计算机体系结构知识点
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总本文将计算机组成原理的知识点做了系统的整理，方便大家系统学习。
如果您正在学习计算机体系结构，可以按照本文的知识点进行扩展学习。
计算机体系结构一、发展历史1.1946 ENIAC2.冯诺依曼EDVAC1)计算机思想：二进制存储控制2)计算机组成控制器运算器存储器输入输出3)时间轴a)代际划分第一代计算机1946-1957 电子管第二代计算机1958-1964 晶体管第三代计算机1965-1972 中、小规模集成电路第四代计算机1972~至今超大规模集成电路b)我国计算机发展2009研发出天河一号2010天河一号A 成为最快计算机2017神威太湖一号位于榜首4)辅助技术：CADCAMCAECAICIMS二、相关计算1.容量单位1B=8 bit1KB = 2^10 B= 1024 BTB PB EB ZB YB BB NB DB2.进制转换1)二进制、八进制、十进制、十六进制2)换算方法：统一换算成十进制，在转换为其他进制十进制转换为二进制十进制除以2 保留余数倒数3)各个进制的小数点转换：当前位数的值*（1/(进制^位数)）3.二进制码表示1)原码：表示范围-2^(n-1)-1 ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-127~1272)反码：正数的反码等于补码负数的反码等于除符号位以外取反3)补码：正数的补码=反码负数的补码=反码+1表示范围-2^(n-1) ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-128~127 -128的补码是1000000 人为规定4)移码补码的符号位取反5)特性00的补码、移码相同6)运算原码运算反码运算补码运算4.校验码1)奇偶校验码：根据1的位数1位数为奇数则是奇数校验码2)循环冗余CRC：多项式模2除法只能检错不能纠错3)海明校验码：有纠错功能5.ASCII编码1)汉字编码6.浮点数表示三、中央处理器CPU1.组成结构1)运算器a)作用：完成算术和逻辑运算，实现数据加工与处理b)组成：i.算术与逻辑计算单元ALUii.累加器AC（为ALU提供工作区，暂存ALU的操作数或运算结果）iii.状态字寄存器PSW：表征当前运算的状态及程序的工作方式一个保存各种状态条件标志的寄存器保存中断和系统工作状态等信息iv.寄存器组v.多路转换器2)控制器a)作用：取指令分析指令执行指令b)指令的组成指令码操作码c)内部寄存器i.程序计数器PC保存下一条指令的地址ii.指令寄存器IR保存当前执行的指令地址iii.指令译码器对IR中的指令的操作码进行译码iv.关系从PC中取出指令地址，送入IR，由译码器译码以后执行3)寄存器组a)数据寄存器DRi.暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字ii.作用作为CPU与外部存储设备的中转站弥补CPU与外部存储设备的速度差异b)地址寄存器AR用来保存当前CPU访问的主存的地址，直到主存信息读取完毕4)内部总线2.指令系统1)周期a)时钟周期：振荡周期计算机中最小、最基本的时间单位，一个时钟周期内，CPU只完成一个基本动作b)机器周期：完成一项基本操作的时间c)指令周期：完成一条指令需要的时间2)周期关系一条指令周期包含若干机器周期，一个机器周期包含若干时钟周期指令周期>机器周期>时钟周期3)流水线技术Pipeline程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术4)指令集a)复杂指令集CISCi.指令系统复杂，指令数目多ii.设有专用寄存器iii.指令字长不固定，指令格式多，寻址方式多iv.可访存指令不受限制v.各种指令的执行时间差大vi.采用微程序控制器vii.难以用优化编译生成高效的目标代码b)精简指令集RISCi.选取使用频度较高的简单指令以及很有用但不复杂的指令ii.指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少iii.只有取数、存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器中完成iv.CPU 中有多个通用寄存器v.采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成vi.控制器采用组合逻辑控制为主vii.采用优化编译技术3.