【正文】 Baskett提出 實現(xiàn)方法：設置一個數(shù)量比較大的寄存器堆，并把它劃分 成很多個窗口。RISC的關鍵技術延時轉移技術（名詞）定義：為了使指令流水線不斷流，在轉移指令之后插入一 條有效的指令，而轉移指令被延遲執(zhí)行，這種技術稱為延 遲轉移技術。 (5) 采用延遲轉移技術 。(3) 只有LOAD和STORE指令可以訪問存儲器。解：?等效CPI1＝100 2％＋4 23％＋ 75％＝等效CPI2＝4 25％＋ 75％＝由于改進了僅占2％的FPSQR操作的CPI，使等效速度提高了近一倍第二章數(shù)據(jù)表示+數(shù)據(jù)結構=數(shù)據(jù)類型操作碼的優(yōu)化表示：定長編碼、HUFFMAN編碼、擴展編碼（***課后題****）復雜指令系統(tǒng)計算機CISC：增強指令功能，設置功能復雜的指令；面向目標代碼、面向高級語言、面向操作系統(tǒng)；用一條指令代替一串指令RISC精簡指令系統(tǒng)計算機：簡化指令功能，只保留功能簡單的指令；較復雜的功能用子程序來實現(xiàn)較復雜的功能用子程序來實現(xiàn)RISC的思想精華：減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)（CPI）RISC的特點(1) 簡單而統(tǒng)一格式的指令譯碼。例3 如果浮點開平方操作FPSQR的比例為2%，它的CPI為100，其他浮點操作的比例為23%，它的CPI＝，其余指令的CPI＝，計算該處理機的等效CPI。用軟件實現(xiàn)乘法和除法，速度降低100倍左右，求定點等效速度。解：由于PentiumII 450處理機的IPC＝2（或CPI＝），F(xiàn)z＝450MHzMIPS=FZ*IPC=2*450=900MIPS等效指令速度MIPS等效CPIWi：指令使用頻度。Amdahl定律：（定量原理）系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占執(zhí)行時間的比例有關。他們各自包含不同的內(nèi)容，但又有緊密的聯(lián)系。計算機組成：是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(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?設計緩沖和排隊策略?設計控制機構?確定采用何種可靠性技術計算機實現(xiàn)：是指計算機組成的物理實現(xiàn)處理機、主存儲器等部件的物理結構?器件的集成度和速度?專用器件的設計?器件、模塊、插件、底版的劃分與連接?信號傳輸技術?電源、冷卻及裝配技術，相關制造工藝及技術等計算機系統(tǒng)結構、計算機組成和計算機實現(xiàn)是三個不同的概念。第0級要求一定的數(shù)字邏輯基礎；第2級涉及匯編語言程序設計的內(nèi)容；第3級與計算機系統(tǒng)結構密切相關。第一章計算機系統(tǒng)結構定義計算機＝軟件＋硬件（+網(wǎng)絡）兩種定義：定義1：Amdahl于1964年在推出IBM360系列計算機時提出：程序員所看到的計算機系統(tǒng)的屬性，即概念性結構和功能特性定義2：計算機系統(tǒng)結構主要研究軟硬件功能分配和對軟硬件界面的確定計算機系統(tǒng)的多級層次模型第6級專用應用語言 機器特定應用用戶（使用特定應用語言）（經(jīng)應用程序翻譯成高級語言）第5級通用高級語言 機器高級語言程序員（使用通用高級語言）（經(jīng)編譯程序翻譯成匯編語言）第4級匯編語言 機器匯編語言程序員（使用匯編語言）（經(jīng)匯編程序翻譯成機器語言、操作系統(tǒng)原語）第3級操作系統(tǒng)語言 機器操作系統(tǒng)用戶（使用操作系統(tǒng)原語）（經(jīng)原語解釋子程序翻譯成機器語言）第2級傳統(tǒng)機器語言 機器傳統(tǒng)機器程序員（使用二進制機器語言）（由微程序解釋成微指令序列）第1級微指令語言 機器微指令程序員（使用微指令語言）（由硬件譯碼器解釋成控制信號序列）第0級硬聯(lián)邏輯 硬件設計員第0級由硬件實現(xiàn)，第1級由微程序實現(xiàn)，第2級至第6級由軟件實現(xiàn)，由軟件實現(xiàn)的機器稱為：虛擬機從學科領域來劃分：第0和第1級屬于計算機組織與結構，第3至第5級是系統(tǒng)軟件，第6級是應用軟件。它們之間仍有交叉。