【正文】 條件改變控制流時(shí)，稱之為跳轉(zhuǎn)。即高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言是一一對(duì)應(yīng)的，這種機(jī)器稱為間接執(zhí)行型高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器。面向高級(jí)語(yǔ)言(HL)的機(jī)器采用各種對(duì)高級(jí)語(yǔ)言和編譯程序提供支持的措施，使機(jī)器語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)義差距比傳統(tǒng)的馮指令集結(jié)構(gòu)的規(guī)整性沒(méi)有或盡可能減少例外的情況和特殊的應(yīng)用，以及所有運(yùn)算都能對(duì)稱、均勻地在存儲(chǔ)器單元或寄存器單元之間進(jìn)行。三種類型指令集結(jié)構(gòu)根據(jù)CPU內(nèi)部存儲(chǔ)單元類型，將指令集結(jié)構(gòu)分為堆棧型指令集結(jié)構(gòu)、累加器型指令集結(jié)構(gòu)和通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)。緊密耦合機(jī)間物理連接的頻帶較高，它們往往通過(guò)總線或高速開關(guān)實(shí)現(xiàn)互連，可以共享主存。異構(gòu)型（非對(duì)稱型）多處理機(jī)由多個(gè)不同類型，至少擔(dān)負(fù)不同功能的處理機(jī)組成，按照作業(yè)要求的順序，利用時(shí)間重疊原理，依次對(duì)它們的多個(gè)任務(wù)進(jìn)行加工，各自完成規(guī)定的功能動(dòng)作。時(shí)間重疊多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。指令級(jí)并行并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。字串位并同時(shí)對(duì)一個(gè)字的全部位進(jìn)行處理，不同字之間是串行的。同時(shí)性兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生的并行性。模擬用軟件的方法在一臺(tái)現(xiàn)有的機(jī)器（稱為宿主機(jī)host）上實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)機(jī)器（稱為虛擬機(jī)）的指令集。軟件兼容同一個(gè)軟件可以不加修改地運(yùn)行于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的各檔機(jī)器，而且它們所獲得的結(jié)果一樣，差別只在于運(yùn)行時(shí)間不同。諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輸入/輸出方式程序控制（程序等待、程序中斷）、DMA、通道、I/O處理機(jī)相聯(lián)存儲(chǔ)器CAM可按內(nèi)容訪問(wèn)的存儲(chǔ)器。這組程序稱為基準(zhǔn)測(cè)試程序套件，它是由各種不同的真實(shí)應(yīng)用程序構(gòu)成的。用戶可以隨時(shí)編寫一些這樣的程序來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的各種功能，并產(chǎn)生用戶已預(yù)知的輸出結(jié)果，如皇后問(wèn)題、迷宮問(wèn)題、快速排序、求素?cái)?shù)、計(jì)算π等。CPU時(shí)間CPU為用戶程序工作的時(shí)間，不包含I/O等待時(shí)間及運(yùn)行其他程序的時(shí)間。CPI = 總時(shí)鐘周期數(shù) / IC反映了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)指令集的結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組織。CPU性能公式程序執(zhí)行的CPU時(shí)間= CPI 180。它是改進(jìn)前所需的執(zhí)行時(shí)間與改進(jìn)后執(zhí)行時(shí)間的比。系統(tǒng)的加速比對(duì)系統(tǒng)中的某些部件進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的系統(tǒng)性能與改進(jìn)前的系統(tǒng)性能之比。指令流機(jī)器執(zhí)行的指令序列。最大并行度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)能夠處理的最大的二進(jìn)制位數(shù)。計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯實(shí)現(xiàn)。