計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)(參考版)
2025-06-10 22:16本頁面
【正文】 主要優(yōu)點：減少大量的無效操作，提高了總線效率。(4)重寫(Dirty)：Cache中的數(shù)據(jù)塊被寫過多次，而 且是唯一正確的數(shù)據(jù)塊。共有4種狀態(tài)(1)有效(Valid, 相當(dāng)于寫回方式中的只讀：(2)無效(Invalid)：在Cache中找不到或數(shù)據(jù)塊已作 廢。寫一次(WriteOnce)協(xié)議方法：第一次寫Cache采用寫直達方式，以后采用寫回方式。由于寫更新策略在本地Cache修改時需要通過總線把 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)。方法二：寫更新（Write Update）策略，在本地Cache 數(shù)據(jù)塊修改時通過總線把新的數(shù)據(jù)塊廣播給含該塊的所 有其他Cache?采用寫無效或?qū)懜虏呗耘cCache采用寫回方式（Write Back）還是寫直達方式（Write Through）無關(guān)。在其他多處理機系統(tǒng)中，通常采用基于目錄協(xié)議。 (4)為了使價格和性能都比較合理，處理機數(shù)目存在一個極大值，這個值主要依賴于機器的系統(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。(3)R/C比值越大，越有利于計算過程。(2)當(dāng)處理機臺數(shù)增加時，額外開銷時間也增加。?Ki最多有3個取值： 、 和0?當(dāng)M 是N 的倍數(shù)時，?單臺處理機執(zhí)行全部M個任務(wù)的總時間：?總處理時間＝RM?使兩者差為0，得到R/C=M/2結(jié)論：?當(dāng)R/C＞M/2時采用平均分配方法， ?當(dāng)R/C＜M/2時采用集中分配方法。例如：101個任務(wù)平均分給50臺處理機：有33臺處理機，每臺分給3個任務(wù)；另有１臺處理機分給２個任務(wù)；剩下的16臺處理機不分配任務(wù)。T=Rmax(Ki)+C/2ΣKi(MKi)與兩臺處理機的情況類似，實際的最小值發(fā)生在極端分配 情況下：或者將所有的任務(wù)集中在一臺處理機上，或者將任務(wù)平均分配給所有處理機。總時間最短的結(jié)論：當(dāng)R/C＜M/2時，把所有任務(wù)分配給同一臺處理機，K＝0；當(dāng)R/C＞M/2時，把任務(wù)平均分配給兩臺處理機，K＝M/2?？偺幚頃r間＝R*Max(M－K，K)＋C*(M－K)*K其中：R：每個任務(wù)的執(zhí)行時間，C：通信開銷，K：任 務(wù)分配參數(shù)。多處理機運算的基本模型目標(biāo)：由M個任務(wù)組成的程序，在N臺處理機組成的系統(tǒng)上 運行，求最短執(zhí)行時間？基本模型僅考慮由兩臺處理機組成的系統(tǒng)。多處理機基本模型及其結(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)行時間，C: 通信開銷細(xì)粒度并行：R/C小，通信開銷大,并行度低。要采取同步措施來保持程序要求的正確順序5. 資源分配和進程調(diào)度并行處理機的PE是固定的，用屏蔽來改變實際參加操 作的PE數(shù)目。先做完的要停下等待。4. 進程同步并行處理機僅一個CU，自然是同步的。多處理機用專門的指令來表示并發(fā)關(guān)系，一個任務(wù)執(zhí)行時 能夠派生出與它并行的另一些任務(wù)。 多處理機的并行性存在于指令外部，在多個任務(wù)之間，識 別難度較大。并行處理機的兩種分類及其結(jié)構(gòu)分類：分布存儲器并行處理機和共享存儲器并行處理機 ?分布式存儲器并行處理機的結(jié)構(gòu)框圖 ?共享存儲器并行處理機的結(jié)構(gòu)框圖第九章多處理機的定義與特點多處理機定義：兩個或兩個以上處理機(包括PU和CU)，通過高 速互連網(wǎng)絡(luò)連接起來，在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理下， 實現(xiàn)指令以上級（任務(wù)級、作業(yè)級）并行。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。