寻址方式1)数据寻址a)立即寻址：操作数包含在指令中b)直接寻址：操作数位于内存中，指令中直接给出操作数的内存地址c)间接寻址：操作数位于内存中，指令中给出操作数地址的地址d)寄存器寻址：操作数存放寄存器中，指令中给出存放操作数的寄存器名e)寄存器间接寻址：操作数存放在内存中，操作数的内存地址位于某个寄存器中f)变址寻址：指令给出的形式地址A 与编制寄存器Rx 的内容相加，形成操作数有效地址；应用广泛如一组连续存放在主存中的数据g)基址寻址基址寄存器Rb 的内容与形式地址A 相加，形成操作数有效地址；基址寻址和变址寻址在形成有效地址时所用的算法是相同的；变址寻址是面向用户的，用于访问字符串、向量和数组等成批数据；基址寻址用于逻辑地址和物理地址的变换，解决程序在主存中的再定位和扩大寻址空间h)相对寻址：基址寻址的一种变通，由程序计数器PC 提供基准地址i)隐含寻址：指令中不明显地给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中j)堆栈寻址2)指令寻址a)顺序寻址：程序计数器PC +1b)跳跃寻址：程序转移执行时的指令寻址方式，它通过转移类指令实现4.性能指标1)主频a)计算机的时钟频率b)时钟周期=1/主频c)单位是GHzd)时钟频率为1GHz，时钟信号周期等于1ns 时钟频率为2GHz，时钟周期为0.5ns2)字长8位32位64位3)MIPS：每秒处理百万级的机器语言指令数4)MFLOPS：每秒百万个浮点操作，反映浮点运算情况5)CPI：每条指令的时钟周期数6)平均无故障时间MTBF：Mean Time Between Failure多次相继失效之间的平均时间该指标和故障率衡量系统的可靠性7)平均修复时间MTTR：多次故障发生到系统修复后的平均时间间隔。
计算机四大基础知识点总结
计算机四大基础知识点总结计算机是现代社会不可或缺的一部分，它已经深入到我们的生活中的方方面面。
无论是工作、学习还是娱乐，我们都需要计算机来帮助我们处理数据、提高效率。
而要深入理解计算机，首先需要掌握计算机的四大基础知识点，包括计算机组织与体系结构、操作系统、数据结构与算法，以及编程语言。
一、计算机组织与体系结构1. 计算机的基本组成计算机主要由中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、输入设备、输出设备和存储设备组成。
CPU是计算机的“大脑”，它负责执行指令、控制数据流通。
RAM是计算机的临时存储区域，用来存储数据和程序。
输入设备是用来输入数据和指令的设备，比如键盘、鼠标等。
输出设备是用来展示计算结果的设备，比如显示器、打印机等。
存储设备是用来长期存储数据和程序的设备，比如硬盘、光盘等。
2. 计算机的体系结构计算机的体系结构包括指令系统、总线结构、存储系统和输入/输出系统。
指令系统是CPU执行指令的集合，包括指令格式、寻址方式和指令执行的时序规定。
总线结构用于连接 CPU、内存和输入/输出设备，传输数据和指令。
存储系统包括RAM和存储设备，用来存储数据和程序。
输入/输出系统负责将数据从输入设备传输到存储设备或输出设备，以及从存储设备传输到输出设备。
3. 计算机的工作原理计算机工作的基本原理可以概括为：输入、处理、输出和存储。
首先，计算机通过输入设备接收数据和指令。
然后，CPU根据指令执行相应的运算和逻辑操作，得到结果。
最后，计算机将结果通过输出设备展示给用户，同时也会将数据和程序存储在存储设备里。
4. 计算机的性能指标计算机的性能指标包括速度、存储容量和可靠性。
速度是指计算机执行任务的快慢，通常用处理器的主频来表示。
存储容量是指计算机能够存储数据和程序的大小，通常用RAM和硬盘容量来表示。
可靠性是指计算机运行稳定性和故障率，通常用故障率和平均时间故障间隔来表示。
二、操作系统1. 操作系统的功能操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供用户与计算机的接口。
大学计算机导论大一知识点
大学计算机导论大一知识点计算机导论是大学计算机科学与技术专业的基础课程，旨在为学生提供计算机科学的概览性知识。
在大一阶段，学生将学习一些基本的计算机概念和技术，为后续更深入的学习打下基础。
以下是大学计算机导论中涵盖的一些重要知识点：一、计算机体系结构和组成1. 计算机硬件的基本组成：中央处理器（CPU）、内存（RAM）、输入设备、输出设备等。
2. 冯·诺伊曼体系结构：包括存储程序、以及指令和数据存储在同一存储器中。
3. 运算器、控制器和存储器的功能及相互协作原理。
4. 计算机的层次结构：硬件层、操作系统层、应用软件层。
二、计算机中的数据表示和处理1. 二进制和十进制的转换，以及在计算机中的表示方法。
2. 计算机中的整数表示：原码、反码、补码。
3. 浮点数的表示和浮点运算：尾数、阶码和符号位的含义，浮点数运算的规则和误差。
4. 逻辑运算和位操作：与、或、非、异或等逻辑运算，移位和旋转等位操作。
三、计算机网络和通信1. 计算机网络的基本概念和组成：服务器、路由器、交换机等网络设备的功能和作用。
2. 网络协议的基本原理和常见协议：TCP/IP协议族、HTTP协议、DNS协议等。
3. 局域网（LAN）和广域网（WAN）的区别和应用。
4. 互联网的发展和应用：Web、电子邮件、即时通信等。
