计算机系统结构复习总结

内容来自课本 && 教学PPT

第一章基础知识

主要内容:

1 CPI 计算

2 MIPS MFLOPS计算

3 程序运行时间计算

4 阿姆达尔定律

1.5 计算机性能

1.5.1 性能因子CPI

1.5.2 MIPS

例题1

例题2

例题3

1.5.4 计算机系统设计的定量原理

Told表示不采用任何增强功能措施完成某一任务的时间

Tnew表示采用某种增强功能措施后计算机完成同一任务所需时间

fnew表示可采取增强功能措施的部分所占百分比（显然，0≤ fnew≤1）

rnew表示采用增强功能措施比不采用增强功能可加快执行的倍数

例题1

例题2

例题3

如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这3个部件进改进后达到的加速比分别为：S1=30,S2=20,S3=10。

（1）如果部件1和部件2改进前的执行之间占整个系统执行的时间比例都为30%，那么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3个部件都改进后的的整个系统的加速比Sn达到10？

（2）如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别是30%,30%he 20%,那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时间中占的比例是多少？

1.6 计算机系统结构的分类

1.6.1 Flynn分类法

SISD 单指令单数据流
SIMD 单指令多数据流
MISD 多指令单数据流
MIMD 多指令多数据流

第二章指令系统

2.1 指令格式的优化

2.1.1 操作码的优化表示

1 等长操作码

对于采用等长操作码的指令系统，若指令系统中共有 N 种不同功能的指令，则指令系统中的所
有指令的操作码长度固定为 log 2 N 位。

2 Huffman编码

Huffman 编码法是最优化的编码方法。

信息源熵计算公式（可能会用到换底公式）

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3 扩展操作码编码

扩展操作码编码是介于等长操作码编码和 Huffman 编码之间的一种编码方式，它使操作码的长度只限于有限的几种码长（如这里只有两种码长）。为便于实现和分级译码，一般采用等长扩展。

例题1

2.1.2 指令字格式的优化

例题2

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第三章存储系统设计

命中率平均等效时间

3.1 存储系统原理

3.1.1 基本概念

存储容量
```
Sm=W·l·m
```
其中W为单个存储体的字长，l为单个存储体的字数，m为并行工作的存储体的个数。
存储器的速度

主存储器的速度可以用访问时间Ta、存储周期Tm或频宽Bm来描述;

Bm----是存储器被连续访问时，可以提供的数据传送速率。通常用**每秒传送信息的位数（或字节数）**来衡量。
```
单体的Bm=W/Tm
m个存储体并行工作时可达到的最大频宽Bm=m·W/Tm
```

3.1.2 多级存储层次

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KhfnYliu-1650716024924)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210423105937475.png)]

3.1.3 存储系统的性能参数

Ci:平均位价格

Tai:访问时间

Smi:存储容量

例题1

例题2

例题3

第四章流水线计算机设计技术

资源相关

数据相关

先写后读相关
先读后写相关
写写相关

消除瓶颈的方法

子过程细分

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瓶颈的情况

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9CJjNXCi-1650716024933)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210601125658670.png)]

子过程细分的情况
子过程并联