先把N+1級(jí)程序全部變換成N級(jí)程序后，再去執(zhí)行新產(chǎn)生的N級(jí)程序，在執(zhí)行過(guò)程中N+1級(jí)程序不再被訪問(wèn)。虛擬機(jī)器由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器。解釋語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的一種基本技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)程序員所看到的計(jì)算機(jī)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)?？梢杂闷矫嬷苯亲鴺?biāo)系中的一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其橫坐標(biāo)表示字寬（n位），縱坐標(biāo)表示一次能同時(shí)處理的字?jǐn)?shù)（m字）。數(shù)據(jù)流由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列。Amdahl定律加快某部件執(zhí)行速度所獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件在系統(tǒng)中所占的重要性。程序的局部性原理程序在執(zhí)行時(shí)所訪問(wèn)地址的分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)地簇聚；這種簇聚包括指令和數(shù)據(jù)兩部分。 IC / 時(shí)鐘頻率IC 程序執(zhí)行過(guò)程中所處理的指令數(shù)。響應(yīng)時(shí)間從事件開始到結(jié)束之間的時(shí)間，也稱為執(zhí)行時(shí)間。可細(xì)分為用戶CPU時(shí)間及系統(tǒng)CPU時(shí)間。合成測(cè)試程序首先對(duì)大量的應(yīng)用程序中的操作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到各種操作比例，再按這個(gè)比例構(gòu)造測(cè)試程序。目前最成功和最常見(jiàn)的測(cè)試程序套件是SPEC系列。相聯(lián)處理機(jī)以相聯(lián)存儲(chǔ)器為核心的處理機(jī)。兼容機(jī)不同廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。仿真用一臺(tái)現(xiàn)有機(jī)器（稱為宿主機(jī)）上的微程序去解釋實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)機(jī)器（稱為目標(biāo)機(jī)）的指令集。并發(fā)性兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的并行性。字并位串同時(shí)對(duì)許多字的同一位（稱為位片）進(jìn)行處理。線程級(jí)并行并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位。資源重復(fù)通過(guò)重復(fù)設(shè)置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。分布處理系統(tǒng)把若干臺(tái)具有獨(dú)立功能的處理機(jī)（或計(jì)算機(jī)）相互連接起來(lái)，在操作系統(tǒng)的全盤控制下，統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作，而最少依賴集中的程序、數(shù)據(jù)或硬件。第2章 計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)堆棧型機(jī)器其CPU中存儲(chǔ)操作數(shù)的主要單元是堆棧。通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)的三種類型寄存器－寄存器型（RR：RegisterRegister）寄存器－存儲(chǔ)器型（RM：RegisterMemory）存儲(chǔ)器－存儲(chǔ)器型（MM：MemoryMemory）CISC復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)。規(guī)整性主要包括對(duì)稱性和均勻性。諾依曼型機(jī)器縮小許多。直接執(zhí)行型高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器本身沒(méi)有機(jī)器語(yǔ)言，或者說(shuō)高級(jí)語(yǔ)言就作為機(jī)器語(yǔ)言。分支當(dāng)控制指令是有條件改變控制流時(shí)，稱之為分支。操作數(shù)的類型主要有：整數(shù)（定點(diǎn)）、浮點(diǎn)、十進(jìn)制、字符、字符串、向量、堆棧等。