结构 2-1.ppt

结构课件封 第一章目录 111层次模型 系统结构、组成和实现相互关系 *具有相同系统结构的计算机可以采用不同的组成，一种计算机组成可以采用多种不同的计算机实现（系列机与兼容机）。 Amdahl定律表达式 习题：采用哪种实现技术来求浮点数平方根FPSQR的操作对系统的性能影响大。假设FPSQR操作占整个测试程序执行时间的20%。一种实现方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10倍。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使FP指令的速度加快到2倍，还假设FP指令占整个执行时间的50%。请比较这两种设计方案。 方案1：采用FPSQR硬件 方案2：FPSQR用FP指令实现，提高FP指令速度 已知Fe1=0.2, Re1=10； Fe2=0.5, Re2=2 则 Sn1=1/(1-0.2+0.2/10)≈1.22 Sn2=1/(1-0.5+0.5/2)≈1.33 因为Sn2Sn1，可见后者方案更好 1． “由上往下”(top-down)设计 2． “由下往上”(bottom-up)设计 3． “由中间开始”（middle-out）设计 1. 软硬影响 术语解释 术语解释2 模拟,仿真图示 计算机的数据来源有三： 一由用户在程序中定义，是要处理的数据。二由系统在程序运行过程蕴含生成，是系统固有的。三是指令即控制序列。 √ . 数据类型：从系统结构角度看, 计算机中数据可分为基本数据类型、结构型数据类型、访问指针数据类型、抽象数据类型等。 √ 表示型、结构型 √ . 表示型数据：硬件能直接识别和引用的、由运算指 令和运算部件实现运算的数据。如定点数,浮点数， 布尔数和二进串，表示型数据是自然数据形式。 √ . 结构型数据：将表示型数据按一定的逻辑组织起来, 就成为结构型数据。它们面向应用和软件。如: 串, 栈, 队列, 向量, 树, 图等等。结构型数据是人为的 2.1.1 数据表示 2.1.1 数据表示 2.1.1续(R/H) 2.1.1续(向量) 2.1.1自定义表示 2.2.1 自定义数据表示 √ . 为克服语义差距,减少编译工作量, 引入“自定义 数据类型”,试图把不同类型的同种运算指令统一。 . 这里介绍两种自定义的数据表示： 1) 对于一般数据，在数据前面增加一个标志(Tag) 就构成 “带标志符的数据表示” 2) 对于性质相同的数据块，用一个字作为描述符， 构成 “数据块的描述符表示法” 或Descriptor 就构成自定义数据表示。 称为通用化指令(涵盖所有数据类型). a 带tag的表示 b 带tag的格式 引入可行性分析 存储空间是否提高？ 实现时间是否减少？ 专门的指令用于标志符初始化，增加了辅助开销 指令执行过程中，对每个标志符进行逐个解释，并判断数据是否相容，因此单条指令的执行速度降低，但宏观执行时间减少 宏观时间=设计时间+编译时间+调试时间 2. Descriptors 2. Descriptors 优点: 实现阵列数据的索引比变址方法实现要快，而且能检查程序设计中阵列越界错误 为向量、数组数据结构的实现提供一定的支持，有利于简化编译中的代码生成 引入可行性分析：同带标志符的数据表示 描述符的工作过程如下图 图2.9 P51 图2.10 两种自定义数据表示的区别 标志符是和每一个数据相连的，合存在一个存储单元中，描述单个数据的类型特征 描述符是和数据分开存放的，专门用来描述所要访问的数据是整块数据还是单块数据，访问该数据块或数据元素所需要的地址以及其他特征信息等 向量的表示 向量通常是指由标量的一组有序集合表示的量，类似于一维数组，但又有所不同 标量通常只是一个整数或实数 数组 A=(a0,a1,a2,…,an-1) 向量在主存储器中的存放原则：规律性、地址计算简单、访存冲突小 元素相邻存放 元素等间距存放 2.2.2 向量 2.2.2 向量 向量Ci=Ai+Bi 描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构提供的支持有何不同？ 在描述符数据表示的机器中，只能提供描述符寄存器和简单的地址形成逻辑等硬件，虽能支持向量数据结构的运算，但运行速度较慢。 在向量数据表示的机器中，有丰富的向量运算指令，有大量的向量寄存器和并行、高速流水运算部件的支持，可以实现向量运算的高速执行。 稀疏向量的压缩 采用隐蔽位向量方法 存取过程如图示： 2.2.3 堆栈（1） 2.2.3 堆栈（2） 1.有若干高速寄存器组成的硬件堆栈，并附加控制电路让它与主存中的堆栈区在逻