《计算机组成原理复习》课件.pptVIP

*************************************超标量技术2-8发射宽度现代处理器每周期可发射的指令数50+重排序缓冲器容量支持乱序执行的指令数量100+保留站数量可等待执行的指令队列容量200+物理寄存器数支持寄存器重命名的物理寄存器数量超标量技术是现代高性能处理器的关键技术，它允许处理器在一个时钟周期内同时执行多条指令，大幅提高指令级并行度。超标量处理器需要复杂的硬件支持，包括多个功能单元、指令重排序缓冲器、寄存器重命名等机制。与超标量紧密相关的是乱序执行技术，它允许处理器改变指令的执行顺序，只要不违反程序的数据依赖关系。乱序执行可以有效隐藏指令延迟，提高硬件资源利用率。寄存器重命名技术则通过消除假数据依赖（写后写、写后读），进一步提高指令级并行度。第六章：总线系统总线概念连接计算机各部件的公共通信通道总线分类片内总线、系统总线、通信总线总线仲裁解决多设备竞争总线使用权的机制总线标准PCI、USB、SATA等常见总线标准总线是计算机系统中连接各个部件的公共通信通道，通过总线，不同的功能部件可以互相交换数据。总线的设计和性能直接影响整个计算机系统的性能。一般而言，总线包括地址线、数据线和控制线三部分。本章将深入介绍总线的基本概念、工作原理、性能指标以及常见的总线标准，帮助理解计算机内部不同部件之间如何进行数据交换和通信。总线的基本概念通信总线计算机与外部设备的通信接口系统总线连接CPU、主存和I/O接口片内总线CPU内部连接各功能部件总线是计算机系统中各部件之间进行数据传输的公共通道。根据连接的部件和范围不同，总线可分为片内总线、系统总线和通信总线三种类型。片内总线连接CPU内部的各个功能单元；系统总线连接CPU、主存和I/O接口等主要部件；通信总线则连接计算机与外部设备。每种总线都有其特定的功能和性能要求。片内总线需要高速率和低延迟；系统总线需要平衡速度和兼容性；通信总线则需要考虑标准化和互操作性。理解这些不同类型总线的特性和应用场景，有助于全面把握计算机系统的数据传输机制。总线仲裁集中仲裁由单一仲裁器决定总线使用权链式查询方式计数器定时查询方式独立请求方式控制简单，容易实现分布仲裁设备间自行协商总线使用权自举方式冲突检测方式无中央控制，可靠性高总线仲裁是解决多个设备竞争总线使用权的机制。当多个主设备同时请求使用总线时，仲裁机制决定哪个设备获得总线控制权。根据仲裁决策的方式不同，总线仲裁可分为集中仲裁和分布仲裁两种方式。不同的仲裁方式有不同的优缺点。集中仲裁实现简单，但中央仲裁器可能成为单点故障；分布仲裁无中央控制点，可靠性高，但实现复杂。在实际系统中，仲裁方式的选择需要考虑系统规模、性能要求、成本和可靠性等多种因素。总线的性能指标总线宽度总线上一次能够传输的数据位数，通常为8、16、32或64位。总线宽度越大，一次传输的数据量越大，传输效率越高。总线带宽单位时间内总线能够传输的数据量，通常以MB/s或GB/s为单位。总线带宽=总线宽度×总线频率，是衡量总线传输能力的重要指标。总线复用同一组物理线路在不同时间段传输不同类型的信息。例如，地址/数据复用总线在一个周期传输地址，在另一个周期传输数据，减少了总线线路数量。总线性能直接影响计算机系统的整体性能。总线宽度决定了一次传输的数据量，总线频率决定了传输速度，两者共同决定了总线带宽。除了宽度和带宽外，总线的其他性能指标还包括总线时序、仲裁方式、传输模式等。随着计算机技术的发展，总线设计面临的主要挑战是提高传输带宽和降低延迟。现代总线设计普遍采用高频率、宽数据位和串行传输等技术，以提高总线性能。常见的总线标准总线类型带宽特点应用PCI总线133MB/s-533MB/s高性能、可靠内部扩展卡PCIe总线250MB/s-32GB/s点对点、高速图形卡、高速存储USB总线12Mbps-40Gbps即插即用、热插拔外部设备连接SATA总线150MB/s-600MB/s串行传输、专用硬盘、光驱随着计算机技术的发展，出现了多种总线标准，用于不同的应用场景。PCI（外设组件互连）总线曾是连接内部扩展卡的主要标准，现已被更高速的PCIe（PCIExpress）取代。USB（通用串行总线）是目前最广泛使用的外设连接标准，具有即插即用和热插拔功能。SATA（串行高级技术附件）总线则主要用于连接存储设备。这些总线标准在带宽、连接方式、供电能力等方面各有特点。了解这些特点有助于选择合适的接口和设备，优化系统性能。随着技术发展，这些标准也在不断更