【正文】 條件改變控制流時，稱之為跳轉(zhuǎn)。即高級語言和機器語言是一一對應(yīng)的，這種機器稱為間接執(zhí)行型高級語言機器。面向高級語言(HL)的機器采用各種對高級語言和編譯程序提供支持的措施，使機器語言和高級語言的語義差距比傳統(tǒng)的馮指令集結(jié)構(gòu)的規(guī)整性沒有或盡可能減少例外的情況和特殊的應(yīng)用，以及所有運算都能對稱、均勻地在存儲器單元或寄存器單元之間進行。三種類型指令集結(jié)構(gòu)根據(jù)CPU內(nèi)部存儲單元類型，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)。緊密耦合機間物理連接的頻帶較高，它們往往通過總線或高速開關(guān)實現(xiàn)互連，可以共享主存。異構(gòu)型（非對稱型）多處理機由多個不同類型，至少擔(dān)負不同功能的處理機組成，按照作業(yè)要求的順序，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務(wù)進行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。時間重疊多個處理過程在時間上相互錯開，輪流使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。指令級并行并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。字串位并同時對一個字的全部位進行處理，不同字之間是串行的。同時性兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生的并行性。模擬用軟件的方法在一臺現(xiàn)有的機器（稱為宿主機host）上實現(xiàn)另一臺機器（稱為虛擬機）的指令集。軟件兼容同一個軟件可以不加修改地運行于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的各檔機器，而且它們所獲得的結(jié)果一樣，差別只在于運行時間不同。諾依曼結(jié)構(gòu)計算機輸入/輸出方式程序控制（程序等待、程序中斷）、DMA、通道、I/O處理機相聯(lián)存儲器CAM可按內(nèi)容訪問的存儲器。這組程序稱為基準(zhǔn)測試程序套件，它是由各種不同的真實應(yīng)用程序構(gòu)成的。用戶可以隨時編寫一些這樣的程序來測試系統(tǒng)的各種功能，并產(chǎn)生用戶已預(yù)知的輸出結(jié)果，如皇后問題、迷宮問題、快速排序、求素數(shù)、計算π等。CPU時間CPU為用戶程序工作的時間，不包含I/O等待時間及運行其他程序的時間。CPI = 總時鐘周期數(shù) / IC反映了計算機實現(xiàn)技術(shù)、計算機指令集的結(jié)構(gòu)和計算機組織。CPU性能公式程序執(zhí)行的CPU時間= CPI 180。它是改進前所需的執(zhí)行時間與改進后執(zhí)行時間的比。系統(tǒng)的加速比對系統(tǒng)中的某些部件進行改進，改進后的系統(tǒng)性能與改進前的系統(tǒng)性能之比。指令流機器執(zhí)行的指令序列。最大并行度計算機系統(tǒng)在單位時間內(nèi)能夠處理的最大的二進制位數(shù)。計算機組成計算機系統(tǒng)的邏輯實現(xiàn)。先把N+1級程序全部變換成N級程序后，再去執(zhí)行新產(chǎn)生的N級程序，在執(zhí)行過程中N+1級程序不再被訪問。虛擬機器由軟件實現(xiàn)的機器。解釋語言實現(xiàn)的一種基本技術(shù)。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)程序員所看到的計算機的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。計算機實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的物理實現(xiàn)?？梢杂闷矫嬷苯亲鴺?biāo)系中的一個點代表一個計算機系統(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)行時所訪問地址的分布不是隨機的，而是相對地簇聚；這種簇聚包括指令和數(shù)據(jù)兩部分。 IC / 時鐘頻率IC 程序執(zhí)行過程中所處理的指令數(shù)。響應(yīng)時間從事件開始到結(jié)束之間的時間，也稱為執(zhí)行時間?？杉毞譃橛脩鬋PU時間及系統(tǒng)CPU時間。合成測試程序首先對大量的應(yīng)用程序中的操作進行統(tǒng)計，得到各種操作比例，再按這個比例構(gòu)造測試程序。目前最成功和最常見的測試程序套件是SPEC系列。相聯(lián)處理機以相聯(lián)存儲器為核心的處理機。兼容機不同廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機。仿真用一臺現(xiàn)有機器（稱為宿主機）上的微程序去解釋實現(xiàn)另一臺機器（稱為目標(biāo)機）的指令集。并發(fā)性兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生的并行性。字并位串同時對許多字的同一位（稱為位片）進行處理。線程級并行并行執(zhí)行兩個或兩個以上的線程，通常是以一個進程內(nèi)派生的多個線程為調(diào)度單位。資源重復(fù)通過重復(fù)設(shè)置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計算機系統(tǒng)的性能。