计算机系统结构复习讲解高教版

一、基本概念—名词计算机系统结构，计算机组成，计算机实现，透明性，局部性原理Amdahl定律，CPI，MIPS，MFLOPS，虚拟机，宿主机，仿真，模拟，冯·诺依曼结构等等第一章计算机系统结构的基本概念二、基本原理计算机系统层次结构系统结构与计算机系统结构的定义系统结构、组成与实现的三者关系计算机系统结构的分类计算机系统设计的定量原理加速使用频率高的部件，Amdahl定律计算机系统结构的评价标准（实际程序、 基准程序、简单基准程序、 基准程序）——基准程序系列机与兼容机局部性原理MIPS定义，MFLOPS定义计算机系统结构的发展并行性的概念及提高并行性的途径：系统结构与计算机系统结构定义的区别：计算机系统结构是机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。（还有一个系统结构的定义，这是由于存在计算机系统层次结构，不同人看到不同的计算机结构）系统结构、组成与实现的三者关系系统结构——存在某个部件组成——逻辑实现，门一级实现实现——物理实现，器件一级实现三、计算公式Amdahl定律CPU性能公式——CPI计算第二章计算机指令集结构一、基本概念－名词数据类型，数据表示，数据结构，寻址方式，定位方式，动态定位，静态定位，Huffman编码，RISC，CISC二、基本原理指令集结构分类以操作数

分类：堆栈型、累加器型，通用寄存器型（注意：间接

的 器-

器结构）数据表示数据表示、数据结构、数据类型以及相互之间关系操作数类型的表示（操作码

；数据加标识识；描述符）寻址技术编址方式（零地址，一地址和二地址）寻址方式（各种寻址方式）装入与定位方式（直接定位，静态定位，动态定位）4.

指令格式优化Huffman编码法Huffman

表，Huffman树操作码优化，地址码优化，指令系统设计规整性、完整性、高效率和兼容性5.

指令结构功能设计CISC机：三个目标优化（也反映了编译，操作系统和系统结构的关系）面向目标程序、面向高级语言、面向操作系统RISC机：导致RISC机产生的缘由；（2-8定理；控制器复杂；不易纠错修改）设计RISC机遵循的基本原则；精简指令系统—RISC定义选用使用频率高的指令。指令格式固定，简化寻址方式，加快执行速度。大多数指;令在单个机器周期期内完成。只保留LOAD指令和STORE指令器指令。运算类指令为寄存器型。5.逻辑采用硬布线逻辑，减少指令解释的开销。6.

优化支持编译系统。RISC

的

：延时转移技术（插空指令，调后指令）指令取消技术（对转移指令，类似延迟槽）寄存器窗

术法（现场）指令流调整（编译乱序）硬件为主、固件为辅OP指令。三、计算与设计指令格式设计指令格式的优化第三章流水线技术一、基本概念－名词先行控制，流水线，单功能流水线，标量流水线，重定向，分支预取，

通道，无调度方法，

向量，启动距离，性能分析，时空图，缓冲技术，预处理等二、基本原理先行控制技术操作四个操作栈流水线工作原理流水线分类（五种分类）操作部件级、指令级与处理器级流水线单功能流水线与多功能流水线静态流水线与动态流水线标量流水线与向量流水线

线性流水线与非线性流水线注意两点：部件级，处理机级和处理机间级（高教版）顺序流水，乱序流水；标量流水，向量流水3.

时空图流水线瓶颈和解决方法线性流水线性能指标线性流水线的吞吐率、加速比和效率非线性流水线调度技术启动距离，连接图与预约表，启动距离，向量状态转换图最小平均启动距离等间隔启动距离流水线相关与相关性数据相关；控制相关；结构相关全局相关，局部相关数据相关，名相关（反相关，输出相关），（结构相关，控制相关，数据相关）（结构

，控制

，数据

）先写后读DRW，先读后写WAR，写—写相关WAW解决相关性的途径等待插空调非相关指令通道8.预取转移目标加快和提前形成条件码转移延迟转移技术（延迟槽）流水线中的中断处理不精确断点、精确断点向量处理机向量数据表示，向量指令向量处理方式三、设计计算时空图性能分析非线性流水线最小平均启动时间第四章指令级并行一、名词量，超流水，动态调度，静态调度超长指令字，保留站，Tomasulo算法ILP，BHT，BTB，ROB前瞻执行（先执行再确认）二、原理或概念开发ILP的两种方法硬件动态，

静态流水线中调度策略集中式调度、分布式调度动态调度——乱序Tomasulo算法分布式检测；重命名（换名）3、动态分支针对控制相关，由硬件处理，

分支历史表BHT——历史状态，分支目标缓冲器BTB——历史目标地址多指令流出技术两种形式：

量和超流水量和超流水的定义静态调度——按序流出，流出口检测相关冲突动态调度——乱序流出，分布检测输入和输出序列：顺序输入顺序输出顺序输入乱序输出乱序输入乱序输出乱序输入顺序输出5.量超流水线性能分析三种结构量结构超流水结构量超流水结构超长指令字6.

循环展开和指令调度分析各种指令延迟，调后续无关指令插空展开循环体重复设置再插空指令第五章

层次一、基本概念－名词系统，直接映象方式，组相连映象方式，全相连映象方式，LRU算法，一致性，并行器，外部地址变换，堆栈型替换算法，包容性，低位交叉

器，写回法，虚拟器二、基本原理1.层次系统原理系统的定义（层次）结构系统的性能参数2.

并行与交叉

器高端交叉和

交叉3.

Cache

器追求目标——速度四个关键问题：映象规则（直接映象、全相联映象和分组映象）地址变换方法替换算法（随机法、先进先出、最久未使用）写操作（全写法、写回法）Cache性能分析时间、加速比、效三个参数：

平均率（讲了两个平均

时间公式，以书为准）Cache数据一致性Cache数据一致性的缘由解决Cache数据一致性方法降低Cache失效率方法分析缘由：3种强制性——开机容量——Cache太小——相联性8种措施：改变数据块大小；增加相联度；增加Cache容量VictimCache；伪相联；硬件预取；编译加预取编译优化减少失效开销读失效优先（加写缓冲器引起）；写缓冲合并；请求字处理——块读到字立即送入CPU——先读字，再传送块非阻塞Cache——乱序取数（一次

，多次

）多级Cache——问题：全局失效，局部失效减少命中时间小Cache，简单caceh，做在CPU内虚拟CacheCaceh

流水化TraecCache——存放CPU动态执行序列，如已经将循环展开，该指令序列已经无相关性4.

虚拟

器工作原理目标：追求容量段式、页式、段页式管理地址变换及加快地址变换方法快慢表，Hashing函数三、计算与设计cache

性能分析，平均

时间计算，CPU时间方式与地址变换设计和性能分析第六章输入输出系统一、基本概念－名词查询方式，程序中断方式，DMA方式，中断，关中断，保护现场，中断嵌套，通道，中断字，中断优先级，中断响应时间，中断向量二、基本原理I/O基本原理I/O系统组成：I/O设备+I/O接口+I/O驱动程序I/O系统三大特点：异步性+实时性+设备无关性I/O方式：查询