第3章 流水線技術(shù)一次重疊執(zhí)行方式把執(zhí)行第k條指令與取第k+l條指令同時(shí)進(jìn)行。先行控制技術(shù)緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)的結(jié)合。時(shí)(間)空(間)圖用來(lái)描述流水線的工作，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)代表流水線的各段。功能流水線流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接，從而使流水線在不同的時(shí)間，或者在同一時(shí)間完成不同的功能。處理機(jī)級(jí)流水線（指令流水線）把解釋指令的過(guò)程按照流水方式處理。線性流水線流水線的各段串行連接，沒(méi)有反饋回路。每一個(gè)任務(wù)在流水線的各段中是一個(gè)跟著一個(gè)順序流動(dòng)的。最大吞吐率流水線在連續(xù)流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后所得到的吞吐率。排空時(shí)間流水線中最后一個(gè)任務(wù)通過(guò)流水線所需的時(shí)間。相關(guān)指兩條指令之間存在某種依賴關(guān)系。名相關(guān)如果兩條指令使用相同的名，但是它們之間并沒(méi)有數(shù)據(jù)流動(dòng)，則稱這兩條指令存在名相關(guān)。輸出相關(guān)指令的執(zhí)行順序是不能顛倒的，以保證最后的結(jié)果是指令j寫進(jìn)去的?？刂葡嚓P(guān)由分支指令引起的相關(guān)。數(shù)據(jù)沖突當(dāng)相關(guān)的指令靠得足夠近時(shí)，它們?cè)诹魉€中的重疊執(zhí)行或者重新排序會(huì)改變指令讀/寫操作數(shù)的順序，使之不同于它們非流水實(shí)現(xiàn)時(shí)的順序，則發(fā)生了數(shù)據(jù)沖突。寫后讀沖突（RAW）考慮流水線中的兩條指令i 和j，且i在j之前進(jìn)入流水線中，j的執(zhí)行要用到i的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)它們?cè)诹魉€中重疊執(zhí)行時(shí)，j可能在i寫入其計(jì)算結(jié)果之前就先行對(duì)保存該結(jié)果的寄存器進(jìn)行讀操作，從而得到錯(cuò)誤的值。凍結(jié)或排空流水線在流水線中，處理分支最簡(jiǎn)單的方法，保持或清除流水線在分支指令之后讀入的任何指令，直到知道分支指令的目標(biāo)地址以及分支轉(zhuǎn)移是否成功為止。預(yù)測(cè)分支成功的方法一旦流水線譯碼到一條指令是分支指令，且完成了分支目標(biāo)地址的計(jì)算，我們就假設(shè)分支轉(zhuǎn)移成功，并開始在分支目標(biāo)地址處取指令執(zhí)行。水平(橫向)處理方式在橫向處理方式中，向量計(jì)算是按行的方式從左到右橫向地進(jìn)行。存儲(chǔ)器－存儲(chǔ)器型操作的運(yùn)算流水線向量運(yùn)算指令的源/目向量都放在存儲(chǔ)器內(nèi)，使得流水線運(yùn)算部件的輸入、輸出端直接與存儲(chǔ)器相聯(lián)，構(gòu)成MM型的運(yùn)算流水線。功能部件沖突向量功能部件沖突指的是同一個(gè)向量功能部件被一條以上的并行工作向量指令所使用。向量處理機(jī)的峰值性能R165。第4章 指令級(jí)并行指令級(jí)并行當(dāng)指令之間不存在相關(guān)時(shí)，它們可以在流水線中重疊起來(lái)并行執(zhí)行。程序順序由源程序確定的在完全串行方式下指令的執(zhí)行順序。它不是在程序執(zhí)行的過(guò)程中、而是在編譯期間進(jìn)行代碼調(diào)度和優(yōu)化。精確異常當(dāng)執(zhí)行指令i導(dǎo)致發(fā)生異常時(shí)，處理機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)跟嚴(yán)格按程序順序執(zhí)行時(shí)指令i的現(xiàn)場(chǎng)相同。它是一條重要的數(shù)據(jù)通路，所有功能部件的計(jì)算結(jié)果都要送到CDB上，由它把這些結(jié)果直接送到（播送到）各個(gè)需要該結(jié)果的地方。分支歷史表BHT記錄分支指令最近一次或幾次的執(zhí)行情況（成功或不成功），并據(jù)此進(jìn)行預(yù)測(cè)。前瞻執(zhí)行對(duì)分支指令的結(jié)果進(jìn)行猜測(cè)，并假設(shè)這個(gè)猜測(cè)總是對(duì)的，然后按這個(gè)猜測(cè)結(jié)果繼續(xù)取、流出和執(zhí)行后續(xù)的指令。在指令操作完成后到指令被確認(rèn)的這一時(shí)間段內(nèi)，為指令保存數(shù)據(jù)。設(shè)這個(gè)上限為n，就稱該處理機(jī)為n流出。循環(huán)展開技術(shù)開發(fā)循環(huán)級(jí)并行的一種基本技術(shù)。