分布處理系統(tǒng)把若干臺具有獨立功能的處理機（或計算機）相互連接起來，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 計算機指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計堆棧型機器其CPU中存儲操作數(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－存儲器型（RM：RegisterMemory）存儲器－存儲器型（MM：MemoryMemory）CISC復(fù)雜指令集計算機。規(guī)整性主要包括對稱性和均勻性。諾依曼型機器縮小許多。直接執(zhí)行型高級語言機器高級語言機器本身沒有機器語言，或者說高級語言就作為機器語言。分支當(dāng)控制指令是有條件改變控制流時，稱之為分支。操作數(shù)的類型主要有：整數(shù)（定點）、浮點、十進制、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條指令同時進行。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(間)空(間)圖用來描述流水線的工作，橫坐標(biāo)表示時間，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行不同的連接，從而使流水線在不同的時間，或者在同一時間完成不同的功能。處理機級流水線（指令流水線）把解釋指令的過程按照流水方式處理。線性流水線流水線的各段串行連接，沒有反饋回路。每一個任務(wù)在流水線的各段中是一個跟著一個順序流動的。最大吞吐率流水線在連續(xù)流動達到穩(wěn)定狀態(tài)后所得到的吞吐率。排空時間流水線中最后一個任務(wù)通過流水線所需的時間。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，但是它們之間并沒有數(shù)據(jù)流動，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寫進去的。控制相關(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，它們在流水線中的重疊執(zhí)行或者重新排序會改變指令讀/寫操作數(shù)的順序，使之不同于它們非流水實現(xiàn)時的順序，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之前進入流水線中，j的執(zhí)行要用到i的計算結(jié)果，當(dāng)它們在流水線中重疊執(zhí)行時，j可能在i寫入其計算結(jié)果之前就先行對保存該結(jié)果的寄存器進行讀操作，從而得到錯誤的值。凍結(jié)或排空流水線在流水線中，處理分支最簡單的方法，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，向量計算是按行的方式從左到右橫向地進行。存儲器－存儲器型操作的運算流水線向量運算指令的源/目向量都放在存儲器內(nèi)，使得流水線運算部件的輸入、輸出端直接與存儲器相聯(lián)，構(gòu)成MM型的運算流水線。功能部件沖突向量功能部件沖突指的是同一個向量功能部件被一條以上的并行工作向量指令所使用。向量處理機的峰值性能R165。第4章 指令級并行指令級并行當(dāng)指令之間不存在相關(guān)時，它們可以在流水線中重疊起來并行執(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)行的過程中、而是在編譯期間進行代碼調(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，處理機的現(xiàn)場跟嚴(yán)格按程序順序執(zhí)行時指令i的現(xiàn)場相同。它是一條重要的數(shù)據(jù)通路，所有功能部件的計算結(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)此進行預(yù)測。前瞻執(zhí)行對分支指令的結(jié)果進行猜測，并假設(shè)這個猜測總是對的，然后按這個猜測結(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的這一時間段內(nèi)，為指令保存數(shù)據(jù)。設(shè)這個上限為n，就稱該處理機為n流出。循環(huán)展開技術(shù)開發(fā)循環(huán)級并行的一種基本技術(shù)。多級存儲層次由若干個采用不同實現(xiàn)技術(shù)的存儲器構(gòu)成的存儲器系統(tǒng)。不命中率或失效率FCPU在第一級存儲器中找不到所需數(shù)據(jù)的概率。“主存－輔存”層次“主存—輔存”層次的目的是為了彌補主存容量的不足。直接映像當(dāng)把一個塊從主存調(diào)入Cache時，它只能被放置到Cache中唯一的一個位置。目錄表目錄表所包含的項數(shù)與Cache的塊數(shù)相同，每一項對應(yīng)于Cache中的一個塊，用于指出當(dāng)前該塊中存放的信息是哪個主存塊的。最近最少使用法(LRU)選擇近期最少被訪問的塊作為被替換的塊。按寫分配法寫失效時，先把所寫單元所在的塊調(diào)入Cache，然后再進行寫入。強制性失效當(dāng)?shù)谝淮卧L問一個塊時，該塊不在Cache中，需從下一級存儲器中調(diào)入Cache，這就是強制性失效。這就發(fā)生了沖突失效。采用這種方法時，在命中情況下，訪問Cache的過程和直接映像Cache中的情況相同；而發(fā)生失效時，在訪問下一級存儲器之前，會先檢查Cache另一個位置（塊），看是否匹配。寄存器預(yù)取預(yù)取時，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，還能繼續(xù)提供指令和數(shù)據(jù)。