西安交大-计算机系统结构复习提纲(可打印)

二、基本原理
1. 开发 ILP 的两种方法 硬件动态，软件静态
2. 流水线中的调度策略 集中式调度、分布式调度 动态调度——乱序 Tomasulo 算法 分布式检测：重命名（换名）
3. 动态分支预测 针对控制相关，由硬件处理， 分支历史表 BHT——历史状态， 分支目标缓冲器 BTB——历史目标地址
5. 指令结构功能设计 CISC 机：三个目标优化 （也反映了编译，操作系统和系统结构的关系） 面向目标程序、面向高级语言、面向操作系统
RISC 机： 导致 RISC 机产生的缘由； （2-8 定理；控制器负责；不易纠错修改） 设计 RISC 机遵循的基本原则；
三、计算与设计
1. 指令格式设计 2. 指令格式的优化
延迟转移技术（延迟槽） 9. 流水线中的中断处理
不精确断点、精确断点 10. 向量处理机
向量数据表示，向量指令 向量处理方式
三、计算与设计
1. 时空图 2. 性能分析 3. 非线性流水线最小平均启动时间
第四章：指令级并行
一、基本概念——名词
超标量，超流水，动态调度，静态调度，超长指令字，保留站，Tomasulo 算法，ILP，BHT， BTB，ROB，前瞻执行（先执行再确认）
计算机系统结构是机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就 是计算机的概念性结构和功能特性。
（还有一个系统结构定义，这是由于存在计算机系统层次结构，不同的人看到不同的计 算机结构） 2. 计算机系统结构、组成与实现的三者关系：
系统结构——存在某个部件 计算机组成——罗技实现，门一级实现 计算机实现——物理实现，器件一级实现
第三章：流水线技术
一、基本概念——名词
先行控制，流水线，单功能流水线，标量流水线，重定向，分支预取，专用通道，无冲突调 度方法，冲突向量，启动距离，性能分析，时空图，缓冲技术，预处理等
二、基本原理
1. 先行控制技术 操作重叠 四个操作栈
2. 流水线的工作原理 流水线分类（五种分类）： 操作部件级、指令级与处理器级流水线 单功能流水线与多功能流水线 静态流水线动态流水线 标量流水线与向量机流水线 线性流水线与非线性流水线 注意两点： 部件级，处理机级和处理机间级（高教版） 顺序流水，乱序流水，标量流水，向量流水
第五章：存储层次
一、基本概念——名词
存储系统，直接映象方式，组相连映象方式，全相连映象方式，LRU 算法，一致性，并行存 储器，外部地址变换，堆栈型替换算法，包容性，低位交叉存储器，写回法，虚拟存储器
二、基本原理
1. 存储系统原理 存储系统的定义 层次存储（层次）结构 存储系统的性能参数
2. 并行与交叉访问存储器 高端交叉和低端交叉
三、计算公式
1. Amdahl 定律
2. CPU 性能公式——CPI 公式
第二章：计算机指令集结构
一、基本概念——名词
数据类型，数据表示，数据结构，寻址方式，定位方式，动态定位，静态定位，Huffman 编 码，RISC，CISC
二、基本原理
1. 指令集结构分类 以操作数存储分类： 堆栈型、累加器型、通用寄存器型 （注意：间接访问的存储器——存储器结构）
2. 数据表示 数据表示、数据结构、数据类型以及相互之间的关系 操作数类型的表示（操作码指出、数据加标识符、描述符）
3. 寻址技术 编址方式（零地址、一地址和二地址） 寻址方式（各种寻址方式） 装入与定位方式 （直接定位、静态定位、动态定位）
4. 指令格式优化 Huffman 编码法 Huffman 表，Huffman 树 操作码优化，地址码优化 指令系统设计：规整性、完整性、高效率和兼容性
3. 总线 4. 通道处理机
通道的作用和功能 通道的工作原理、流程 通道分类 通道的流量计算
第七、八、九章
互联网络 特性参数：节点度，网络直径等 静态互连网；动态互连网 多处理机 Cache 一致性 机群
