計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)-免費(fèi)閱讀
【正文】 (3)保留(Reserved)：數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器讀入Cache后只被 寫過一次，Cache和存儲(chǔ)器中都正確。使用監(jiān)聽協(xié)議，有兩種方法：方法一：寫無效（Write Invalidate）策略，在本地 Cache的數(shù)據(jù)塊修改時(shí)使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)塊都無效?？偨Y(jié)上面幾個(gè)模型，可以得出如下結(jié)論：(1)多處理機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所需的額外開銷，包括調(diào)度，對(duì)共享資源的競爭、同步、處理機(jī)之間通信等。通信時(shí)間C(MK)K是一個(gè)開口向下的二次函數(shù)，任務(wù)執(zhí)行時(shí)間是兩根相交的直線，最小值發(fā)生在中間即 K=M/2令：通訊時(shí)間＝執(zhí)行時(shí)間則 R*M/2=C*M/2*(MM/2)則 R/C=M/2當(dāng)通信時(shí)間比較大時(shí)(R/CM/2)，總時(shí)間的最小值發(fā)生在兩個(gè) 端點(diǎn)(K=0 K=M)；當(dāng)通信時(shí)間比較小時(shí)(R/CM/2)，總時(shí)間的最小值發(fā)生在中點(diǎn) (K=M/2)。有數(shù)據(jù)相關(guān)和控制 相關(guān)也要停下等待。多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)1. 結(jié)構(gòu)靈活并行處理機(jī)：專用，PE數(shù)多，固定有限通信多處理機(jī)： 通用，PE數(shù)少，高速靈活通信2. 程序并行性并行處理機(jī)的并行性存在于指令內(nèi)部，識(shí)別比較容易?；ミB函數(shù)分別為：(1)Cube3(2)PM2+3(3)PM20(4)Shuffle(5)Butterfly (6)Reversal第12號(hào)處理機(jī)分別與哪一個(gè)處理機(jī)相連？解：(12)10下= (1100)2下1）1100最高位取反得0100，4號(hào)處理機(jī)2）(12 + 8) MOD 16 = 4，4號(hào)處理機(jī)3）12 –1 = 11，11號(hào)處理機(jī)4）1100循環(huán)左移1位得到1001, 9號(hào)處理機(jī)5）1100的最高最低位交換0101, 5號(hào)處理機(jī)6）1100的位序反過來為0011, 3號(hào)處理機(jī) 習(xí)題1： 有編號(hào)為0－31共32個(gè)處理機(jī)，分別計(jì)算下列互連函數(shù)（E：交換函數(shù)；S：混洗函數(shù)；B：蝶式函數(shù)；PM2I：移數(shù)函數(shù)；自變量為10進(jìn)制處理機(jī)編號(hào)）。解：(1)等效非流水線處理機(jī)執(zhí)行一條指令需要5個(gè)時(shí)鐘周期，依照加速比的定義：S=n*k/(k+n1)=15000*5/(5+150001)=75000/15004=(2)流水線的效率：E=n*k/(k*(k+n1))=15000/15004=吞吐率：TP=n*f/(k+n1)=15000*25M/(k+n1)=一個(gè)5段流水線處理機(jī)的預(yù)約表如下：列出禁止向量和沖突向量畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖列出所有簡單循環(huán)，指出最小啟動(dòng)循環(huán)及其啟動(dòng)距離計(jì)算該流水線的最大吞吐率指出最小恒定循環(huán)，計(jì)算相對(duì)應(yīng)的吞吐率解：(1)禁止向量（3，4，5），沖突向量（11100）(2)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(3)簡單循環(huán)(1,1,6),(),(6),(1,6),最小啟動(dòng)循環(huán)（1，1，6），(4)最大吞吐率:設(shè)該流水線時(shí)鐘周期為t，則Tp=3/8t(5)最小恒定循環(huán)為6，相對(duì)應(yīng)的吞吐率Tp=1/6t第七章（了解）特性：(1)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模：網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù) (2)結(jié)點(diǎn)度：與結(jié)點(diǎn)相連接的邊數(shù)稱為結(jié)點(diǎn)度，進(jìn)入結(jié)點(diǎn)的邊數(shù)叫入度， 從結(jié)點(diǎn)出來的邊數(shù)則叫出度 (3)距離：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間相連的最少邊數(shù) (4) 網(wǎng)絡(luò)直徑：網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間距離的最大值。（名詞解釋）有兩條或兩條以上能同時(shí)工作的指令流水線，超標(biāo)量處理機(jī)采用的是空間并行性。(4)求平均啟動(dòng)距離最小的恒定循環(huán)。 每個(gè)后行緩沖寄存器由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和標(biāo)志三部分組成。(3) D5的第一次請(qǐng)求沒有得到響應(yīng)的原因分析如果字節(jié)多路通道的最大流量與連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)流量之和非常接近時(shí)，如果高速 設(shè)備頻繁發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求并優(yōu)先得到響應(yīng)，則低速設(shè) 備可能在很長一段時(shí)間內(nèi)得不到響應(yīng)。數(shù)組多路通道的實(shí)際工作方式是：在為一臺(tái)高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，有多臺(tái)高速設(shè)備可以在定位或者在找扇區(qū)。