計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)-wenkub.com
2025-06-04 22:16 本頁面
【正文】 整個(gè)系統(tǒng)中只有一份正確的拷貝。為了區(qū)分第一次寫，把“讀寫”狀態(tài)分為：保留 (Reserved)和重寫(Dirty)。?如果Cache采用寫直達(dá)方式，在使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)塊無效或更 新其他Cache的同時(shí)，還要同時(shí)修改共享存儲(chǔ)器中的內(nèi)容。多處理機(jī)Cache間不一致的原因、兩種協(xié)議、監(jiān)聽協(xié)議的兩種方法、寫一次協(xié)議的內(nèi)容出現(xiàn)不一致性問題的原因有三個(gè)：共享可寫的數(shù)據(jù)、進(jìn)程遷移、I/O傳輸有兩類解決Cache不一致性問題的協(xié)議：在總線互連的多處理機(jī)系統(tǒng)中，通常采用監(jiān)聽協(xié)議。有時(shí)，額外開銷的增加可能比處理機(jī)數(shù)目的線性增加更快。假設(shè)Ki 個(gè)任務(wù)分給了第ｉ臺(tái)處理機(jī)：第一項(xiàng)求出N臺(tái)處理機(jī)中最大執(zhí)行時(shí)間；第二項(xiàng)計(jì)算出Ki 與（M－Ki ）任務(wù)之間兩兩通信的開銷 時(shí)間，它是關(guān)于Ki 的二次函數(shù)。N臺(tái)處理機(jī)系統(tǒng)的基本模型要解決的問題：把M個(gè)任務(wù)分配給N臺(tái)處理機(jī)，求總處理時(shí)間的最小值。假設(shè)：每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間R；不在同一個(gè)處理機(jī)上的兩個(gè)任務(wù)需要相互通訊，每 次通訊時(shí)間為C。多處理機(jī)執(zhí)行并發(fā)任務(wù)，需用處理機(jī)的數(shù)目不固定， 各處理機(jī)進(jìn)出任務(wù)的時(shí)刻不相同，所需共享資源的品 種、數(shù)量隨時(shí)變化。多處理機(jī)中，各處理機(jī)執(zhí)行不同的指令，工作進(jìn)度不會(huì)也 不必保持相同。一個(gè)簡單的例子：Y = A+B*C*D/E+F，用兩個(gè)處理機(jī)計(jì)算：CPU1：B*C， A+F， A+B*C*D/E+FCPU2：D/E， B*C*D/E，3. 并行任務(wù)派生并行處理機(jī)把同種操作集中，由指令直接啟動(dòng)各PE同時(shí)工 作。并行處理機(jī)也稱為陣列處理機(jī)，按照按照佛林分類法，它屬于SIMD處理機(jī)。(2)并發(fā)性并行Concurrency：兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在 同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。：1 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)2 循環(huán)互連網(wǎng)絡(luò)3 多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)4 全排列互連網(wǎng)絡(luò)5 全交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)（計(jì)算）書P395恒等置換I:輸入與輸出完全相同；交換置換E：第一位取反；方體置換C cube：Ci，弟i位取反；均勻洗牌置換S shuffle:循環(huán)左移1位；碟式置換B（butterfly）:最高位與最低位對(duì)調(diào)；位置顛倒置換R（reversal）:12344321。(3)飛行時(shí)間 (Time of flight)：第一位信息到達(dá)接收方所花費(fèi)的時(shí)間。（1） 、使用該流水線執(zhí)行這個(gè)程序，并用流過延遲時(shí)間與其相等的一個(gè)等效非流水線處理機(jī)執(zhí)行同一程序。先行指令窗口的作用類似于先行指令緩沖棧，典型大小為2－8條指令?？刂葡嚓P(guān)：因程序的執(zhí)行方向可能被改變而引起的相關(guān)，也稱為全局相關(guān)。101111右移5位之后：000001∨101010＝101011，101011右移3位之后：000101∨101010＝101111，101011右移5位之后：000001∨101010＝101011。(2)畫出調(diào)度流水線的狀態(tài)圖。當(dāng)運(yùn)算器執(zhí)行這條RR*型寫數(shù)指令時(shí)，只要把寫到主存的數(shù)據(jù)送到后行寫數(shù)棧的數(shù)據(jù)寄存器中即可。 當(dāng)收到從指令分析器中送來的有效地址時(shí)，就向主存申請(qǐng)讀操作數(shù)。采用先進(jìn)先出方式工作，由指令寄存器堆和控制邏輯組成。(3)從時(shí)間圖中發(fā)現(xiàn)什么問題？如何解決？(1) 通道的實(shí)際流量為：fBYTE＝(1/10+1/30+1/30+1/50+1/75)MB/S＝通道的工作周期為：t＝1/fBYTE＝5us(2)處理完各設(shè)備這個(gè)第一次請(qǐng)求的時(shí)間：D1：5us；D2：10us；D3：20us；D4：30us。(1)計(jì)算這個(gè)通道的實(shí)際流量和工作周期。只有一個(gè)以成組方式工作的子通道3. 數(shù)組多路通道：字節(jié)多路通道和選擇通道的結(jié)合。解：在處理機(jī)狀態(tài)字中設(shè)置3個(gè)中斷屏蔽位。（1）試設(shè)計(jì)各中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽碼；（2）如果處理機(jī)在運(yùn)行主程序時(shí)，同時(shí)有DD2兩個(gè)中斷源請(qǐng)求中斷服務(wù)，而在運(yùn)行中斷源D2的中斷服務(wù)程序的過程中，中斷源DD4又同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù)，試畫出處理機(jī)響應(yīng)各個(gè)中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求 和實(shí)際運(yùn)行中斷服務(wù)程序過程的示意圖。