四川大学系统结构期末总结

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1、第一章·RISC：精简指令集计算机，简化了指令系统，使得更多地实现流水和cache。·系统结构的重大转折：从单纯依靠指令级并行转向开发线程级并行和数据级并行。·翻译：先把N+1级程序全部转换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。（编译）·解释：每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级的指令，依此重复进行。解释执行比编译后再执行所花的时间多，但占用的存储空间较少。·Amdahl提出的系统结构实际上是指传统机器语言级程序员所看到的计算机属性。·计算机组成：计算机系统

2、结构的逻辑实现。·计算机实现：计算机组成的物理实现·计算机系统结构的分类：Flynn分类法：按指令流和数据流的多倍性进行分类。SISD（顺序处理机、标量流水线处理机）SIMD(阵列处理机、向量流水线处理机)MISDMIMD（多处理机）指令流（InstructionStream）：机器执行的指令序列；数据流（Datastream）：由指令处理的数据序列；多倍性（Multiplicity）：在系统最窄的部件上，处于同一时间单位内，最多可并行执行的指令条数或处理的数据个数。冯式分类法：用系统的最大并行度对计算机进行分类。最大并行度：计算机系统在单位时

3、间内能够处理的最大的二进制位数。·计算机系统的定量原理1.以经常性事件为重点进行优化2.Amdahl定律加快某部件执行速度（部件加速比Se）所能获得的系统性能加速比（Sn），受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比（Fe）。·假定某部件的运行时间在全系统运行时间T0中所占的百分比为Fe，系统中其他部分运行时间所占百分比为1-Fe。再设该部件改进前后的运行时间之比为Se，也即该部件速度提高的倍数。于是对该部件改进后，全系统的运行时间应为：Tn=T0(1–Fe)+T0Fe/Se=T0(1–Fe+Fe/Se)（利用对加速比的计算，可以决定提高

4、全系统性能的努力应该从何处入手，即花较小的代价，获取较大的效益。）3.CPU性能公式1）习惯上总是以主时钟（时钟周期）ＴＣ来表示一个CPU的速度2）CPU时间一个程序在CPU上运行所需的时间TCPU表示为：•TC表示时钟周期时间。•CPI表示执行每条指令所需的平均时钟周期数。（作为衡量CPU运行速度的指标）•IN表示要执行程序中的指令总数。···（执行概率）······4.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。空间局部性:程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者临近。·二.计算机系统的

5、性能评测1.执行时间：计算机完成某一任务所花费的全部时间2.吞吐率（throughput）:单位时间内完成的任务数。3.基准测试程序（benchmark）：用高级语言编写用于测试和比较性能的程序。分为两类：1)一类用以测试系统中所用的元部件，如CPU、硬盘等。2)一类则用来对全系统的性能进行测试。·以前常采用简化了的程序，例如：（1）核心程序：从真实的程序中选出的关键代码段构成的小程序。（2）合成测试程序:人工合成出来的程序。（3）小测试程序：简单的只有几十行的程序。从测试性能的角度来看，上述测试程序不可信。·SPEC测试程序套件：由各种不同的

6、真实应用程序构成，能比较全面地反映计算机在各个方面的处理性能。·4.MIPS（MillionInstructionPerSecond），被称为每秒百万条指令，用于衡量标量处理机定点运算的速度·对冯·诺依曼系统结构进行的改进1）输入/输出方式的改进2）采用并行处理技术（在不同的级别采用并行技术。如：微操作级、指令级、线程级、进程级、任务级等。)3）存储器组织结构的发展4）指令集的发展（复杂指令集计算机（CISC）精减指令集计算机（RISC））·软件的可移植性：一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。我

7、们称这两台计算机是软件兼容的。实现可移植性的常用方法:系列机，模拟与仿真，统一高级语言。·模拟：指用软件的方法在一台计算机A上实现另一台计算机B的功能。A机通常称为宿主机，B机实际上不一定存在，因此称为虚拟机。·仿真：当宿主机采用微程序控制器时，通过宿主机上的微程序来实现虚拟机指令系统中一条指令的功能。这种模拟过程不是在指令级进行，而是在宿主机的微程序水平上进行，称为仿真。·并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。(只要在时间上相互重叠，就存在并行性)（1）同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。（2）并发性：两个

8、或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。·并行性的实现途径（1）时间重叠：引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各