多級(jí)存儲(chǔ)層次由若干個(gè)采用不同實(shí)現(xiàn)技術(shù)的存儲(chǔ)器構(gòu)成的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。不命中率或失效率FCPU在第一級(jí)存儲(chǔ)器中找不到所需數(shù)據(jù)的概率?！爸鞔妫o存”層次“主存—輔存”層次的目的是為了彌補(bǔ)主存容量的不足。直接映像當(dāng)把一個(gè)塊從主存調(diào)入Cache時(shí)，它只能被放置到Cache中唯一的一個(gè)位置。目錄表目錄表所包含的項(xiàng)數(shù)與Cache的塊數(shù)相同，每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)于Cache中的一個(gè)塊，用于指出當(dāng)前該塊中存放的信息是哪個(gè)主存塊的。最近最少使用法(LRU)選擇近期最少被訪問(wèn)的塊作為被替換的塊。按寫分配法寫失效時(shí)，先把所寫單元所在的塊調(diào)入Cache，然后再進(jìn)行寫入。強(qiáng)制性失效當(dāng)?shù)谝淮卧L問(wèn)一個(gè)塊時(shí)，該塊不在Cache中，需從下一級(jí)存儲(chǔ)器中調(diào)入Cache，這就是強(qiáng)制性失效。這就發(fā)生了沖突失效。采用這種方法時(shí)，在命中情況下，訪問(wèn)Cache的過(guò)程和直接映像Cache中的情況相同；而發(fā)生失效時(shí)，在訪問(wèn)下一級(jí)存儲(chǔ)器之前，會(huì)先檢查Cache另一個(gè)位置（塊），看是否匹配。寄存器預(yù)取預(yù)取時(shí)，把數(shù)據(jù)取到寄存器中。非阻塞Cache或非鎖定CacheCache在等待預(yù)取數(shù)據(jù)返回的同時(shí)，還能繼續(xù)提供指令和數(shù)據(jù)。請(qǐng)求字當(dāng)從存儲(chǔ)器向CPU調(diào)入一塊時(shí)，塊中只有一個(gè)字是CPU立即需要的，這個(gè)字稱為請(qǐng)求字。請(qǐng)求字一旦到達(dá)，就立刻送往CPU，讓CPU繼續(xù)執(zhí)行，同時(shí)從存儲(chǔ)器調(diào)入該塊的其余部分。進(jìn)程標(biāo)識(shí)符字段（PID）虛擬Cache中，為了減少清空Cache的次數(shù)，在地址標(biāo)識(shí)中增加一個(gè)進(jìn)程標(biāo)識(shí)符字段，指出Cache中各塊的數(shù)據(jù)是屬于哪個(gè)程序的。在完成地址變換之后，再把得到的物理地址與標(biāo)識(shí)進(jìn)行比較。多體交叉存儲(chǔ)器把存儲(chǔ)芯片組織為多個(gè)體，讓它們并行工作，從而能一次讀或?qū)懚鄠€(gè)字。DRAM專用交叉結(jié)構(gòu)Nibble方式、Page方式、Static column方式。通常用平均無(wú)故障時(shí)間MTTF（Mean Time To Failure）來(lái)衡量。有效構(gòu)建方法在構(gòu)建系統(tǒng)的過(guò)程中消除故障隱患，這樣建立起來(lái)的系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)故障。RAID1鏡像盤。數(shù)據(jù)字以位交叉方式分別記錄在各個(gè)磁盤上，編碼位被存放在多個(gè)校驗(yàn)（Ecc）磁盤的對(duì)應(yīng)位上。缺點(diǎn)是一次只能執(zhí)行一個(gè)I/O請(qǐng)求。即數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，但無(wú)專用的冗余盤，而是把冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻地分布在所有磁盤上。分離事務(wù)總線將總線事務(wù)分成請(qǐng)求和應(yīng)答兩部分。通道處理機(jī)能夠執(zhí)行有限I/O指令，并且能夠被多臺(tái)外圍設(shè)備共享的小型DMA專用處理機(jī)。數(shù)組多路通道適于為高速設(shè)備服務(wù)。在傳送數(shù)據(jù)期間，該通道只能為一臺(tái)高速外圍設(shè)備服務(wù)，但在不同的時(shí)間內(nèi)可以選擇不同的設(shè)備。異步I/O允許進(jìn)程在發(fā)出I/O請(qǐng)求后繼續(xù)執(zhí)行，直到該進(jìn)程需要使用請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。線路交換源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間的物理通路在整個(gè)數(shù)據(jù)傳送期間一直保持連接。集中控制方式集中控制方式中，有一個(gè)全局的控制器接收所有的通信請(qǐng)求，并由它設(shè)置互連網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)連接?