计算机体系结构期末快速复习

文章目录

前言
CPI，MIPS（大题1）
加速比（大题2）
流水线（大题3）
CRAY-1向量机（大题4）
Tomasulo算法（大题5）
概念简答题

前言

楼主今天下午考计算机体系结构，所以快速复习顺便写了一下，里面有自己看过的比较好视频推荐，建议先看目录是否切合学校的考纲，祝各位考试不挂科~

CPI，MIPS（大题1）

CPI = （每个指令的执行数量 * 每个指令的平均时钟周期数）/ 全部指令的数量

MIPS = 主频 / (CPI * 10^6)

加速比（大题2）

加速比 = 总执行时间（改进前）/ 总执行时间（改进后）

= 1/（(1 - 可改进比例) + 可改进比例/部件加速比)

= 1 / （(1 - 各部件可改进比例之和) + 各部件可改进比例/部件加速之和）

流水线（大题3）

画流水线：
求吞吐率加速比效率
消除瓶颈：重复设置部件、细分瓶颈段

CRAY-1向量机（大题4）

启动访存 1 拍，送加 1拍，送乘1 拍，写入1拍，其他访存，浮点加，浮点乘，看题目要求几拍

Tomasulo算法（大题5）

概念简答题

计算机系统结构的经典定义

程序员所看到的计算机属性 ，即概念性结构 和功能特性

什么是透明性

在计算机技术中，把本来存在事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性

计算机系统结构分类法

Flynn分类法： SISD（单指令流单数据流），SIMD（单指令流多数据流），MISD（多指令流单数据流），MIMD（多指令流多数据流）
冯氏分类法

PS:如何记忆：S是single 单 M是many 多

计算机系统结构概念的实质

确定计算机系统中软硬件实现的界面，界面之上是软件实现的功能，界面之下是硬件和固件实现的功能

Amdahl定律

加速比 = 总执行时间（改进前）/ 总执行时间（改进后）

= 1/（(1 - 可改进比例) + 可改进比例/部件加速比)

= 1 / （(1 - 各部件可改进比例之和) + 各部件可改进比例/部件加速之和）

冯诺依曼结构的主要特点

重要！

以运算器为中心
在存储器中，指令和数据同等对待
存储器是按地址访问 ，按顺序线性编址 的一维结构，每个单元的位数是固定的
指令的执行是顺序的
指令由操作码 和地址码组成
指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算

什么事向上（下）兼容和向前（后）兼容

向上（下）兼容：按某档机器编址的程序，不加修改就能运行于比他高（低）档的机器
向前（后兼容）：按某个时期投入市场的某种型号机器编址的程序，不加修改就能运行于在他之间（后）投入市场的机器

并行性

从处理数据角度，并行性等级从低到高

字串位串
字串位并
字并位串
字并位并（全并行）

从执行程序的角度，并行性等级从低到高

指令内部并行
指令级并行
线程级并行
任务级或过程级并行
作业级或程序级并行

提高并行性的途径

时间重叠
资源重复
资源共享

CPU中用来存储操作数的存储单元的主要类型

堆栈，累加器，通用寄存器组

指令集结构分为哪三种类型

堆栈结构，累加器结构，通用寄存器结构（又分为RM（寄存器-存储器）结构，RR（寄存器-寄存器）结构）

在确定哪些基本功能用硬件来实现时，主要考虑哪三个因素

速度，成本，灵活性

对指令集的基本要求

完整性，规整性，高效率，兼容性

流水线

通过时间和排空时间是什么

通过时间：第一个任务从进入流水线到流出结果所需的时间
排空时间：最后一个任务从进入流水线到流出结果所需的时间

流水线的分类

按照流水线所完成的功能分类

单功能流水线和多功能流水线

按照同一时间内各段之间的连接方式对多功能流水线做进一步的分类

静态流水线和动态流水线

按照流水的级别分类

部件级，处理机级，处理机间流水线

按流水线是否有反馈回路分类

线性流水线，非线性流水线

按任务流入和流出的顺序是否相同分类

顺序流水线，乱序流水线

一个经典的五段流水线

重要

取指令周期（IF）指令译码/读寄存器周期（ID）执行/有效地址计算周期（EX）存储器访问/分支完成周期（MEM）写回周期（WB）

流水线冲突有哪些

结构冲突，数据冲突，控制冲突