【正文】 模型第6級專用應(yīng)用語言 機(jī)器特定應(yīng)用用戶（使用特定應(yīng)用語言）（經(jīng)應(yīng)用程序翻譯成高級語言）第5級通用高級語言 機(jī)器高級語言程序員（使用通用高級語言）（經(jīng)編譯程序翻譯成匯編語言）第4級匯編語言 機(jī)器匯編語言程序員（使用匯編語言）（經(jīng)匯編程序翻譯成機(jī)器語言、操作系統(tǒng)原語）第3級操作系統(tǒng)語言 機(jī)器操作系統(tǒng)用戶（使用操作系統(tǒng)原語）（經(jīng)原語解釋子程序翻譯成機(jī)器語言）第2級傳統(tǒng)機(jī)器語言 機(jī)器傳統(tǒng)機(jī)器程序員（使用二進(jìn)制機(jī)器語言）（由微程序解釋成微指令序列）第1級微指令語言 機(jī)器微指令程序員（使用微指令語言）（由硬件譯碼器解釋成控制信號(hào)序列）第0級硬聯(lián)邏輯 硬件設(shè)計(jì)員第0級由硬件實(shí)現(xiàn)，第1級由微程序?qū)崿F(xiàn)，第2級至第6級由軟件實(shí)現(xiàn)，由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為：虛擬機(jī)從學(xué)科領(lǐng)域來劃分：第0和第1級屬于計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)，第3至第5級是系統(tǒng)軟件，第6級是應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)組成：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)確定數(shù)據(jù)通路的寬度?確定各種操作對功能部件的共享程度?確定專用的功能部件?確定功能部件的并行度?設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略?設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)?確定采用何種可靠性技術(shù)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部件的物理結(jié)構(gòu)?器件的集成度和速度?專用器件的設(shè)計(jì)?器件、模塊、插件、底版的劃分與連接?信號(hào)傳輸技術(shù)?電源、冷卻及裝配技術(shù)，相關(guān)制造工藝及技術(shù)等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是三個(gè)不同的概念。Amdahl定律：（定量原理）系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。用軟件實(shí)現(xiàn)乘法和除法，速度降低100倍左右，求定點(diǎn)等效速度。解：?等效CPI1＝100 2％＋4 23％＋ 75％＝等效CPI2＝4 25％＋ 75％＝由于改進(jìn)了僅占2％的FPSQR操作的CPI，使等效速度提高了近一倍第二章數(shù)據(jù)表示+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=數(shù)據(jù)類型操作碼的優(yōu)化表示：定長編碼、HUFFMAN編碼、擴(kuò)展編碼（***課后題****）復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISC：增強(qiáng)指令功能，設(shè)置功能復(fù)雜的指令；面向目標(biāo)代碼、面向高級語言、面向操作系統(tǒng)；用一條指令代替一串指令RISC精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)：簡化指令功能，只保留功能簡單的指令；較復(fù)雜的功能用子程序來實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能用子程序來實(shí)現(xiàn)RISC的思想精華：減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)（CPI）RISC的特點(diǎn)(1) 簡單而統(tǒng)一格式的指令譯碼。 (5) 采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù) 。采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的兩個(gè)限制條件 (1)被移動(dòng)指令在移動(dòng)過程中所經(jīng)過的指令之間不能有數(shù)據(jù)相關(guān)(2)被移動(dòng)的指令不破壞條件碼，至少不影響后面的指令使用條件碼 如果找不到符號(hào)條件的指令，必須在條件轉(zhuǎn)移指令后面插 入空操作 如果指令的執(zhí)行過程分為多個(gè)流水段，則要插入多條指令指令取消技術(shù)原因：采用指令延時(shí)技術(shù)，在許多情況下找不到可以用來 調(diào)整的指令 向后轉(zhuǎn)移（循環(huán)程序）實(shí)現(xiàn)方法：循環(huán)體的第一條指令經(jīng)調(diào)整后安排在兩個(gè)位 置，第一個(gè)位置是在循環(huán)體的前面，第二個(gè)位置安排在循 環(huán)體的后面，如果轉(zhuǎn)移成功，則執(zhí)行循環(huán)體后面的指令，然后返回到循 環(huán)體開始；否則，則取消循環(huán)體后面的指令，繼續(xù)執(zhí)行后 面的指令重疊寄存器窗口技術(shù)（Overlapping Register Window） 原因：RISC中，子程序比CISC中多，因傳送參數(shù)而訪存的信息量很大 美國加洲大學(xué)伯克利分校的F Baskett提出 實(shí)現(xiàn)方法：設(shè)置一個(gè)數(shù)量比較大的寄存器堆，并把它劃分 成很多個(gè)窗口。