請求字當(dāng)從存儲器向CPU調(diào)入一塊時，塊中只有一個字是CPU立即需要的，這個字稱為請求字。請求字一旦到達，就立刻送往CPU，讓CPU繼續(xù)執(zhí)行，同時從存儲器調(diào)入該塊的其余部分。進程標(biāo)識符字段（PID）虛擬Cache中，為了減少清空Cache的次數(shù)，在地址標(biāo)識中增加一個進程標(biāo)識符字段，指出Cache中各塊的數(shù)據(jù)是屬于哪個程序的。在完成地址變換之后，再把得到的物理地址與標(biāo)識進行比較。多體交叉存儲器把存儲芯片組織為多個體，讓它們并行工作，從而能一次讀或?qū)懚鄠€字。DRAM專用交叉結(jié)構(gòu)Nibble方式、Page方式、Static column方式。通常用平均無故障時間MTTF（Mean Time To Failure）來衡量。有效構(gòu)建方法在構(gòu)建系統(tǒng)的過程中消除故障隱患，這樣建立起來的系統(tǒng)就不會出現(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磁盤上，編碼位被存放在多個校驗（Ecc）磁盤的對應(yīng)位上。缺點是一次只能執(zhí)行一個I/O請求。即數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，但無專用的冗余盤，而是把冗余的奇偶校驗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)分成請求和應(yīng)答兩部分。通道處理機能夠執(zhí)行有限I/O指令，并且能夠被多臺外圍設(shè)備共享的小型DMA專用處理機。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，該通道只能為一臺高速外圍設(shè)備服務(wù)，但在不同的時間內(nèi)可以選擇不同的設(shè)備。異步I/O允許進程在發(fā)出I/O請求后繼續(xù)執(zhí)行，直到該進程需要使用請求的數(shù)據(jù)。線路交換源結(jié)點和目的結(jié)點之間的物理通路在整個數(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，有一個全局的控制器接收所有的通信請求，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，通過數(shù)學(xué)表達式建立輸入端與輸出端的一一對應(yīng)關(guān)系。它表示f(x0)=x1，f(x1)=x2，…，f(xj1)=x0j稱為該循環(huán)的長度。逆均勻洗牌函數(shù)將輸入端的二進制編號循環(huán)右移一位而得到所連接的輸出端編號。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)移動一定的位置連到輸出端。其結(jié)點數(shù)稱為網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。距離對于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個結(jié)點，從一個結(jié)點出發(fā)到另一個結(jié)點終止所需要跨越的邊數(shù)的最小值。對稱網(wǎng)絡(luò)對于一個網(wǎng)絡(luò)，如果從其中的任何一個結(jié)點看，拓撲結(jié)構(gòu)都是一樣的，則稱此網(wǎng)絡(luò)為對稱網(wǎng)絡(luò)?？梢詥蜗蚬ぷ鳎部梢噪p向工作。增加的鏈路愈多，結(jié)點度愈高，網(wǎng)絡(luò)直徑就愈小。這就是說，如果｜ji｜=2 r，r=0,1,2,…,n1，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模N=2n，則結(jié)點i與結(jié)點j連接。交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)每個輸入端通過一個交叉點開關(guān)無阻塞地與一個空閑輸出端相連。又稱為對稱式共享存儲器結(jié)構(gòu)機器或者UMA機器。傳輸時間全部的消息量除以線路帶寬。消息傳遞機器多個地址空間的機器。共享數(shù)據(jù)的遷移把遠程的共享數(shù)據(jù)項副本放在本處理器局部的Cache中使用，從而降低了對遠程共享數(shù)據(jù)的訪問延遲。寫順序化寫操作順序化，使得對同一存儲器單元所進行的寫操作順序在所有處理器看來都是相同的。這些Cache通常連在共享存儲器的總線上，各個Cache控制器通過監(jiān)聽總線來判斷它們是否有總線上請求的數(shù)據(jù)塊。原子交換將一個存儲單元的值和一個寄存器的值進行交換，且交換是不可分的。柵欄的典型實現(xiàn)是用兩個旋轉(zhuǎn)鎖：一個用來記錄到達柵欄的進程數(shù)，另一個用來封鎖進程直至最后一個進程到達柵欄。同時多線程技術(shù)簡稱SMT。從用戶的角度來看，機群就是一個單一、集中的計算資源。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)都來自機群中唯一一個位置。目前最重要的一個基于消息傳遞的并行編程工具，它具有可移植性好、功能強大、效率高等許多優(yōu)點，而且有許多不同的免費、高效、實用的實現(xiàn)版本。一個支持?jǐn)?shù)據(jù)并行的并行語言標(biāo)準(zhǔn)。它采用冗余機制，當(dāng)系統(tǒng)中某個結(jié)點由于軟、硬件故障而失效時，該結(jié)點上的任務(wù)將在最短的時間內(nèi)被遷移到機群內(nèi)另一個具有相