中斷響應(yīng)時(shí)間：從中斷源向處理機(jī)發(fā)出中斷服務(wù)請(qǐng)求開始，到處理機(jī)開始執(zhí)行這個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)為止中斷屏蔽（****課后題****）方法一：每級(jí)中斷源設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽位。設(shè)備的工作速度。為每一類中斷源分配一個(gè)硬件的中斷入口，在進(jìn)入這個(gè)入口之后，再通過軟件找到具體的中斷源。中斷源可以來自系統(tǒng)外部，也可以來自機(jī)器內(nèi)部，甚至處理機(jī)本身。3. 分類組織（針對(duì)異步性）面向字符的設(shè)備，如字符終端、打字機(jī)等面向數(shù)據(jù)塊的設(shè)備，如磁盤、磁帶、光盤等。實(shí)時(shí)性反映了不同種類設(shè)備對(duì)于CPU響應(yīng)時(shí)間的區(qū)別，采用層次結(jié)構(gòu)的方法來解決 設(shè)備無關(guān)性表明了標(biāo)準(zhǔn)接口＋非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備＋驅(qū)動(dòng)軟件的實(shí)現(xiàn)途徑，采用分類處理的方法來解決。目前，在寫回法中采用按寫分配法，在寫直達(dá)法中采用不按寫分配法。? (3) 控制的復(fù)雜性，寫直達(dá)法比寫回法簡單。? (2) 寫回法，又稱為抵觸修改法，WB（Write‐Back）： CPU的數(shù)據(jù)只寫入Cache，不寫入主存。? 隨著組數(shù)的增加，Cache的命中率要降低。達(dá)到一個(gè)最佳值? 當(dāng)塊非常大時(shí)，進(jìn)入Cache中的許多數(shù)據(jù)可能用不上。Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)工作：基于程序局部性訪問原理，是對(duì)主存信息的拷貝Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的加速比SPSP=TM/T （TM為存儲(chǔ)器的訪問周期，TC為CACHE的訪問周期，這個(gè)公式與存儲(chǔ)器訪問效率e的公式是相反的）提高Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)加速比的最好途徑是提高命中率命中率H主要與如下幾個(gè)因素有關(guān)：? 程序在執(zhí)行過程中的地址流分布情況? 所采用的替換算法? Cache的容量? 在組相聯(lián)映象方式中，塊的大小? 在組相聯(lián)映象方式中，分組的數(shù)目? 所采用的Cache預(yù)取算法Cache命中率與容量的關(guān)系:Cache的命中率隨它的容量的增加而提高。如果在任何時(shí)刻t，主存頁面數(shù)集合Bt都滿足關(guān)系： Bt（m）? Bt（n）則這類算法稱為堆棧型替換算法。(2) 所采用的頁面替換算法。塊的大小為1個(gè)字時(shí)，現(xiàn)在要提高增加塊的大小。 解：當(dāng)H＝，e1＝1／(＋5(1－))＝ 當(dāng)H＝，e2＝1／(＋5(1－))＝采用預(yù)取技術(shù)可以大幅度提高命中率。但是S2于S1不能相差太大，否則，存儲(chǔ)系統(tǒng)要達(dá)到比較高的性能，調(diào)度起來很困難。(1) 時(shí)間局部性：最近訪問過的代碼在很短的時(shí)間內(nèi)有可能被再次訪問；主要對(duì)應(yīng)于循環(huán)語句；（2）空間局部性：與剛被訪問過的指令或數(shù)據(jù)相鄰的指令或數(shù)據(jù)有可能馬上被訪問；主要對(duì)應(yīng)于順序執(zhí)行的語句。 當(dāng)寄存器溢出時(shí)，要在主存中開辟一個(gè)堆棧指令流調(diào)整技術(shù)目標(biāo)：通過變量重新命名消除數(shù)據(jù)相關(guān)，提高流水線效率以硬件為主固件為輔固件的主要缺點(diǎn)是：執(zhí)行速度低主要優(yōu)點(diǎn)是：便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜指令，便于修改指令系統(tǒng) RISC主要采用硬聯(lián)邏輯來實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng) 對(duì)于復(fù)雜指令，也用微程序技術(shù)實(shí)現(xiàn)。采用指令延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)時(shí)，指令序列的調(diào)整由編譯器自動(dòng) 進(jìn)行。(4) 簡單的尋址方式。重新計(jì)算等效CPI。通常：加、減法50％，乘法15％，除法5％，程序控制15％，其它15%例2：我國最早研制的小型計(jì)算機(jī)DJS130，定點(diǎn)16位，加法速度每秒50萬次，但沒有硬件乘法和除法等指令。組成和實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)推動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)步。在特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有些級(jí)別可能不存在。第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義計(jì)算機(jī)＝軟件＋硬件（+網(wǎng)絡(luò)）兩種定義：定義1：Amdahl于1964年在推出IBM360系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出：程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性定義2：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究軟硬件功能分配和對(duì)軟硬件界面的確定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次
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