溢處理成3位二進(jìn)制結(jié)果。請?jiān)O(shè)計下溢處理平均誤差接近于0的ROM表。地址數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)00000001000100000100110011010010001101010100110101011110010001011001100101011110111101100111110111011110011111112022/12/21592.2高級數(shù)據(jù)表示自定義數(shù)據(jù)表示（Self-defining）帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)描述符向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示堆棧數(shù)據(jù)表示2022/12/2160引入思想：減小高級語言和機(jī)器語言的語義差距，減輕編譯軟件的工作量分類帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)描述符一、自定義數(shù)據(jù)表示2022/12/2161大多數(shù)計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)的屬性由指令中的操作碼解釋類型：如定點(diǎn)、浮點(diǎn)、字符、字符串、邏輯數(shù)、向量等進(jìn)位制：如二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等字長：如字、半字、雙字、字節(jié)等尋址方式：如直接、間接、相對、寄存器尋址等功能：如地址、數(shù)值、控制字、標(biāo)志等2022/12/2162IBM370系列計算機(jī)中的加法指令指令助記符數(shù)據(jù)類型字長進(jìn)位制尋址方式AR定點(diǎn)數(shù)322R-RADR浮點(diǎn)數(shù)64階2，尾16R-RAER浮點(diǎn)數(shù)32階2，尾16R-RAH定點(diǎn)數(shù)162R-XA定點(diǎn)數(shù)322R-XAD浮點(diǎn)數(shù)64階2，尾16R-XAE浮點(diǎn)數(shù)32階2，尾16R-XAP定點(diǎn)十6410S-S2022/12/2163高級語言中數(shù)據(jù)的屬性在數(shù)據(jù)引用前給以定義如C語言中常用的基本數(shù)據(jù)類型：

int基本整型，即定點(diǎn)數(shù)；short為短整型；long為長整型；float為短浮點(diǎn)型；double為長浮點(diǎn)型；等等加法指令只有一條：A=A+B編譯器根據(jù)定義生成不同的加法指令2022/12/21641.帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示定義：用以定義某個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)值的數(shù)據(jù)表示。格式如下：類型標(biāo)志主要用于指明數(shù)據(jù)類型（如二進(jìn)制整數(shù)、十進(jìn)制整數(shù)等，也可用于指明機(jī)器內(nèi)部所用信息的各種類型）標(biāo)志符由編譯程序建立，對高級語言程序來說是透明的2022/12/216570年代生產(chǎn)的R-2試驗(yàn)性計算機(jī)中采用的10標(biāo)志符功能：操作數(shù)、指令、地址、控制字陷井：由軟件定義4種捕獲方式封寫：只讀或可讀可寫類型：16種不同的數(shù)據(jù)類型，與功能配合校驗(yàn)：奇偶校驗(yàn)功能2位陷井2位封寫1位類型4位校驗(yàn)1位數(shù)值2022/12/2166優(yōu)點(diǎn)：簡化指令系統(tǒng)和程序設(shè)計簡化了系統(tǒng)程序和編譯程序的設(shè)計便于一致性校驗(yàn)?zāi)苡捎布詣油瓿蓴?shù)據(jù)類型的變換支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供支持缺點(diǎn)：使程序所占用的主存空間增加降低指令的執(zhí)行速度必須用專門的指令完成標(biāo)志符的初始化2022/12/2167引入可行性分析存儲空間是否提高？

BA數(shù)據(jù)指令總數(shù)少總數(shù)多通常有面積B>面積A采用標(biāo)志符后數(shù)據(jù)字增長不采用標(biāo)志符采用標(biāo)志符后指令字縮短2022/12/2168實(shí)現(xiàn)時間是否減少？專門的指令用于標(biāo)志符初始化，增加了輔助開銷指令執(zhí)行過程中，對每個標(biāo)志符進(jìn)行逐個解釋，并判斷數(shù)據(jù)是否相容，因此單條指令的執(zhí)行速度降低，但宏觀執(zhí)行時間減少宏觀時間=設(shè)計時間+編譯時間+調(diào)試時間結(jié)論運(yùn)行時間增加，存儲空間減少。通用機(jī)中不使用，專用機(jī)（支持動態(tài)數(shù)據(jù)類型）中使用2022/12/2169思考題假若X處理機(jī)的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志符，指令和數(shù)據(jù)字長都為32位。Y處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶標(biāo)志符，數(shù)據(jù)字長增加至35位，3位是標(biāo)志符，其指令字長減少至30位。并假設(shè)一條指令平均訪問兩個操作數(shù)，每個操作數(shù)平均被訪問R次?，F(xiàn)有一程序，它的指令條數(shù)為I，計算在這兩種不同類型的處理機(jī)中程序占用的存儲空間的比。2022/12/21702.數(shù)據(jù)描述符目的：描述復(fù)雜和多維的結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)一步減少標(biāo)志符所占的存貯空間格式：描述符標(biāo)志位特征標(biāo)記數(shù)據(jù)塊長度數(shù)據(jù)塊起始地址382020舉例：現(xiàn)以美國Burroughs公司的B6500，7500為例進(jìn)行自定義數(shù)據(jù)表示的說明，格式如下：2022/12/2171數(shù)據(jù)000數(shù)值描述符101PCISRTD長度地址3111120220111：不連續(xù)數(shù)據(jù)0：連續(xù)數(shù)據(jù)1：數(shù)據(jù)集中的一個0：數(shù)據(jù)集的全體只準(zhǔn)讀出的數(shù)據(jù)00：數(shù)據(jù)描述符寫其他描述符0：不在主存中1：在主存中0：單精度數(shù)據(jù)1：雙精度數(shù)據(jù)2022/12/2172優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)陣列數(shù)據(jù)的索引比變址方法實(shí)現(xiàn)要快，而且能檢查程序設(shè)計中陣列越界錯誤為向量、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供一定的支持，有利于簡化編譯中的代碼生成引入可行性分析：同帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示描述符的工作過程如下圖2022/12/21731010000001