計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)-在線瀏覽
2024-07-18 22:16本頁面
【正文】 程組，得到m＝44，即數(shù)據(jù)在主存儲器中的重復(fù)利用率至少為44次。塊的大小為1個字時，現(xiàn)在要提高增加塊的大小。主要目的：擴(kuò)大存儲器容量 實現(xiàn)方法：用地址碼的高位部分區(qū)分存儲體號低位交叉訪問存儲器。(2) 所采用的頁面替換算法。(4) 主存儲器的容量(5) 所采用的頁面調(diào)度方法。如果在任何時刻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。LFU（最久未使用）算法、LRU（近期最少使用）算法和OPT（最優(yōu)替換）算法都是堆棧型算法。Cache存儲系統(tǒng)工作：基于程序局部性訪問原理，是對主存信息的拷貝Cache存儲系統(tǒng)的加速比SPSP=TM/T （TM為存儲器的訪問周期，TC為CACHE的訪問周期，這個公式與存儲器訪問效率e的公式是相反的）提高Cache存儲系統(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。當(dāng)C容量大道無窮時，命中率達(dá)100%Cache命中率與塊大小的關(guān)系? 在組相聯(lián)映象方式中，塊的大小對命中率的影響非常 敏感? 塊很小時，命中率很低。達(dá)到一個最佳值? 當(dāng)塊非常大時，進(jìn)入Cache中的許多數(shù)據(jù)可能用不上。當(dāng)塊大小等于Cache的容量時，命中率將趨近于零。? 隨著組數(shù)的增加，Cache的命中率要降低。Cache的一致性問題? 本節(jié)討論的內(nèi)容僅限于單處理機(jī)、單存儲器。? (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。寫回法與寫直達(dá)法的優(yōu)缺點比較：? (1) 可靠性，寫直達(dá)法優(yōu)于寫回法。? (3) 控制的復(fù)雜性，寫直達(dá)法比寫回法簡單。寫Cache的兩種方法：(1) 不按寫分配法：在寫Cache不命中時，只把所要寫的字寫入主存。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。輸入輸出系統(tǒng)最典型地反映著硬件與軟件的相互結(jié)合。實時性反映了不同種類設(shè)備對于CPU響應(yīng)時間的區(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)動軟件的實現(xiàn)途徑，采用分類處理的方法來解決。輸入輸出系統(tǒng)的組織方式1. 自治控制（針對實時性）輸入輸出系統(tǒng)是獨立于CPU之外的自治系統(tǒng)，處理機(jī)與外圍設(shè)備之間要有恰當(dāng)?shù)姆止?. 層次結(jié)構(gòu)（針對與設(shè)備無關(guān)性）最內(nèi)層是輸入輸出處理機(jī)、輸入輸出通道等中間層是標(biāo)準(zhǔn)接口。3. 分類組織（針對異步性）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。引起中斷的各種事件稱為中斷源。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。把各種各樣的中斷源分類、分級組織好，是中斷系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。為每一類中斷源分配一個硬件的中斷入口，在進(jìn)入這個入口之后，再通過軟件找到具體的中斷源。做法：由硬件排隊器決定中斷優(yōu)先級，通過軟件設(shè)置中斷屏蔽碼改變中斷服務(wù)順序。設(shè)備的工作速度。要求處理機(jī)提供的服務(wù)量中斷處理的流程⑴表示通常用硬件實現(xiàn) 現(xiàn)行指令結(jié)束，且沒有更緊急的服務(wù)請求 ；關(guān)CPU中斷 ；保存斷點，主要保存PC中的內(nèi)容⑶表示可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn) 撤消中斷源的中斷請求 ；保存硬件現(xiàn)場，主要是PSW及SP等 ；識別中斷源 ；改變設(shè)備的屏蔽狀態(tài)⑴表示通常用硬件實現(xiàn) 進(jìn)入中斷服務(wù)程序入口⑶表示可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn) 保存軟件現(xiàn)場，在中斷程序中使用的通用寄存器等⑵表示通常用軟件實現(xiàn) 開CPU中斷，可以響應(yīng)更高級別的中斷請求 ；中斷服務(wù)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序 ；關(guān)CPU中斷⑶表示可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn) 恢復(fù)軟件現(xiàn)場 ；恢復(fù)屏蔽狀態(tài) ；恢復(fù)硬件現(xiàn)場 ；開CPU中斷 ⑵表示通常用軟件實現(xiàn) 返回到中斷點必須用硬件實現(xiàn)的有：保存中斷點和進(jìn)入中斷服務(wù)程序入口。