计算机体系结构----王强华课件.ppt

指令系统的发展和改进 CISC和RISC。 按CISC方向发展：面向目标程序、面向高级语言、面向操作系统的优化实现。 按RISC方向发展： 设计RISC的基本原则。 重叠寄存器窗口技术。 延迟转移技术。 第三章 总线、中断与 输入输出系统 输入输出系统概述 经历了3个阶段对应着3种方式：程序控制I/O（程序查询、中断驱动）、直接存储器访问（DMA）、I/O处理机方式（通道、外围处理机PPU）。 输入输出设备分外存和传输设备两大类。 总线设计 总线分类：半双工、全双工； 芯片级、板级（局部总线）、系统级； 专用总线、非专用总线。 总线的控制方式：集中式控制、分布式控制。 集中式：串行链接、定时查询、独立请求。 总线的通信技术 同步通信 异步通信：单向控制通信（源控、目控）、双向控制通信（非互锁、互锁）。 数据宽度与总线线数 中断系统 中断的分类和分级。 中断的响应优先级、处理次序： 响应优先级由硬件排队器固定，处理次序可通过屏蔽字灵活改变。 中断系统的软硬功能分配： 指中断处理程序软件和中断响应硬件的功能分配。 中断系统的功能包括中断请求的保存和清除、优先级的确定、中断断点及现场的保存、对中断请求的分析和处理以及终端返回等。 通道处理机 通道处理机是IBM首先提出来的一种I/O处理机方式。 通道处理机的输入输出过程： 通道类型：选择通道—高速外设，不定长宽度； 字节多路通道—低速外设，单子交叉 数组（块）多路通道—高速外设，定长宽度，块交叉 通道流量分析 通道流量—单位时间内通道传送的字节数。极限流量、实际最大流量。 I/O系统的极限流量、实际最大流量—所有通道流量之和。 极限流量 ≥ 实际最大流量 通道的响应优先级 第五章 重叠、流水和 向量流水处理机 向量的流水处理与向量流水处理机 向量的流水处理方式 使向量运算能充分发挥出流水效能的处理方式。 例：计算 D=A*(B+C) 其中A、B、C、D是有N个元素的向量。 横向（水平）处理方式。 纵向（垂直）处理方式。 分组纵横处理方式。 向量横向处理是向量的处理方式，但不是向量的流水处理方式，而向量纵向处 理和分组纵横处理是向量的处理方式，也是向量的流水处理方式 向量流水处理机的结构 向量处理机的指令系统： 分类：V = OP V、S=OP V、V = V OP V、V = S OP V 等。 其中V代表向量， S代表标量，OP代表操作。 另外还有：比较、压缩、归并、传送等特殊操作的向量指令。 指令格式： 向量处理机的结构举例：CRAY-1 面向寄存器 - 寄存器型向量流水处理机。 CRAY-1 的4种向量指令： 提高向量流水处理性能的技术 1.多个流水线功能部件并行与链接 每个 Vi 组都有独立的输入、输出总线与各功能部件连接； Vi 组在同一时钟周期内可接受一个结果分量并为下次操作再提供一个源分量； 只要不出现 Vi 冲突和功能部件冲突，各 Vi 和功能部件之间都能并行工作。 Vi 冲突指并行工作的向量指令的源向量或结果向量使用了相同的Vi 。 CRAY-1 向量处理的一个显著特点是只要不出现功能部件使用冲突和源向量寄存器使用冲突，通过链接机构可使有数据相关的向量指令仍能大部分时间并行执行。 只有前一条指令的第一个结果分量送入结果向量寄存器组的那一个时钟周期为允许链接时间。 如果后一条指令要链接，则必须提前一拍从指令字寄存器中流出，一旦错过这个时间就无法进行链接，只有等到前一条向量指令全部执行完毕，释放出向量寄存器组资源后才能执行后面的指令。 2.条件语句和稀疏矩阵的加速处理 CRAY-1 采用向量屏蔽技术，用向量屏蔽寄存器 VM 来控制让向量中哪些元素 不参与运算。VM 的每一位对应于向量寄存器的每一个分量。 3.向量递归操作的加速处理 每个向量寄存器组 Vi 都有一个分量计数器，指向下一次要用到的分量。 向量处理机