体系结构名词解释

1、名词解释：（1）静态流水线同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。（2）分段开采当向量的长度大于向量寄存器的长度时，必须把长向量分成长度固定的段，然后循环分段处理，每一次循环只处理一个向量段。（3）计算机体系结构程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性（4）时间重叠在并行性中引入时间因素，即多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。（5）TLB个专用高速存储器，用于存放近期经常使用的页表项，其内容是页表部分内容的一个副本（6）结构冲突指某种指令组合因为资源冲突而不能正常执行（7）程序的局部性原理程序在执行时所访问的

2、地址不是随机的，而是相对簇聚；这种簇聚包括指令和数据两部分。（8）2：1Cache经验规则大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N /2的两路组相联Cache的实效率。（9）组相联映象主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方（10）数据相关当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现时的顺序，将导致数据相关。（1）动态流水线同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。（2）透明性指在计算机技术中，把本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的特性。（3）层次结构计算机系统可以

3、按语言的功能划分为多级层次结构，每一层以不同的语言为特征。（4）资源共享是一种软件方法，它使多个任务按一定的时间顺序轮流使用同一套硬件设备。（5）快表个专用高速存储器，用于存放近期经常使用的页表项，其内容是页表部分内容的一个副本。（6）控制相关指由分支指令引起的相关，它需要根据分支指令的执行结果来确定后续指令是否执行。（7）存储层次采用不同的技术实现的存储器，处在离CPU不同距离的层次上，目标是达到离CPU最近的存储器的速度，最远的存储器的容量。（8）失效开销CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。（9）全相联映象主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。

4、计算机组成指的是计算机组成的物理实现，包括物理机器中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。系列机是指由同一厂家生产的具有相同体系结构的单具有不同不同组成和实现的一系列不同型号的机器。兼容机：不同制造商生产的具有相同系统结构的计算机。 软件兼容：同一个软件可以不加修改第运行于体系结构相同的各档及其，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间不同。向后前兼容是指按照某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改的就能运行于再他之后前投入市场计算机。向上下兼容：指的是按照某档计算机编制的程序，不加修改就能运行于比他高低的计算机。模拟：是指用软件的方法在一台现有的计算机上实现另一台计

5、算机的指令集。并行性：是指计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或者操作。只要在实践上互相重叠，就存在并行性，他包含同时性和并发性两种含义同时性：两个或者两个以上的时间在同一时刻发生。并发性：两个或者两个以上的时间在同一时间间隔内发生。提高并行性的技术途径：（1）时间重叠：多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。（2）资源重复：通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。（3）资源共享：是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。3、计算机系统结构、计算机组成、计算机实现之间的关系：计算

6、机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面，即机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。计算机组成：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。它着眼于物理机器级内各事件的排序方式与控制方式、各部件的功能以及各部件之间的关系。计算机的实现：指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。它着眼于器件技术和微组装技术，其中器件技术在实现技术中起主导作用。4存储程序计算机（冯·诺依曼结构）采用存储程序原理，将程序和数据存放在同一存储器中。指令

7、在存储器中按其执行顺序存储，由指令计数器指明每条指令所在的单元地址。1. 响应时间从事件开始到结束之间的时间，也称执行时间。2. 测试程序用于测试计算机性能的程序，可分为四类：真实程序、核心程序、小测试程序、合成测试程序。3. 测试程序组件选择一个各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用的测试程序集合。这个通用的测试程序集合称为测试程序组件。4. 大概率事件优先此原则是计算机体系结构中最重要和最常用的原则。对于大概率事件（最常见的事件），赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。5. 系统加速比系统改进前与改进后总执行时间之比。6. Amdahl定律加快某部件执行速度所获得的系统性

8、能加速比，受限于该部件在系统中的所占的重要性。7. 程序的局部性原理程序在执行时所访问的地址不是随机的，而是相对簇聚；这种簇聚包括指令和数据两部分。8. CPI指令时钟数（Cycles per Instruction）。第二章1 CISC复杂指令集计算机。RISC精简指令集计算机。2 增强CISC指令功能主要是从以下几个方面着手：面向目标程序增强指令功能 a增强运算型指令的功能；b增强数据传送指令的功能；c增强程序控制指令的功能，丰富的程序控制指令为编程提供了多种选择。 1. CISC结构存在的缺点(1) 在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。(2) CISC结构指令系统的复

