計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)(存儲版)
【正文】 有效的指令，而轉(zhuǎn)移指令被延遲執(zhí)行，這種技術(shù)稱為延 遲轉(zhuǎn)移技術(shù)。在一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，主要有兩種存儲系統(tǒng)：(1) Cache存儲系統(tǒng)：由Cache和主存儲器構(gòu)成主要目的：提高存儲器速度(2) 虛擬存儲系統(tǒng)：由主存儲器和磁盤存儲器構(gòu)成主要目的：擴(kuò)大存儲器容量磁盤存儲器主存儲器存儲器訪問的局部性原理實(shí)質(zhì)：根據(jù)程序運(yùn)行的最近情況，可以較為精確的預(yù)測出最近的將來將要訪問哪些指令和數(shù)據(jù)。H越大越好，T2/T1越小越好，可這個(gè)值通常在10^5很難變小，所以主要通過提高命中率來提高訪問效率例：假設(shè)T2＝５T１，分別計(jì)算存儲系統(tǒng)的訪問效率。主要目的：提高存儲器訪問速度 實(shí)現(xiàn)方法：用地址碼的低位部分區(qū)分存儲體號 低位交叉比高位交叉更常用無訪問沖突并行存儲器(2) 設(shè)置各種緩沖存儲器（第五章）(3) 采用存儲系統(tǒng)（本章下兩節(jié)）影響主存命中率的主要因素：(1) 程序在執(zhí)行過程中的頁地址流分布情況。FIFO（先進(jìn)先出）算法不是堆棧型算法例題：一個(gè)虛擬存儲系統(tǒng)，采用最久沒有使用算法，實(shí)存共5頁，為2道程序分享，頁地址流分別如下P1= 1 2 3 4 1 3 2 1P2= 1 2 3 4 2 2 3 3試作2個(gè)實(shí)存分配方案，分別使2道程序滿足(1)命中率相同；(2)命中次數(shù)之和最大。Cache命中率與組數(shù)的關(guān)系? 組相聯(lián)映象中，分組的數(shù)目對命中率的影響很明顯。? (2) 與主存的通信量，寫回法少于寫直達(dá)法。輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)集中反映在異步性，實(shí)時(shí)性，和與設(shè)備無關(guān)性三項(xiàng)基本要求上，它們對輸入輸出系統(tǒng)的組織產(chǎn)生決定性影響。中斷系統(tǒng)的復(fù)雜性實(shí)際上主要是由中斷源的多樣性引起的。安排中斷優(yōu)先順序由下列因素決定：中斷源的急迫性。每個(gè)中斷源有四位中斷屏蔽碼，其中“0”表示開放中斷，“1”表示該中斷被屏蔽。有多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一個(gè)控制器2. 選擇通道：為高速外圍設(shè)備服務(wù)。畫出通道分時(shí)為各臺設(shè)備服務(wù)的時(shí)間圖，并 計(jì)算處理完各設(shè)備的第一次請求的時(shí)刻。也可以把地址寄存器和操作數(shù)寄存器合為一個(gè)。E=T0/Tk*k=k*n/(k+n1)；最大值為1結(jié)論：E=TP*Δt S=k*E5. 非線性流水線的無沖突調(diào)度算法 書P294300啟動(dòng)距離：向一條非線性流水線的輸入端連續(xù)輸入兩個(gè)任務(wù)之間的時(shí)間間隔例題：一條4功能段的非線性流水線，每個(gè)功能段的延遲時(shí)間都相等，它的預(yù)約表如下：(1)寫出流水線的禁止向量和初始沖突向量。(4) 啟動(dòng)距離最小的恒定循環(huán)為（5）（名詞解釋）數(shù)據(jù)相關(guān)：在執(zhí)行本條指令的過程中，如果用到的指令、操作數(shù)、變址量等是前面指令的執(zhí)行結(jié)果，這種相關(guān)稱為數(shù)據(jù)相關(guān)。指令完成順序是按照程序中指令排列順序進(jìn)行的稱為順序完成習(xí)題： 一個(gè)15000條指令的程序在一臺時(shí)鐘頻率為25MHZ的線性流水線處理機(jī)上運(yùn)行，假設(shè)該流水線分為相等的5段，并且每個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)射一條指令，忽略由于轉(zhuǎn)移指令和數(shù)據(jù)相關(guān)造成的損失。(6)接收方開銷 (Receiver overhead)：處理器把消息從網(wǎng)絡(luò)取出來的時(shí)間。從CU看，指令是串行執(zhí)行的，從PU看，數(shù)據(jù) 是并行處理的。4. 進(jìn)程同步并行處理機(jī)僅一個(gè)CU，自然是同步的。多處理機(jī)運(yùn)算的基本模型目標(biāo)：由M個(gè)任務(wù)組成的程序，在N臺處理機(jī)組成的系統(tǒng)上 運(yùn)行，求最短執(zhí)行時(shí)間？基本模型僅考慮由兩臺處理機(jī)組成的系統(tǒng)。