可能的考题形式： 填空、选择、改错、简述、计算、分析题、设计
加速使用频率高的部件，Amdahl 定律 6. 计算机系统结构的评价标准
（实际程序、核心基准程序、简单基准程序、合成基准程序）——基准程序 8. 系列机与兼容机 9. 局部性原理 10. MIPS 定义，MFLOPS 定义 11. 计算机系统机构的发展 12. 并行性的概念以及提高并行性的途径 注意点： 1. 系统结构与计算机系统结构定义的区别：
联；硬件预取；编译加预取；编译优化 减少失效开销 读失效优化（加写缓冲器引起）； 写缓冲合并；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
请求字处理——块读到字立即送入 CPU ——先读字，再传送块
非阻塞 Cache——乱序取数（一次重叠，多次重叠） 多级 Cache——问题：全局失效，局部失效 减少命中时间 小 Cache，简单 Cache，做在 CPU 内的虚拟 Cache Cache 访问流水化 Traec Cache——存放 CPU 动态执行序列，如已经将循环展开，该指令序列已经无 相关性 4. 虚拟存储器工作原理 目标：追求容量 段式、页式、段页式管理 内部地址变换及加快地址变换方法 快慢表，Hashing 函数
第一章：计算机系统结构的基本概念
一、 基本概念——名词
计算机系统结构，计算机组成，计算机实现，透明性，局部性原理，Amdahl 定律，CPI，MIPS， MFLOPS，虚拟机，宿主机，仿真，模拟，冯诺依曼结构 等等
二、基本原理
1. 计算机系统层次结构 2. 系统结构与计算机系统结构的定义 3. 系统结构、组成与实现的三者关系 4. 计算机系统结构的分类 5. 计算机系统设计的定量原理
4. 多指令流出技术 两种形式：超标量和超流水 超标量和超流水的定义 静态调度——按序流出，流出口检测相关冲突 动态调度——乱序流出，分布检测 输入和输出序列：顺序输入顺序输出，顺序输入乱序输出，乱序输入乱序输出，乱序输
入顺序输出
6. 循环展开和指令调度 分析各种指令的延迟，调后续无关指令，展开循环体重复设置再插空指令
3. Cache 存储器 追求目标——速度 四个关键问题： 映象规则（直接映象，全相连映象，分组相连映像） 地址变换方法 替换算法（随机法，先进先出，最久未访问） 写操作（全写法、写回法） Cache 性能分析 主要参数：平均访问时间等 （讲了两个平均访问时间公式，以书为准） Cache 数据一致性 引发 Cache 数据一致性的缘由 解决 Cache 数据一致性方法 降低 Cache 失效率的方法 分析缘由：3 种 强制性——开机 容量——Cache 太小 冲突——相联性 8 种措施：改变数据块的大小；增加相联度；增加 Cache 容量；Victim Cache; 伪相
3. 时空图 4. 流水线瓶颈和解决办法 5. 线性流水性能指标
线性流水线的吞吐率、加速比和效率 6. 非线性流水线调度技术
连接图与预约表，启动距离，禁止启动距离，冲突向量 状态转换图 最小平均启动距离 等间隔启动距离 7. 流水相关与冲突 相关性 数据相关；控制相关；结构相关 全局相关，局部相关 数据相关，名相关（反相关，输出相关） （结构相关，控制相关，数据相关） （结构相关，控制相关，数据相关） 先写后读 RAW，先读后写 WAR，写——写相关 8. 预测预取转移目标 加快和提前形成条件码 预测转移
三、计算与设计
1. Cache 性能分析 2. 平均访存时间计算 3. CPU 映射方式与地址变换设计和性能分析
第六章：输入输出系统
一、基本概念——名词
可靠性、可用性、通道、虚拟 DMA、异步 I/O、可信性、RAID、响应时间
二、基本原理
2. 廉价磁盘冗余阵列 RAID 6 种级别：基本形式或功能