四、操作系统和系统软件1. 操作系统的概念和作用：资源管理、进程管理、文件管理等。
2. 多道程序设计和时间片轮转调度算法：进程的概念、进程调度的原理和策略。
3. 内存管理技术：分区存储管理、页式存储管理、虚拟内存等。
4. 文件系统的组织和管理：文件的基本操作、目录管理、文件共享与保护等。
五、算法和数据结构1. 算法的基本概念和特性：输入、输出、确定性、可行性等。
2. 常见的算法设计方法：穷举法、递归法、分治法、贪心法、动态规划法等。
3. 常用的数据结构：数组、链表、栈、队列、树、图等。
4. 常见的算法和数据结构应用：排序、查找、图的遍历、最短路径算法等。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结第一章一、数字计算机的五大部件（硬件）及各自主要功能（P6）计算机硬件组成：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
1、存储器（主存）主要功能：保存原始数据和解题步骤。
包括：内存储器（CPU 直接访问），外存储器。
2、运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。
3、控制器主要功能：从内存中取出解题步骤（程序）分析，执行操作。
包括：计算程序和指令（指令由操作码和地址码组成）。
4、输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
5、输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
注：1、冯诺依曼结构：存储程序并按地址顺序执行。
2、中央处理器（CPU）：运算器和处理器的结合。
3、指令流：取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器。
数据流：在执行器周期中从内存读出的信息流，由内存流向运算器。
二、数字计算机的软件及各自主要功能（P11）1、系统软件：包括服务性程序、语言程序、操作程序、数据库管理系统。
2、应用程序：用户利用计算机来解决某些问题而设计。
三、计算机的性能指标。
1、吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量。
2、响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
3、利用率：在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用百分比表示。
4、处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。
5、总线宽度：一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传输的二进制位数。
6、存储器容量：存储器中所有存储单元（通常是字节）的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
7、存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示。
8、主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，按照规定在某个时间段做什么（从什么时候开始、多长时间完成），主时钟不断产生固定频率的时钟信号。
计算机体系结构知识点
第一章计算机体系结构得基本概念1 计算机系统结构得经典定义程序员所瞧到得计算机属性，即概念性结构与功能特性。
2 透明性在计算机技术中，把这种本来存在得事物或属性，但从某种角度瞧又好像不存在得概念称为透明性。
3 系列机由同一厂家生产得具有相同系统结构、但具有不同组成与实现得一系列不同型号得计算机。
4 常见得计算机系统结构分类法有两种：Flynn 分类法、冯氏分类法Flynn 分类法把计算机系统得结构分为4 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)5 改进后程序得总执行时间系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比6CPI(Cycles Per Instruction ):每条指令执行得平均时钟周期数CPI = 执行程序所需得时钟周期数／IC7 存储程序原理得基本点：指令驱动8冯•诺依曼结构得主要特点1 以运算器为中心。
2 在存储器中，指令与数据同等对待。
指令与数据一样可以进行运算，即由指令组成得程序就是可以修改得。
3 存储器就是按地址访问、按顺序线性编址得一维结构，每个单元得位数就是固定得。
4 指令得执行就是顺序得5 指令由操作码与地址码组成。
6 指令与数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。
