計算機體系結構期末快速復習

文章目錄

  • 前言
  • CPI，MIPS（大題1）
  • 加速比（大題2）
  • 流水線（大題3）
  • CRAY-1向量機（大題4）
  • Tomasulo算法（大題5）
  • 概念簡答題
    • 計算機系統結構的經典定義
    • 什么是透明性
    • 計算機系統結構分類法
    • 計算機系統結構概念的實質
    • Amdahl定律
    • 馮諾依曼結構的主要特點
    • 什么事向上（下）兼容和向前（后）兼容
    • 并行性
      • 從處理數據角度，并行性等級從低到高
      • 從執行程序的角度，并行性等級從低到高
      • 提高并行性的途徑
    • CPU中用來存儲操作數的存儲單元的主要類型
    • 指令集結構分為哪三種類型
    • 在確定哪些基本功能用硬件來實現時，主要考慮哪三個因素
    • 對指令集的基本要求
    • 流水線
      • 通過時間和排空時間是什么
      • 流水線的分類
        • 按照流水線所完成的功能分類
        • 按照同一時間內各段之間的連接方式對多功能流水線做進一步的分類
        • 按照流水的級別分類
        • 按流水線是否有反饋回路分類
        • 按任務流入和流出的順序是否相同分類
      • 一個經典的五段流水線
      • 相關有哪三種類型
      • 流水線沖突有哪些

前言

樓主今天下午考計算機體系結構，所以快速復習順便寫了一下，里面有自己看過的比較好視頻推薦，建議先看目錄是否切合學校的考綱，祝各位考試不掛科~

CPI，MIPS（大題1）

CPI = （每個指令的執行數量 * 每個指令的平均時鐘周期數）/ 全部指令的數量

MIPS = 主頻 / (CPI * 10^6)

加速比（大題2）

加速比 = 總執行時間（改進前）/ 總執行時間（改進后）
= 1/（(1 - 可改進比例) + 可改進比例/部件加速比)
= 1 / （(1 - 各部件可改進比例之和) + 各部件 可改進比例/部件加速 之和）

流水線（大題3）

推薦視頻：https://www.bilibili.com/video/BV1g34y167Nu/?spm_id_from=333.999.0.0

  1. 畫流水線：
  2. 求吞吐率 加速比 效率
  3. 消除瓶頸 ： 重復設置部件 、 細分瓶頸段

CRAY-1向量機（大題4）

推薦視頻：https://www.bilibili.com/video/BV1iY411g7HJ?p=18&vd_source=133ab656b1083da8fddee466829de2ad 40分鐘
啟動訪存 1 拍 ，送加 1拍，送乘1 拍，寫入1拍，其他訪存，浮點加，浮點乘，看題目要求幾拍

Tomasulo算法（大題5）

推薦視頻;https://www.bilibili.com/video/BV1Cr4y1H7gA/?spm_id_from=333.999.0.0 40分鐘

概念簡答題

計算機系統結構的經典定義

程序員所看到的計算機屬性，即概念性結構和功能特性

什么是透明性

在計算機技術中，把本來存在事物或屬性，但從某種角度看又好像不存在的概念稱為透明性

計算機系統結構分類法

  • Flynn分類法： SISD（單指令流單數據流），SIMD（單指令流多數據流），MISD（多指令流單數據流），MIMD（多指令流多數據流）
  • 馮氏分類法

PS:如何記憶：S是single 單 M是many 多

計算機系統結構概念的實質

確定計算機系統中軟硬件實現的界面，界面之上是軟件實現的功能，界面之下是硬件和固件實現的功能

Amdahl定律

加速比 = 總執行時間（改進前）/ 總執行時間（改進后）
= 1/（(1 - 可改進比例) + 可改進比例/部件加速比)
= 1 / （(1 - 各部件可改進比例之和) + 各部件 可改進比例/部件加速 之和）

馮諾依曼結構的主要特點

重要！

  1. 以運算器為中心
  2. 在存儲器中，指令和數據同等對待
  3. 存儲器是按地址訪問，按順序線性編址的一維結構，每個單元的位數是固定的
  4. 指令的執行是順序的
  5. 指令由操作碼和地址碼組成
  6. 指令和數據均以二進制編碼表示，采用二進制運算

什么事向上（下）兼容和向前（后）兼容

  • 向上（下）兼容：按某檔機器編址的程序，不加修改就能運行于比他高（低）檔的機器
  • 向前（后兼容）：按某個時期投入市場的某種型號機器編址的程序，不加修改就能運行于在他之間（后）投入市場的機器

并行性

從處理數據角度，并行性等級從低到高

  • 字串位串
  • 字串位并
  • 字并位串
  • 字并位并（全并行）

從執行程序的角度，并行性等級從低到高

  • 指令內部并行
  • 指令級并行
  • 線程級并行
  • 任務級或過程級并行
  • 作業級或程序級并行

提高并行性的途徑

  • 時間重疊
  • 資源重復
  • 資源共享

CPU中用來存儲操作數的存儲單元的主要類型

堆棧，累加器，通用寄存器組

指令集結構分為哪三種類型

堆棧結構，累加器結構，通用寄存器結構（又分為RM（寄存器-存儲器）結構，RR（寄存器-寄存器）結構）

在確定哪些基本功能用硬件來實現時，主要考慮哪三個因素

速度，成本，靈活性

對指令集的基本要求

完整性，規整性，高效率，兼容性

流水線

通過時間和排空時間是什么

  • 通過時間：第一個任務從進入流水線到流出結果所需的時間
  • 排空時間：最后一個任務從進入流水線到流出結果所需的時間

流水線的分類

按照流水線所完成的功能分類

單功能流水線 和 多功能流水線

按照同一時間內各段之間的連接方式對多功能流水線做進一步的分類

靜態流水線 和 動態流水線

按照流水的級別分類

部件級，處理機級，處理機間流水線

按流水線是否有反饋回路分類

線性流水線，非線性流水線

按任務流入和流出的順序是否相同分類

順序流水線，亂序流水線

一個經典的五段流水線

重要
取指令周期（IF） 指令譯碼/讀寄存器周期（ID） 執行/有效地址計算周期（EX） 存儲器訪問/分支完成周期（MEM） 寫回周期（WB）

相關有哪三種類型

數據相關，名相關，控制相關
名相關又分為（反相關，輸出相關）

流水線沖突有哪些

結構沖突，數據沖突，控制沖突

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