例如：101個(gè)任務(wù)平均分給50臺處理機(jī)：有33臺處理機(jī)，每臺分給3個(gè)任務(wù)；另有１臺處理機(jī)分給２個(gè)任務(wù)；剩下的16臺處理機(jī)不分配任務(wù)。 (4)為了使價(jià)格和性能都比較合理，處理機(jī)數(shù)目存在一個(gè)極大值，這個(gè)值主要依賴于機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本技術(shù)（尤其是通信技術(shù)）和具體的應(yīng)用問題。寫一次(WriteOnce)協(xié)議方法：第一次寫Cache采用寫直達(dá)方式，以后采用寫回方式。主要優(yōu)點(diǎn)：減少大量的無效操作，提高了總線效率。由于寫更新策略在本地Cache修改時(shí)需要通過總線把 修改過的數(shù)據(jù)塊廣播給所有含該數(shù)據(jù)塊的其他 Cache，增加了總線的負(fù)擔(dān)。(3)R/C比值越大，越有利于計(jì)算過程。T=Rmax(Ki)+C/2ΣKi(MKi)與兩臺處理機(jī)的情況類似，實(shí)際的最小值發(fā)生在極端分配 情況下：或者將所有的任務(wù)集中在一臺處理機(jī)上，或者將任務(wù)平均分配給所有處理機(jī)。多處理機(jī)基本模型及其結(jié)論粒度與并行的關(guān)系并行性在很大程度上依賴于R/C比值，R/C是衡量任務(wù)粒度(Granularity)的尺度，其中：R: 程序執(zhí)行時(shí)間，C: 通信開銷細(xì)粒度并行：R/C小，通信開銷大,并行度低。多處理機(jī)用專門的指令來表示并發(fā)關(guān)系，一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí) 能夠派生出與它并行的另一些任務(wù)。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。(4)傳輸時(shí)延 (Transport latency)：等于飛行時(shí)間與傳輸時(shí)間之和。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。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)。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。 處于主存儲器與運(yùn)算器之間，平滑運(yùn)算器與主存儲器的工作。(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。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。 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。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?；臼杖胼敵龇绞剑?；；（DMA）方式中斷：中斷系統(tǒng)需要硬件和軟件共同來實(shí)現(xiàn)。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。僅當(dāng)替換時(shí)， 才把修改過的Cache塊寫回到主存。超過最佳值后命中率開始下降。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 下降。，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？存儲器的頻帶平衡：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各級存儲器的頻帶應(yīng)該達(dá)到平衡解決存儲器頻帶平衡方法(1) 多個(gè)存儲器并行工作（本節(jié)）并行訪問存儲器交叉訪問存儲器高位交叉訪問存儲器。存儲系統(tǒng)的容量? 要求：存儲系統(tǒng)的容量等于M2存儲器的容量? 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存儲器進(jìn)行編址，M1存儲器只在內(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系統(tǒng)的速度速度用存儲器的讀出時(shí)間、訪問周期、頻帶寬度等表示。第三章存儲系統(tǒng)：（或存儲體系、存儲層次）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)。 (5) 采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù) 。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。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
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