计算机体系结构复习.pdf

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1、精品文档一．计算机系统结构的基础知识计算机系统结构含义，分类（FLYNN）系统结构：从程序设计者的角度所看到的系统的属性，即概念性结构和功能特性。计算机系统结构：指机器语言程序的设计者或是编译程序设计者所看到的计算机系统的概念性结构与功能特性。弗林(FLYNN)分类法：单指令流、单数据流(SISD)结构单指令流、多数据流(SIMD)结构多指令流、单数据流(MISD)结构多指令流、多数据流(MIMD)结构计算机系统设计的原则（三条），阿姆达尔（Amdahl）定律(一)加速那些使用频率高的部件——提高整个计算机性能(二)Amdahl定律(三)程序访问局部性原理Amdahl定律可表示为

2、：S=T/Tpe0T=T(1–f+f/r)0eeeeS：加速比；pT：采用改进措施前执行某任务系统所用的时间；eT：采用改进措施后所需的时间；0f：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例，总是小于1；er：性能提高的倍数（T部件改进前/T部件改进后），总是大于1。e:Rc6计算机性能指标参数（CPI、MIPS、吞吐率，加速比）MIPS=CPI10冯·诺依曼机器特点，计算机系统结构发展1、以运算器为中心，除了完成运算以外，机器内部的数据传送都经过运算器，控制器集中控制。2、存储器是字长固定的、顺序线性编址的一维结构。3、程序存储，指令和数据都存放在存储器中。4、指令在存储器中按其执

3、行顺序存放，由一个顺序控制器指定即将被执行的指令地址。5、指令由操作码和地址码组成。6、数据以二进制表示。软件对系统结构的影响二．并行主存与存储体系存储系统三个特性（局部性、一致性、包含性）包含性：在容量大的存储器中，一定能找到上层存储信息的副本。一致性：副本修改，以保持同一信息的一致性。存储层次结构概念和性能参数（T，S，C）1。欢迎下载精品文档通用寄存器M1，高速缓冲存储器M2，主存储器M3，辅助存储器M4，脱机大容量存储器M5存储容量S，存储器速度T，存储器价格CCACHE引入目的、特点（和虚拟存储器比）、需解决的问题目的：提高CPU对存储器的访问速度。虚拟存储器与高速缓冲

4、存储器区别CACHE-主存地址映象变换概念？几种主要方式（全相联、直接、组相联）特点计算地址映像是指某一数据在主存中的地址与在缓存中的地址两者之间的关系。全相联的地址映像规则：1)主存与缓存分成相同大小的数据块。2)主存的某一数据块可以装入缓存的任意一块的空间中。优点：命中率较高，Cache的存储空间利用率高；缺点：线路复杂，成本高，速度低。直接相联的地址映像规则：1.主存与缓存分成同样大小的块；2.主存容量应是缓存容量的整数倍，将主存空间按缓存的容量分成区，主存中每一区的块数与缓存的总块数相等；3.主存中某区的一块存入缓存时只能存入缓存中块号相同的位置。优点：简单；缺点：命中率

5、低。组相联的映像规则：1.主存与缓存分成相同大小的块;2.主存与缓存分成相同大小的组;3.主存容量是缓存容量的整数倍，将主存空间按缓存的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同。4.组间直接相联；组内全相联。优点：速度快，命中率高；几种替换算法分类；简述LRU替换算法随机法：(Random,RAND法)先进先出法(First-InFirst-Out,FIFO法)近期最少使用法(LeastRecentlyUsed,LRU法)2欢迎下载。精品文档最久没有使用法（LeastFrequentlyUsed,LFU法）LRU法是依据各块使用的情况，总是选择那个最近最少使用的块被替换。这

6、种方法比较好的反映了程序局部性规律。因为最近最少使用的块，很可能在将来的近期也很少使用，所以LRU法的命中率比较高。缺点：实现起来比较困难，它不但要记录每块使用次数的多少，而且要反映出近期使用的次数。CACHE写操作的更新策略，CACHE的性能（命中率，加速比，平均访问时间）（1）全写法，亦称写直达法(WT法——Writethrough)：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入。（2）写回法(WB法——Writeback)：在CPU执行写操作时，只写入Cache，不写入主存；需要替换时，把修改过的块写回主存。（一）Cache的容量对命中率的影响容量越大则命中率越高

7、。当容量由很小开始增加时命中率增加的比较明显当容量达到一定程度，容量增加命中率改善的并不大。（二）Cache块的大小对命中率的影响当块的容量加大命中率明显的增加，但增加到一定值后反而出现块增加命中率下降的现象。这是因为块容量大到一定程度，进入块内的数据，已不符合程序局部性规律了；块越大在一定量的Cache中包含的块数就越小，则命中率就降低了。（三）.地址映像方式对命中率的影响（1）直接相联法命中率比较低。（2）全相联方式命中率比较高，但难以实现。（3）组相联方式中，主要是分组的数