處理機(jī)本身的優(yōu)先級(jí)最低，為0級(jí)。要求處理機(jī)提供的服務(wù)量中斷處理的流程⑴表示通常用硬件實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)行指令結(jié)束，且沒有更緊急的服務(wù)請(qǐng)求 ；關(guān)CPU中斷 ；保存斷點(diǎn)，主要保存PC中的內(nèi)容⑶表示可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn) 撤消中斷源的中斷請(qǐng)求 ；保存硬件現(xiàn)場，主要是PSW及SP等 ；識(shí)別中斷源 ；改變?cè)O(shè)備的屏蔽狀態(tài)⑴表示通常用硬件實(shí)現(xiàn) 進(jìn)入中斷服務(wù)程序入口⑶表示可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn) 保存軟件現(xiàn)場，在中斷程序中使用的通用寄存器等⑵表示通常用軟件實(shí)現(xiàn) 開CPU中斷，可以響應(yīng)更高級(jí)別的中斷請(qǐng)求 ；中斷服務(wù)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序 ；關(guān)CPU中斷⑶表示可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn) 恢復(fù)軟件現(xiàn)場 ；恢復(fù)屏蔽狀態(tài) ；恢復(fù)硬件現(xiàn)場 ；開CPU中斷 ⑵表示通常用軟件實(shí)現(xiàn) 返回到中斷點(diǎn)必須用硬件實(shí)現(xiàn)的有：保存中斷點(diǎn)和進(jìn)入中斷服務(wù)程序入口。把各種各樣的中斷源分類、分級(jí)組織好，是中斷系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。輸入輸出系統(tǒng)的組織方式1. 自治控制（針對(duì)實(shí)時(shí)性）輸入輸出系統(tǒng)是獨(dú)立于CPU之外的自治系統(tǒng)，處理機(jī)與外圍設(shè)備之間要有恰當(dāng)?shù)姆止?. 層次結(jié)構(gòu)（針對(duì)與設(shè)備無關(guān)性）最內(nèi)層是輸入輸出處理機(jī)、輸入輸出通道等中間層是標(biāo)準(zhǔn)接口。寫Cache的兩種方法：(1) 不按寫分配法：在寫Cache不命中時(shí)，只把所要寫的字寫入主存。Cache的一致性問題? 本節(jié)討論的內(nèi)容僅限于單處理機(jī)、單存儲(chǔ)器。當(dāng)C容量大道無窮時(shí)，命中率達(dá)100%Cache命中率與塊大小的關(guān)系? 在組相聯(lián)映象方式中，塊的大小對(duì)命中率的影響非常 敏感? 塊很小時(shí)，命中率很低。(4) 主存儲(chǔ)器的容量(5) 所采用的頁面調(diào)度方法。H’=(H+N1)/N ，其中N為CACHE的塊大小與數(shù)據(jù)塊重復(fù)使用次數(shù)的乘積，H是原來的命中率，H’是采用預(yù)取技術(shù)之后的命中率例：在一個(gè)虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，T2＝105 T１，現(xiàn)采用預(yù)取技術(shù)，訪問磁盤存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)塊大小為4K字，計(jì)算數(shù)據(jù)在主存儲(chǔ)器中的重復(fù)利用率至少為多少？解：假設(shè)數(shù)據(jù)在主存儲(chǔ)器中的重復(fù)利用率為m，根據(jù)前面的給出關(guān)系：解這個(gè)方程組，得到m＝44，即數(shù)據(jù)在主存儲(chǔ)器中的重復(fù)利用率至少為44次。存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)：速度、容量和價(jià)格存儲(chǔ)容量的單位價(jià)格公式：當(dāng)S2S1時(shí)，C≈C2。在每個(gè)過程使用的幾個(gè)窗口中有一個(gè)窗口 是與前一個(gè)過程共用，還有一個(gè)窗口是與下一個(gè)過程共用。(2) 大部分指令可以單周期執(zhí)行完成。加速比公式：Sn=T0/Tn=1/((1Fe)+Fe/Se) (應(yīng)該大于1)加速比受Fe的限制，它越大就越有可能獲得更大加速比例子： CPU性能公式：Te=IC*CPI*CYCLE； 例子：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法：Flynn分類（按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性特征對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類）馮氏分類（用最大并行度來對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類）、Handler分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方法：由下往上、由上往下、由中間開始設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) MIPS=指令條數(shù)/（指令執(zhí)行時(shí)間*10^6）=Fz/CPI=Fz*IPCIPC為每個(gè)時(shí)鐘周期平均執(zhí)行的指令條數(shù)例1：計(jì)算PentiumII 450處理機(jī)的運(yùn)算速度。它們之間仍有交叉。他們各自包含不同的內(nèi)容，但又有緊密的聯(lián)系。例3 如果浮點(diǎn)開平方操作FPSQR的比例為2%，它的CPI為100，其他浮點(diǎn)操作的比例為23%，它的CPI＝，其余指令的CPI＝，計(jì)算該處理機(jī)的等效CPI。RISC的關(guān)鍵技術(shù)延時(shí)轉(zhuǎn)移技術(shù)（名詞）定義：為了使指令流水線不斷流，在轉(zhuǎn)移指令之后插入一 條
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