计算机组成与结构(性能设计)考点总结

17.并行处理

考

优点:

1.简单性:这是多处理器系统组成的最简

单方式

2.灵活性:可以附加更多处理器到总线上

来扩充系统.

可靠性:总线上任何一个设备故障不会引

起整个系统的瘫痪.

缺点:

系统性能被总线时钟周期限制.为了解决

这个问题,需要为每个处理器配置cache,以减少对总线的访问,但是cache的引入又带来了新的问题,那就是cache一致性问题.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 熟知:回写,写直达.软件解决方案,硬件解决方案(目录协议,监听协议);

了解MESI协议和集群.

16.微程序控制

考:

为什么采用微程序控制器(Micro-programmed Control)?||微程序控制器和硬布线实现(hardwired implementation)的比较||引入微程序控制器的目的.

首先阐述为什么引入微程序控制:

计算机指令越来越复杂;为了降低译码成本;硬连线方式成本太高,设计复杂,测试困难,不灵活. 微程序控制器的优点:成本低,不易出错,控制器设计简单.

缺点:相比硬布线方式,速度更慢.

硬布线优点:速度快.

题外话:CISC多采用微程序控制器,RISC因为指令格式相对简单,一般使用硬布线方式.

控制存储器有何作用:控制存储器包含了一组微指令,它们决定了控制单元的行为和功能.

微指令基本概念;微指令格式(水平,垂直,混合,具体什么样的);微程序控制器的两项基本任务(定序:由控制存储器得到下一条微指令;执行:生成相应的控制信号);微指令定序设计考虑两个问题(微指令大小和地址生成时间);如何获得将要执行的微指令地址(指令寄存器确定;下一顺序地址;转移);定序技术(单地址字段,双地址字段,可变格式),必须根据当前微指令,条件标志,指令寄存器内容,产生下一条微指令的控制存储器地址.水平微指令的并行性比垂直微指令好,垂直微指令需要额外的译码器将功能代码转换为控制信号.

15.控制器操作

考习题15.6,p375.

15.2What’s the relationship between instructions and micro-operation?指令和微操做之间有什么关系?

一条指令包含了一系列微操做;而微操做是cpu在一个时钟周期内所能完成的基本操作. 15.3What is the overall function of a processor’s control unit?CPU控制器的总体功能是什么?

定序:控制器根据正在被执行的程序,使CPU以恰当的顺序执行一系列微操做.

执行:生成控制信号使每个微操做得以完成.

微操做:指令执行周期中的最基本操作.

注意那个PC+1,实质是PC+I;

.现在IR的地址段容纳的是操作数的直接地址,IR的状态和不使用间接寻址时的状态一样.

中断周期要保存PC的值,并把PC更新为子程序地址.

执行周期的微操做依据具体的操作码.应掌握书上给出的例子(ADD;ISZ-递增,若为0则跳步;BSA-转移并保存地址).

14.指令级并行性和超标量处理器

考习题14.3,14.4(a),14.6(a);

思考题:

14.2 What is the difference between the superscalar and superpipelined approaches?超标量与超级流水线的区别是什么?

14.3 What is instruction-level parallelism?什么是指令级并行性?

14.4Briefly define the following terms:简要定义如下术语:

•True data dependency真数据相关性

•Procedural dependency过程相关性

•Resource conflicts资源冲突

•Output dependency输出相关性

•Antidependency反相关性

14.5 What is the distinction between instruction-level parallelism and machine parallelism?指令级并行性与机器并行性有何区别?

14.8 What is register renaming and what is its purpose?什么是寄存器重命名,目的何在?

13精简指令级计算机

RISC的流水线技术.P319-321;

考P321的图13-7

考习题13.4,p332

RISC设计关键点:大量使用通用寄存器或使用编译器技术来优化寄存器的使用.

一个有限且简单的指令集.

强调指令流水的优化.

RISC的共同特征:

每周期一条指令.

大多数操作是寄存器到寄存器的.

简单的寻址方式.

简单的指令格式.

12CPU结构和功能

考P282的图.

考12.6List and briefly explain various ways in which an instruction pipeline can deal with conditional branch instructions.列出并简要说明指令流水线处理条件分支的几种方式.

多个指令流

预取分支目标

循环缓冲器

分支预测

延迟分支

12.1If the last operation performed on a computer with an 8-bit word was an addition

in which the two operands were 00000010 and 00000011, what would be the value

of the following flags?p305

•Carry

•Zero

•Overflow

•Sign

•Even Parity

•Half-Carry

b. Repeat for the addition of-1 (twos complement) and+1 .

12.2Repeat Problem 12.1 for the operation A- B, where A contains 11110000 and B

contains 0010100.

12.4A microprocessor provides an instruction capable of moving a string of bytes fromone area of memory to another. The fetching and initial decoding of the instructiontakes 10 clock cycles.Thereafter, it takes 15 clock cycles to transfer each byte.The microprocessoris clocked at a rate of 10 GHz.

a. Determine the length of the instruction cycle for the case of a string of 64 bytes.

b. What is the worst-case delay for acknowledging an interrupt if the instruction is noninterruptible?

c. Repeat part (b) assuming the instruction can be interrupted at the beginning of

each byte transfer.

11寻址方式和指令格式

p256图11-1

11.1Given the following memory values and a one-address machine with an