第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)：（或存儲(chǔ)體系、存儲(chǔ)層次）定義：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來成為一個(gè) 系統(tǒng)。 訪問的局部性原理是構(gòu)成層次化存儲(chǔ)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量? 要求：存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量等于M2存儲(chǔ)器的容量? 提供盡可能大的地址空間，且能夠隨機(jī)訪問? 方法有兩種：? 只對M2存儲(chǔ)器進(jìn)行編址，M1存儲(chǔ)器只在內(nèi)部編址 另外設(shè)計(jì)一個(gè)容量很大的邏輯地址空間存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度速度用存儲(chǔ)器的讀出時(shí)間、訪問周期、頻帶寬度等表示。方法是：當(dāng)不命中時(shí)，在數(shù)據(jù)從主存儲(chǔ)器中取出送往CPU的同時(shí)，把主存儲(chǔ)器相鄰幾個(gè)單元中的數(shù)據(jù)（稱為一個(gè)數(shù)據(jù)塊）都取出來送入CACHE。，計(jì)算命中率和等效訪問周期；，命中率和等效訪問周期應(yīng)當(dāng)為多少？， 塊的大小至少要增加到幾個(gè)字？存儲(chǔ)器的頻帶平衡：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各級存儲(chǔ)器的頻帶應(yīng)該達(dá)到平衡解決存儲(chǔ)器頻帶平衡方法(1) 多個(gè)存儲(chǔ)器并行工作（本節(jié)）并行訪問存儲(chǔ)器交叉訪問存儲(chǔ)器高位交叉訪問存儲(chǔ)器。(3) 頁面大小。堆棧型算法的基本特點(diǎn)是：隨著分配給程序的主 存頁面數(shù)增加，主存的命中率也提高，至少不會(huì) 下降。在CACHE容量比較小的時(shí)候，命中率提高得非?？?，隨著Cache容量的增加，命中率提高的速度逐漸降低。超過最佳值后命中率開始下降。? 當(dāng)組數(shù)不太大時(shí)(512組以下)，命中率的降低相當(dāng)少；? 當(dāng)組數(shù)超過一定數(shù)量時(shí)，命中率的下降很快。僅當(dāng)替換時(shí)， 才把修改過的Cache塊寫回到主存。? (4) 硬件實(shí)現(xiàn)的代價(jià)，寫回法要比寫直達(dá)法好。第四章輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)輸入輸出系統(tǒng)是處理機(jī)與外界數(shù)據(jù)交換的通道。 異步性反映了設(shè)備相對于CPU的獨(dú)立性，采用自治控制的方法來解決?；臼杖胼敵龇绞剑海?；（DMA）方式中斷：中斷系統(tǒng)需要硬件和軟件共同來實(shí)現(xiàn)。中斷可以是硬件引起的，也可以是軟件引起的。中斷優(yōu)先級與中斷服務(wù)順序：要求：響應(yīng)速度快，靈活性好。數(shù)據(jù)恢復(fù)的難易程度。 P231方法二：改變處理機(jī)優(yōu)先級 P232例：某處理機(jī)有4個(gè)中斷源，分別為DDDD4。通道處理機(jī)例題2：某處理機(jī)共有4個(gè)中斷源DDD3和D4，它們的硬件中斷優(yōu)先級從低到高分別為1級、2級、3級和4級。000為處理機(jī)本身的優(yōu)先級，001～100分別表示4個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級。每次為一臺(tái)高速設(shè)備傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，并輪流為多臺(tái)外圍設(shè)備服務(wù)。(2)如果這個(gè)字節(jié)多路通道的最大流量正好等于通道實(shí)際流量，并假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率高的設(shè)備，其優(yōu)先級也高。D5的第一次請求沒有響應(yīng)，數(shù)據(jù)丟失。 處于主存儲(chǔ)器與運(yùn)算器之間，平滑運(yùn)算器與主存儲(chǔ)器的工作。讀出的操作數(shù)存放在操作數(shù)寄存器中或覆蓋掉地址寄存器中的地址。3. 先行控制技術(shù)的關(guān)鍵是緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)4. 線性流水線：每一個(gè)流水段都流過一次，而且僅流過一次5. 非線性流水線：某些流水段之間有反饋回路或前饋回路。(3)求最小啟動(dòng)循環(huán)和最小平均啟動(dòng)距離。簡單循環(huán)：狀態(tài)圖中各種沖突向量只經(jīng)過一次的啟動(dòng)循環(huán)。主要包括：無條件轉(zhuǎn)移、一般條件轉(zhuǎn)移、復(fù)合條件轉(zhuǎn)移、中斷等。超流水線處理機(jī)：在一個(gè)周期內(nèi)分時(shí)發(fā)射多條指令的處理機(jī)，超流水線處理機(jī)采用的是時(shí)間并行性。兩者相比較，加速比是多少？（2）、計(jì)算該流水線的效率和吞吐率。(4)傳輸時(shí)延 (Transport latency)：等于飛行時(shí)間與傳輸時(shí)間之和。移數(shù)置換或PM2i或加減2i置換：PM2+i(X)=（X+2^i）mod N (N看有多少個(gè)處理機(jī)；2i同理)：假設(shè)16個(gè)處理機(jī)的編號(hào)分別為0、…、15，采用單級互連網(wǎng)絡(luò)。三條技術(shù)途徑：(1)資源重復(fù)：重復(fù)設(shè)置多個(gè)部件來提高速度。并行處理機(jī)的兩種分類及其結(jié)構(gòu)分類：分布存儲(chǔ)器并行處理機(jī)和共享存儲(chǔ)器并行處理機(jī) ?分布式存儲(chǔ)器并行處理機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖 ?共享存儲(chǔ)器并