计算机系统结构复习总结
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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
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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
吞吐率和加速比
吞吐率:对流水线而言,吞吐率就是单位时间内流出的任务数或能流出的结果数。
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[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-7g7917bo-1650716024935)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210517200555987.png)]
静态调度和动态调度
非线性流水线的调度问题
- 预约表
- 延迟禁止表
- 冲突向量
- 初始冲突向量(根据延迟禁止表构建)
- 转态转换
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[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-VPS8BfQl-1650716024938)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210518092807545.png)]
优化调度方法
插入非计算延迟单元(预留算法)
例题1
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[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-2m64WFIm-1650716024940)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210616102237686.png)]
最大吞吐率
实际吞吐率
超标量超流水处理机
k:流水线深度
τ:流水线每级执行时间
N:执行指令的条数
m:超标量处理器的发射深度
例题1
[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-IobKYPDb-1650716024941)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210616210914017.png)]
[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-k1dPu35q-1650716024942)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210616212045249.png)]
第五章 并行处理技术
单级互联网络
1 立方体单级网络(Cube)
Cubei 即转换为2进制后第i为取反
[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-RiXh2N1S-1650716024943)(https://gitee.com/iforeverhz/picture/raw/master/img/image-20210616201139659.png)]
2 PM2I单级网络
记住公式即可
3 混洗交换网络(Shuffle-Exchange)
全混洗:循环左移
交换
由于单一的全混洗互连网络不能实现二进制编号为全0和全1的处理单元与其他任何处理单元的连接,因此又增加了Cube0交换互连函数。同时采用了全混洗和交换的单级互连网络称为混洗交换单级互连网络。
4 蝶形交换网络
高位和低位交换位置(对称交换)