；ミB函數(shù)用變量x表示輸入（設(shè)x=0，1，…，N－1），用函數(shù)f(x)表示輸出，通過(guò)數(shù)學(xué)表達(dá)式建立輸入端與輸出端的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。它表示f(x0)=x1，f(x1)=x2，…，f(xj1)=x0j稱為該循環(huán)的長(zhǎng)度。逆均勻洗牌函數(shù)將輸入端的二進(jìn)制編號(hào)循環(huán)右移一位而得到所連接的輸出端編號(hào)。其互連函數(shù)為PM2I函數(shù)一種移數(shù)函數(shù)，它是將各輸入端都循環(huán)移動(dòng)一定的位置連到輸出端。其結(jié)點(diǎn)數(shù)稱為網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。距離對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，從一個(gè)結(jié)點(diǎn)出發(fā)到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)終止所需要跨越的邊數(shù)的最小值。對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如果從其中的任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)看，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是一樣的，則稱此網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)?？梢詥蜗蚬ぷ?，也可以雙向工作。增加的鏈路愈多，結(jié)點(diǎn)度愈高，網(wǎng)絡(luò)直徑就愈小。這就是說(shuō)，如果｜ji｜=2 r，r=0,1,2,…,n1，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模N=2n，則結(jié)點(diǎn)i與結(jié)點(diǎn)j連接。交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)每個(gè)輸入端通過(guò)一個(gè)交叉點(diǎn)開關(guān)無(wú)阻塞地與一個(gè)空閑輸出端相連。又稱為對(duì)稱式共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)機(jī)器或者UMA機(jī)器。傳輸時(shí)間全部的消息量除以線路帶寬。消息傳遞機(jī)器多個(gè)地址空間的機(jī)器。共享數(shù)據(jù)的遷移把遠(yuǎn)程的共享數(shù)據(jù)項(xiàng)副本放在本處理器局部的Cache中使用，從而降低了對(duì)遠(yuǎn)程共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)延遲。寫順序化寫操作順序化，使得對(duì)同一存儲(chǔ)器單元所進(jìn)行的寫操作順序在所有處理器看來(lái)都是相同的。這些Cache通常連在共享存儲(chǔ)器的總線上，各個(gè)Cache控制器通過(guò)監(jiān)聽(tīng)總線來(lái)判斷它們是否有總線上請(qǐng)求的數(shù)據(jù)塊。原子交換將一個(gè)存儲(chǔ)單元的值和一個(gè)寄存器的值進(jìn)行交換，且交換是不可分的。柵欄的典型實(shí)現(xiàn)是用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)鎖：一個(gè)用來(lái)記錄到達(dá)柵欄的進(jìn)程數(shù)，另一個(gè)用來(lái)封鎖進(jìn)程直至最后一個(gè)進(jìn)程到達(dá)柵欄。同時(shí)多線程技術(shù)簡(jiǎn)稱SMT。從用戶的角度來(lái)看，機(jī)群就是一個(gè)單一、集中的計(jì)算資源。其次是“單一控制”，邏輯上，最終用戶或系統(tǒng)用戶使用的服務(wù)都來(lái)自機(jī)群中唯一一個(gè)位置。目前最重要的一個(gè)基于消息傳遞的并行編程工具，它具有可移植性好、功能強(qiáng)大、效率高等許多優(yōu)點(diǎn)，而且有許多不同的免費(fèi)、高效、實(shí)用的實(shí)現(xiàn)版本。一個(gè)支持?jǐn)?shù)據(jù)并行的并行語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。它采用冗余機(jī)制，當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)結(jié)點(diǎn)由于軟、硬件故障而失效時(shí)，該結(jié)點(diǎn)上的任務(wù)將在最短的時(shí)間內(nèi)被遷移到機(jī)群內(nèi)另一個(gè)具有相