電大專科計(jì)算機(jī)組成原理考試小抄【御用版-文庫(kù)吧
2025-05-16 14:57 本頁(yè)面
【正文】 存的一個(gè)塊直接拷貝到 cache中的任意一行上，非常靈活 優(yōu)點(diǎn)：命中率較高， Cache 的存儲(chǔ)空間利用率高 缺點(diǎn)： 電路難于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，因此只適合于小容量cache采用 ? 直接映射 也是一種多對(duì)一的映射關(guān)系，但一個(gè)主存塊只能拷貝到cache的一個(gè)特定行位置上去 優(yōu)點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn) 缺點(diǎn)： 每個(gè)主存塊只有一個(gè)固定的行位置可存放 ,容易產(chǎn)生沖突。因此適合大容量 cache采用。 ? 組相聯(lián)映射 這種方式是前兩種方式的折衷方案。它將 cache分成 u組，每組 v行，主存塊存放到哪個(gè)組是固定的，至于存到該組哪 一行是靈活的，即有如下函數(shù)關(guān)系： m＝ u v 組號(hào) q＝ j mod u 組間采用直接映射，組內(nèi)為全相聯(lián) 硬件較簡(jiǎn)單，速度較快，命中率較高 cache 的三種常用替換算法： 最不經(jīng)常使用 (LFU)算法 近期最少使用 (LRU)算法 隨機(jī)替換 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 虛擬存儲(chǔ)器只是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器。 它借助于磁盤等輔助存儲(chǔ)器來擴(kuò)大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。虛擬 存儲(chǔ)器指的是主存～外存層次。它以透明的方式給用戶提供了一個(gè)比實(shí)際主存空間大得多的程序地址空間。此時(shí)程序的邏輯地址稱為虛擬地址 (虛地址 )。 堆棧 的兩種 工作過程 ： （ 1）進(jìn)棧操作 教科書 P144 圖 ① 建立堆棧，由指令把棧頂?shù)刂匪腿?SP，指針指向棧頂。 ② 進(jìn)棧： (A)→Msp, (sp) 1→SP ； Msp:存儲(chǔ)器的棧頂單元 （ 2）出棧操作 教科書 P144 圖 （ SP） +1→SP, (Msp)→A 堆棧尋址方式的特點(diǎn)： 堆棧能根據(jù)程序員 要求，設(shè)置任意長(zhǎng)度； 可按程序員要求，在主存中建立多個(gè)堆棧； 可用訪存指令來對(duì)堆棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋址操作。 CISC的主要特點(diǎn)： (1) 指令系統(tǒng)復(fù)雜。具體表現(xiàn)在指令數(shù)多、尋址方式多、指令格式多； (2) 絕大多數(shù)指令需要多個(gè)時(shí)鐘周期才能執(zhí)行完成； (3) 各種指令都可訪問存儲(chǔ)器； (4) 采用微程序控制； (5) 有專用寄存器； (6) 難以用優(yōu)化編譯生成高效的目標(biāo)代碼程序。 RISC技術(shù)的主要特征： （ 1） 一個(gè)有限的簡(jiǎn)單指令集： 選用使用 頻率最高（ 80%90%）的一些簡(jiǎn)單指令； 指令長(zhǎng)度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少； 只有取數(shù) /存數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器，其余指令的操作都在寄存器之間進(jìn)行； （ 2） CPU 配備大量的通用寄存器，以寄存器－寄存器方式工作，減少訪存操作； （ 3） 強(qiáng)調(diào)指令流水線的優(yōu)化，使大多指令可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完畢； （ 4） 采用由陣列邏輯實(shí)現(xiàn)的組合電路控制器，不用或少用微程序； （ 5） 采用優(yōu)化編譯技術(shù)，對(duì)寄存器分配進(jìn)行優(yōu)化，保證流水線暢通。 指令周期 ： CPU 從內(nèi)存取出一條指 令并執(zhí)行這條指令的時(shí)間總和。 CPU 周期 ： 又稱機(jī)器周期， CPU 訪問一次內(nèi)存所花的時(shí)間較長(zhǎng)，因此用從內(nèi)存讀取一條指令字的最短時(shí)間來定義。 時(shí)鐘周期 ： 通常稱為節(jié)拍脈沖或 T 周期。一個(gè) CPU周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期 微命令： 控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的控制命令 微操作： 執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作 微指令： 實(shí)現(xiàn)一定操作功能的一組微命令 微程序： 實(shí)現(xiàn)一條機(jī)器指令功能的微指令序列 根據(jù)設(shè)計(jì)方法不同，操作控制器可分為時(shí)序邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、時(shí)序邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型三種。第一種稱為 硬布線控制器 ， 它是采用時(shí)序邏輯技術(shù)來 實(shí)現(xiàn)的；第二種稱為 微程序控制器 ， 它是采用存儲(chǔ)邏輯來實(shí)現(xiàn)的；第三種是前兩種方式的組合。我們重點(diǎn)介紹微程序控制器。 1. 硬布線控制器 : 采用時(shí)序邏輯技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的操作控制器。 2. 微程序控制器 : 采用存儲(chǔ)邏輯來實(shí)現(xiàn)的的操作控制器。 流水過程中通常會(huì)出現(xiàn)以下三種相關(guān)沖突 ， 使流水線斷流。 1. 資源相關(guān) 資源相關(guān)是指多條指令進(jìn)入流水線后在同一機(jī)器時(shí)鐘周期內(nèi)爭(zhēng)用同一個(gè)功能部件所發(fā)生的沖突。假定一條指令流水線由五段組成。由下表可以看出，在時(shí)鐘 4時(shí)，I1 與 I4 兩條指令發(fā)生爭(zhēng)用存儲(chǔ)器資源的相關(guān)沖突 解決資源相關(guān)沖突 的辦法： (1) 第 I4 條指令停頓一拍后再啟動(dòng)； (2) 增設(shè)一個(gè)存儲(chǔ)器，將指令和數(shù)據(jù)分別放在兩個(gè)存儲(chǔ)器中 2. 數(shù)據(jù)相關(guān) 在一個(gè)程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)的。 在流水計(jì)算機(jī)中，指令的處理是重疊進(jìn)行的，前一條指令還沒有結(jié)束，第二、三條指令就陸續(xù)地開始工作。由于多條指令的重疊處理，當(dāng)后繼指令所需的操作數(shù)，剛好是前一指令的運(yùn)算結(jié)果時(shí)，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。 解決數(shù)據(jù)相關(guān)沖突的辦法： 在流水 CPU 的運(yùn)算器中設(shè)置若干運(yùn)算結(jié)果緩沖寄存器， 暫時(shí)保留運(yùn)算結(jié)果，以便于后繼指令直接使用 , 這稱為 “ 向前 ” 或定向傳送技術(shù) 3. 控制相關(guān) 控制相關(guān)沖突是由轉(zhuǎn)移指令引起的。當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，依據(jù)轉(zhuǎn)移條件的產(chǎn)
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