系统结构各章复习纲要.doc

计算机系统结构基础及并行性开发 计算机系统的多级层次结构（从低到高） 微程序机器级、传统机器语言机器级、操作系统机器级、汇编语言机器级、高级语言机器级、应用语言机器级 固件 固件是一种具有软件功能的硬件，例如将软件固化在只读存储器这种大规模集成电路的硬器件上就是一种固件。 系统结构 系统结构是对计算机系统中各级界面的定义及其上下的功能分配。 计算机系统结构 计算机系统结构也称计算机系统的体系结构，它只是系统结构中的一部分，指的是传统机器级的系统结构。它是软件和硬件/固件的交界面，是机器语言、汇编语言程序设计者，或编译程序设计者看到的机器物理系统的抽象。 软、硬件取舍的基本原则 原则1：应考虑在现有硬件、器件条件下，系统要有高的性能价格比，主要从实现费用、速度和其他性能要求来综合考虑。 原则2：要考虑准备采用和可能采用的组成技术，使之尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。 原则3：不能仅从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的进展，还应从“软”的角度把如何为编译和操作系统的实现以及如何为高级语言程序的设计提供更多、更好的硬件支持放在首位。 实现软件移植的技术 统一高级语言、采用系列机、模拟和仿真 并行性 并行性包含同时性和并发性二重含义。同时性指两个或多个事件在同一时刻发生。并发性指两个或多个时间在同一时间间隔内发生。 并行性不同的等级 从计算机系统执行程序的角度看（低到高） 指令内部 指令之间 任务和进程之间 作业和程序之间 从计算机系统中的处理数据看（低到高） 位串字串 位并字串 位片串字并 全并行 从并行性角度看（低到高） 存储器操作并行 处理器操作步骤并行 处理器操作并行 指令、任务、作业并行 并行性开发的途径 时间重叠：时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，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个部分，加快硬件周转来赢得速度。 资源重复：资源重复是指在并行概念中引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。 资源共享：资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源来提高资源的利用率，相应地也就提高系统的性能。 10、3T性能目标 1TFLOPS的计算能力、1TB的主存容量、1TB/S的I/O带宽 指令流、数据流、多倍性的概念 指令流是指机器执行的指令序列 数据流是指由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果 多倍性是指在系统性能瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数 计算机系统的分类 单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数据流（SIMD）、多指令流单数据流（MISD）、多指令流多数据流（MIMD） 计算机系统结构基础及并行性开发 数据表示：数据表示指的是能由机器硬件识别和引用的数据类型，表现在它有对这种类型的数据进行操作的指令和运算部件。 2.1.2高级数据 自定义数据表示：包括标志符数据表示和数据描述符。P37 2.1.3引入数据表示的原则： 原则1：看系统的效率是否显著提高，包括实现时间和存储空间是否有显著减少。实现时间是否减少主要看在主存和处理机之间传送的信息量是否减少。传送的信息量减少，实现时间久越少。 原则2：看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否提高。P43 表2-1 采用尾基为rm的浮点数表示的特性及其举例。（要会算）P45 浮点数尾数的下溢处理方法： 截断法：其方法是将尾数超出机器字长的部分截去。 舍入法：其方法是在机器运算的规定字长之外增设一位附加位，存放溢出部分的最高位，每当进行尾数下溢处理时，将附件位加1（二进制整数相当于加0.5，二进制小数相当于加2-（m+1）） 恒置“1”法：其方法是将机器运算规定字长之最低位恒置为“1”。 查表舍入法：其方法是用ROM或PLA存放下溢处理表。 2.2.4物理主存中信息的存储分布P54 2.3 指令系统的设计和优化P55 10’ 2.3.1 指令系统的设计包括指令的功能和指令格式的设计。 指令类型分非特权性和特权性两类。 编译程序设计者要求指令系统应具有如下特性： 规整性 对称性 独立性和全能性 正交性 可组合性 可扩充性 系统结构设计者则还希望指令系统具有如下特性： 兼容性 适应性 指令是有操作码和地址码两部分组成的，指令格式优化就是指如何用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息，是程序中指令的平均字长最短。P57 哈夫曼算法的运用P58 指令字格式优化的措施概括起来包括如下几点： 采用扩展操作码，并根据指令的频度pi 的分布状况选择合适的编码方式，以缩短操作码的平均码长。 采用诸如基址，变址、相对、寄存器，寄存器间接，段式存放，隐式指明等多种寻址方式，以缩短地址码的长度，