中斷響應(yīng)時間：從中斷源向處理機(jī)發(fā)出中斷服務(wù)請求開始，到處理機(jī)開始執(zhí)行這個中斷源的中斷服務(wù)程序時為止中斷屏蔽（****課后題****）方法一：每級中斷源設(shè)置一個中斷屏蔽位。要求處理機(jī)響應(yīng)中斷源的中斷請求次序從高到低依次 為DDDD4，而處理機(jī)實際為各個中斷源服務(wù)的先后次序為DDDD4。（1）試設(shè)計各中斷源的中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽碼；（2）如果處理機(jī)在運行主程序時，同時有DD2兩個中斷源請求中斷服務(wù)，而在運行中斷源D2的中斷服務(wù)程序的過程中，中斷源DD4又同時請求中斷服務(wù)，試畫出處理機(jī)響應(yīng)各個中斷源的中斷服務(wù)請求 和實際運行中斷服務(wù)程序過程的示意圖。處理機(jī)本身的優(yōu)先級最低，為0級。解：在處理機(jī)狀態(tài)字中設(shè)置3個中斷屏蔽位。當(dāng)4個中斷源同時請求中斷服務(wù)時，通道的使用：把外圍設(shè)備的管理工作從CPU中分離出來，進(jìn)一步提高CPU的利用率通道種類：1. 字節(jié)多路通道：為多臺低中速的外圍設(shè)備服務(wù)。只有一個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。數(shù)組多路通道的實際工作方式是：在為一臺高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的同時，有多臺高速設(shè)備可以在定位或者在找扇區(qū)。(1)計算這個通道的實際流量和工作周期。5臺設(shè)備在0時刻同時向通道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請求，并在以后的時間里按照各自的數(shù)據(jù)傳輸率連 續(xù)工作。(3)從時間圖中發(fā)現(xiàn)什么問題？如何解決？(1) 通道的實際流量為：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)備這個第一次請求的時間：D1：5us；D2：10us；D3：20us；D4：30us。(3) D5的第一次請求沒有得到響應(yīng)的原因分析如果字節(jié)多路通道的最大流量與連接在這個通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)流量之和非常接近時，如果高速 設(shè)備頻繁發(fā)出服務(wù)請求并優(yōu)先得到響應(yīng)，則低速設(shè) 備可能在很長一段時間內(nèi)得不到響應(yīng)。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。每個緩沖寄存器由地址寄存器、操作數(shù)寄存器和標(biāo)志三部分組成。 當(dāng)收到從指令分析器中送來的有效地址時，就向主存申請讀操作數(shù)。 每個后行緩沖寄存器由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和標(biāo)志三部分組成。當(dāng)運算器執(zhí)行這條RR*型寫數(shù)指令時，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。線性流水線能用流水線連接圖唯一表示，非線形流水線，連接圖不能唯一表示工作流程，需要引入流水線預(yù)約表 書P285294主要指標(biāo)：吞吐率、加速比和效率吞吐率：指在單位時間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或輸出的結(jié)果數(shù)量 TP=n/Tk 當(dāng)各段執(zhí)行時間相等，輸入連續(xù)任務(wù)情況下，完成n個任務(wù)需要的總時間為（k為流水線的段數(shù)）：Tk＝(k＋n－1)Δt 當(dāng)n趨向于無窮時，TP為最大吞吐率1/Δt加速比：不適用流水線所用的時間T0與使用流水線所用的時間Tk之比稱為流水線加速比S=T0/Tk由于T0=k*n*Δt ,所以S=k*n/(k+n1) 當(dāng)n去想于無窮大時，S取最大值為k效率：定義為n個任務(wù)占用的時空區(qū)與k個功能段總的時空區(qū)之比。(2)畫出調(diào)度流水線的狀態(tài)圖。(4)求平均啟動距離最小的恒定循環(huán)。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∨10101
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