三條技術(shù)途徑：(1)資源重復(fù)：重復(fù)設(shè)置多個部件來提高速度。第八章并行性的兩種類型和三種技術(shù)途徑兩種并行性概念：(1)同時性并行Simultaneity：兩個或兩個以上事件 在同一時刻發(fā)生。移數(shù)置換或PM2i或加減2i置換：PM2+i(X)=（X+2^i）mod N (N看有多少個處理機；2i同理)：假設(shè)16個處理機的編號分別為0、…、15，采用單級互連網(wǎng)絡(luò)。(6)接收方開銷 (Receiver overhead)：處理器把消息從網(wǎng)絡(luò)取出來的時間。(4)傳輸時延 (Transport latency)：等于飛行時間與傳輸時間之和。用結(jié)點間的連接邊數(shù)：(1)頻帶寬度 (Bandwidth)：傳輸信息的最大速率(2)傳輸時間 (Transmission time)：等于消息長度除以頻寬。兩者相比較，加速比是多少？（2）、計算該流水線的效率和吞吐率。指令完成順序是按照程序中指令排列順序進行的稱為順序完成習(xí)題： 一個15000條指令的程序在一臺時鐘頻率為25MHZ的線性流水線處理機上運行，假設(shè)該流水線分為相等的5段，并且每個時鐘周期發(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。超流水線處理機：在一個周期內(nèi)分時發(fā)射多條指令的處理機，超流水線處理機采用的是時間并行性。（先行指令窗口：能夠從指令Cache中預(yù)取多條指令，能夠?qū)Υ翱趦?nèi)的指令進行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析和功能部件沖突檢測，保存暫時不能進入操作部件的指令。主要包括：無條件轉(zhuǎn)移、一般條件轉(zhuǎn)移、復(fù)合條件轉(zhuǎn)移、中斷等。(4) 啟動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)。簡單循環(huán)：狀態(tài)圖中各種沖突向量只經(jīng)過一次的啟動循環(huán)。解：(1)禁止向量為： (2，4，6)初始沖突向量：S = 101010(2)構(gòu)造狀態(tài)圖S邏輯右移6位時，不作任何處理，邏輯右移5和大于等于7時：S右移1位之后：010101∨101010＝ 111111，S右移3位之后：000101∨101010＝ 101111，S右移5位之后：000001∨101010＝ 101011，S右移7位或大于7位后還原到它本身。(3)求最小啟動循環(huán)和最小平均啟動距離。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啟動距離：向一條非線性流水線的輸入端連續(xù)輸入兩個任務(wù)之間的時間間隔例題：一條4功能段的非線性流水線，每個功能段的延遲時間都相等，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。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。指令分析器遇到向主存寫結(jié)果的指令時，把形成的有效地址送入后行寫數(shù)棧的地址寄存器中，并用該地址 寄存器的編號替換指令的目的地址部分，形成RR*指令送入先行操作棧。讀出的操作數(shù)存放在操作數(shù)寄存器中或覆蓋掉地址寄存器中的地址。也可以把地址寄存器和操作數(shù)寄存器合為一個。 處于主存儲器與運算器之間，平滑運算器與主存儲器的工作。2 、如果某通道在數(shù)據(jù)傳送過程中，某個低速設(shè)備每隔500us發(fā)出一個字節(jié)傳送請求，問該通道至多可接幾臺這種低速設(shè)備？對于如下AF六種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024 個字節(jié)，問哪些設(shè)備可以掛接在此通道上，那些不能？ 3 、書p251 第五章：(取指、分析、執(zhí)行 3階段)（二次重疊執(zhí)行方式必須要用的）（簡答）：處于主存儲器與指令分析器之間，用它來平滑主存儲器取指令和指令分析器使用指令之間的速度差異：
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