在特殊的計算機系統(tǒng)中，有些級別可能不存在。系統(tǒng)結構是計算機系統(tǒng)的軟硬件的界面；計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn)；計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。組成和實現(xiàn)的改進推動系統(tǒng)結構的進步。加速比公式：Sn=T0/Tn=1/((1Fe)+Fe/Se) (應該大于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：計算機系統(tǒng)結構的分類方法：Flynn分類（按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性特征對計算機系統(tǒng)進行分類）馮氏分類（用最大并行度來對計算機系統(tǒng)進行分類）、Handler分類計算機系統(tǒng)設計的主要方法：由下往上、由上往下、由中間開始設計計算機系統(tǒng)結構評價標準 MIPS=指令條數(shù)/（指令執(zhí)行時間*10^6）=Fz/CPI=Fz*IPCIPC為每個時鐘周期平均執(zhí)行的指令條數(shù)例1：計算PentiumII 450處理機的運算速度。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算機DJS130，定點16位，加法速度每秒50萬次，但沒有硬件乘法和除法等指令。解：MIPS=1/(()+())=即每秒2萬次，由于乘法和除法用軟件實現(xiàn)，等效速度降低了25倍。重新計算等效CPI。(2) 大部分指令可以單周期執(zhí)行完成。(4) 簡單的尋址方式。(6) 采用LOAD延遲技術。采用指令延遲轉移技術時，指令序列的調(diào)整由編譯器自動 進行。在每個過程使用的幾個窗口中有一個窗口 是與前一個過程共用，還有一個窗口是與下一個過程共用。 當寄存器溢出時，要在主存中開辟一個堆棧指令流調(diào)整技術目標：通過變量重新命名消除數(shù)據(jù)相關，提高流水線效率以硬件為主固件為輔固件的主要缺點是：執(zhí)行速度低主要優(yōu)點是：便于實現(xiàn)復雜指令，便于修改指令系統(tǒng) RISC主要采用硬聯(lián)邏輯來實現(xiàn)指令系統(tǒng) 對于復雜指令，也用微程序技術實現(xiàn)。這個系統(tǒng)對應用程序員透明，并且，從應用程序員 看，它是一個存儲器，這個存儲器的速度接近速度最快的 那個存儲器，存儲容量與容量最大的那個存儲器相等，單 位容量的價格接近最便宜的那個存儲器。(1) 時間局部性：最近訪問過的代碼在很短的時間內(nèi)有可能被再次訪問；主要對應于循環(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；主要對應于順序執(zhí)行的語句。存儲器的主要性能指標：速度、容量和價格存儲容量的單位價格公式：當S2S1時，C≈C2。但是S2于S1不能相差太大，否則，存儲系統(tǒng)要達到比較高的性能，調(diào)度起來很困難。讀出時間：“讀”命令有效到數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)有效的時間間隔TA；訪問周期：單體存儲器連續(xù)兩次讀寫操作的最小時間間隔TM；TMTA命中率H=N1/(N1+N2) N1和N2分別代表對M1存儲器和M2存儲器的訪問次數(shù) 訪問周期T=H*T1+(1H)*T2 ，當命中率H很大時，訪問周期T接近于速度比較快的M1存儲器的訪問周期T1存儲器的訪問效率為e=T1/T=1/H+(1H)*T2/T1所以訪問效率主要與H和T2/T1值有關。 解：當H＝，e1＝1／(＋5(1－))＝ 當H＝，e2＝1／(＋5(1－))＝采用預取技術可以大幅度提高命中率。H’=(H+N1)/N ，其中N為CACHE的塊大小與數(shù)據(jù)塊重復使用次數(shù)的乘積，H是原來的命中率，H’是采用預取技術之后的命中率例：在一個虛擬存儲系統(tǒng)中，T2＝105 T１，現(xiàn)采用預取技術，訪問磁盤存儲器的數(shù)據(jù)塊大小為4K字，計算數(shù)據(jù)在主存儲器中的重復利用率至少為多少？解：假設數(shù)據(jù)在主存儲器中的重復利用率為m，根據(jù)前面的給出關系：解這個方