9、杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。(3) CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。(4) CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。(5) 在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。数据表示：是计算机硬件能够直接识别、指令集可以直接调用的数据类型。所有数据类型中最常用、相对比较简单、用硬件实现比较容易的几种MIPS的寄存器（了解）P43页MIPS的数据寻址方式有那四种？寄存器寻址、立即数寻址、偏移量寻

10、址、寄存器间接寻址哈弗曼编码方法的计算（1）码长表示法（2）码点表示法2设计RISC原则(1)选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令；(2)每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成；(3)所有指令长度均相同；(4)只有Load和Store操作指令才访问存储器;(5)其它指令操作均在寄存器之间进行；(6)以简单有效的方式支持高级语言。数据表示：硬件能够直接识别、指令集可以直接调用的数据类型。MIPS寄存器有32个64位通用寄存器，提供了单精度和双精度（32位和64位）操作的指令；寻址方式：第三章1、流水技术是指：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在

11、其专用功能段上与其他子过程同时执行。流水线实现的五步：取指令、指令编译或寄存器读取、执行或有效地址计算、存储器访问或分支完成、写回2、指令流水线特点：(1) 流水线把一个处理过程分解成若干个子过程，每个子过程由专用的功能段实现；(2) 各个功能段所需时间应尽量相等，否则，时间长的功能段将成为流水线的瓶颈，会造成流水线的“堵塞”和“断流”。(3) 流水线每个功能部件后面都有一个缓冲寄存器(4) 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有输入端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。(5) 流水线需要有通过时间和排空时间3、流水线中的相关是指相邻或相近的两条指令因存在某种关联相关分类：（1）数据相

12、关（2）名相关，包括反相关和输出相关（输出相关用换名技术来消除）（3）控制冲突 流水线冲突分类及对策：（1）结构冲突（2）数据冲突，包括写后读冲突、写后写冲突和读后写冲突，对策有定向技术、停顿（气泡法）和编译器解决（3）控制冲突，最简单方法冻结或排空4、流水线的分类(1)功能上;单功能流水线；多功能流水线(2)同一时段各段之间联系（对多功能来说）：静态流水线、动态流水线；(3)级别上：部件级流水线、处理机级流水线、处理机间流水线；(4)按是否有反馈回路：线性流水线、非线性流水线；(5)按任务流入和流出顺序是否相同：顺序流水线、乱序流水线；5， 吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果

13、的数量。最大吞吐率是指流水线在连续流动达到稳定状态后所得到的吞吐率。第五章 存储层次1、cache降低失效率的几种方法 增加块大小、提高相联度、victim cache、伪相联 cache、硬件预存、编译器控制的预存、编译器优化2、子块放置技术：把Cache块进一步划分为更小的块(子块)，并给每个子块赋予一位有效位，用于指明该子块中的数据是否有效。Cache与下一级存储器之间以子块为单位传送数据。但标识仍以块为单位4、减少失效开销技术让读失效优先于写子块放置技术请求字处理技术非阻塞Cache技术采用两级Cache5、请求字优先：调块时，从请求字所在的位置读起。这样，第一个读出的字便是请求字。将

14、之立即发送给CPU从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：（1）指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行。（2）指令级并行：并行执行两条或两条以上的指令。（3）线程级并行：并行执行两个或两个以上的线程。通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位。（4）任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务（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的作业或程序。 1存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的 局部性 原理，它包含时间局部性 和空间局部性两方面。2伪相联既能获得多路组相联 cache的命中率，又能保持直接映像 cache的命中速度。3CPU中用来存储操作数的存储单元主要有寄存器、 堆栈和累加器 。4将计算机系统中某一功能的处理速度提高到原来的20倍，但该系统的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此提高性能的方法后，能使整个系统的性能提高到原来的 1.61 倍。5虚拟存储器采用 全相联 映像规则，写策略采用 写回策略 。1. 计算机系统的多层结构从高到低可以分为应用