計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程考核說(shuō)明-資料下載頁(yè)
2025-06-27 06:06本頁(yè)面
【正文】 、基本概念 1．輸入輸出系統(tǒng) (1)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常把處理機(jī)和主存儲(chǔ)器之外的部分稱為輸入輸出系統(tǒng)，它包括輸入輸出設(shè)備、輸入輸出接口和輸入輸出軟件等 (2)輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)是異步性、實(shí)時(shí)性和設(shè)備無(wú)關(guān)性。 (3)基本的輸入輸出方式有三種：程序控制輸入輸出方式、直接存儲(chǔ)器訪問方式(DMA)和中斷輸入輸出方式。 (4)程序控制輸入輸出方式完全受CPU控制，數(shù)據(jù)的輸入輸出都要經(jīng)過CPU，用于連接低速外圍設(shè)備。 (5)直接存儲(chǔ)器訪問方式(DMA)主要用于連接高速外圍設(shè)備，它使得存儲(chǔ)器既可被CPU訪問，也可被外圍設(shè)備訪問。目前使用的DMA方式主要有三種：周期竊取方式、直接存取方式和數(shù)據(jù)塊傳送方式。 (6)中斷輸入輸出方式使得CPU與外圍設(shè)備可以并行工作，并可以處理例外事件。中斷方式常用于連接低速外圍設(shè)備。 2．通道處理機(jī)(1)在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為把對(duì)外圍設(shè)備的管理工作從CPU中分離出來(lái)，普遍采用通道處理機(jī)技術(shù)。采用通道方式組織的輸入輸出系統(tǒng)，多采用主機(jī)一通道一設(shè)備控制器IO設(shè)備四級(jí)連接方式。通道通過執(zhí)行通道程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)IO系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制。在CPU啟動(dòng)通道后，通道自動(dòng)地去內(nèi)存取出通道指令并執(zhí)行指令。直到數(shù)據(jù)交換過程結(jié)束向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU才進(jìn)行通道結(jié)束處理工作。(2)通道可分為三類：字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。字節(jié)多路通道常用于連接低速或中速的設(shè)備，選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道用于連接高速設(shè)備。 (3)對(duì)于以上的三種通道，當(dāng)每個(gè)通道上連接有P臺(tái)外圍設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)時(shí)，總共所需的時(shí)間分別為：其中Ts指設(shè)備選擇時(shí)間，TD指?jìng)魉鸵粋€(gè)字節(jié)所需的時(shí)間。 (4)通道的流量是指一個(gè)通道在數(shù)據(jù)傳送期間內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)能夠傳送的最大數(shù)據(jù)量。一個(gè)通道在滿負(fù)荷工作下的流量稱為通道最大流量。三種通道的最大流量計(jì)算公式如下： (5)字節(jié)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率之和。而選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸率的最大值。 3．輸入輸出處理機(jī) 。在大型、巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常采用輸入輸出處理機(jī)來(lái)分擔(dān)中央處理機(jī)的輸入輸出任務(wù)。輸入輸出處理機(jī)是一臺(tái)獨(dú)立的處理機(jī)，具有一定的運(yùn)算功能。它具有自己的存儲(chǔ)器，不必通過主存儲(chǔ)器就能完成與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，大大提高了系統(tǒng)性能。第五章標(biāo)量處理機(jī) 一、基本概念 1．先行控制技術(shù)(100kahead) 先行控制技術(shù)的關(guān)鍵是緩沖和預(yù)處理技術(shù)。指令的執(zhí)行過程可以，被分解為相互獨(dú)立的幾個(gè)階段(取指令，分析指令，執(zhí)行指令)，采用重疊執(zhí)行方式，使每個(gè)功能段相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)行，就能提高運(yùn)行速度。為了平衡給功能段之間的由于速度不確定帶來(lái)的速度差異，在各功能段之間設(shè)置了緩沖棧(先行指令緩沖棧，先行操作棧，先行讀數(shù)棧，后行寫數(shù)棧)，同時(shí)為了解決數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)帶來(lái)的停頓問題，使用了不同的預(yù)處理技術(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)的分析和解決辦法是整個(gè)預(yù)處理技術(shù)的核心。 2．流水線的原理、特點(diǎn)及其分類 流水線方式是把一個(gè)重復(fù)的過程分解為若干個(gè)子過程，每個(gè)子過程可以和其他的子過程同時(shí)進(jìn)行，即所謂的時(shí)間并行性。流水線的工作可以用時(shí)空?qǐng)D來(lái)描述。流水線有以下的特征：為了提高流水線的效率，應(yīng)該盡可能的為流水線提供連續(xù)的任務(wù)；流水線由很多相聯(lián)的功能段組成，為了平衡功能段之間的速度差，功能段之間需要設(shè)置緩沖寄存器；流水線中每個(gè)功能段的時(shí)間應(yīng)該盡量相等，以免形成“瓶頸”，否則應(yīng)該對(duì)功能段再劃分或者采用多個(gè)功能部件；流水線需要裝入和排空時(shí)間，只有在流水線完全充滿時(shí)，它才能充分發(fā)揮效率。根據(jù)不同的角度，流水線可以被劃分成以下的類別：線性流水線，非線性流水線，指令流水線。運(yùn)算操作流水線，宏流水線；單功能流水線，多功能流水線；靜態(tài)流水線，動(dòng)態(tài)流水線等。 3．流水線韻性能分析 衡量流水線性能的主要指標(biāo)有吞吐率，加速比，效率。流水線的吞吐率TP定義為單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或者輸出的結(jié)果數(shù)量，基本公式如下：n為任務(wù)數(shù)，Tk是完成n個(gè)任務(wù)所用的時(shí)間。 流水線的加速比S指完成一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用的時(shí)間之比稱為流水線的加速比：其中T0指順序執(zhí)行所用的時(shí)間，n時(shí)使用流水線的執(zhí)行時(shí)間。流水線的效率E是指流水線的設(shè)備利用率，在時(shí)空?qǐng)D上，流水線的效率定義為n任務(wù)占用的時(shí)空區(qū)與k功能段總的時(shí)空區(qū)之比。 15 / 15
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