9 软件得可移植性一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。
差别只就是执行时间得不同。
我们称这两台计算机就是软件兼容得。
实现可移植性得常用方法:采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。
软件兼容：向上（下）兼容：按某档机器编制得程序，不加修改就能运行于比它高（低）档得机器。
向前（后）兼容：按某个时期投入市场得某种型号机器编制得程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场得机器。
向后兼容就是系列机得根本特征。
兼容机：由不同公司厂家生产得具有相同系统结构得计算机。
10 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
知识点归纳 计算机架构中的指令集与存储器层次结构
知识点归纳计算机架构中的指令集与存储器层次结构计算机架构中的指令集与存储器层次结构计算机架构是计算机系统的基本组成和工作原理的体系结构，它包括指令集和存储器层次结构。
指令集是计算机的机器指令集合，用于操作和控制计算机硬件；而存储器层次结构则是计算机系统中处理器和主存之间的一系列存储器层级，用于加快数据访问速度和提高系统性能。
本文将对计算机架构中的指令集与存储器层次结构进行归纳总结。
一、指令集1.1 CISC指令集体系结构CISC（Complex Instruction Set Computer）指令集体系结构为每个操作提供了丰富的指令集，具有指令编码短、程序紧凑的特点。
CISC计算机的指令集设计考虑了高级语言并提供了高级指令，但指令复杂度高，执行速度较慢。
1.2 RISC指令集体系结构RISC（Reduced Instruction Set Computer）指令集体系结构精简了指令集，每个操作都由一条简单、固定长度的指令来实现。
RISC计算机的指令集设计追求指令的简洁性和执行速度，但需要编译器对指令进行优化，使得程序执行更加高效。
1.3 x86指令集x86指令集是当前主流的个人计算机指令集，其结构可以看作是CISC和RISC的混合形式。
x86指令集保留了一部分CISC指令，同时加入了一些RISC特性，以提高指令执行的效率。
二、存储器层次结构2.1 高速缓存（Cache）高速缓存是存储器层次结构中最接近处理器的一级缓存，用于存放处理器频繁访问的数据和指令。
高速缓存分为L1缓存和L2缓存，其中L1缓存位于处理器内部，速度最快，容量较小；L2缓存位于处理器外部，速度较慢，容量较大。
2.2 主存（Main Memory）主存是计算机中用于存储程序和数据的主要存储器，也是计算机存储器层次结构中相对较慢的部分。
主存的存取速度相对较慢，但容量较大。
2.3 辅助存储器辅助存储器用于存储程序和数据的永久性存储，通常采用磁盘、固态硬盘或者磁带等形式。
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总一、冯．诺依曼思想体系——计算机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址访问、顺序执行。
二、计算机系统的层次结构——微程序级→机器级→操作级→汇编→高级语言。
第二章一、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
二、一个浮点数标准化表示由符号位S、阶码E、尾数M三个域组成。
其中阶码E的值等于指数的真值e加上一个固定偏移值。
三、为了计算机能直接处理十进制形式的数据，采用两种表示形式：⑴字符串形式，主要用在非数值计算的应用领域；⑵压缩的十进制数串形式，用于直接完成十进制数的算术运算。
四、数的真值变成机器码时有四种表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码表示码。
其中移码主要用于表示浮点数的阶码E，以利于比较两个指数的大小和对阶操作。
五、字符信息属于符号数据，是处理非数值领域的问题。
国际上采用的字符系统是七单位的ASCII码。
六、直接采用西文标准键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，是一项重大成就。
为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、字膜码等三种不同用途的编码。
七、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加、减法，原码乘除法或补码乘除法。
为了运算器的高速性和控制的简单性，采用了先行进位、阵列乘除法、流水线等并行技术措施。
八、定点运算器和浮点运算器的结构复杂程度有所不同。
早期微型机中浮点运算器放在CPU芯片外，随着高密度集成电路技术的发展，现已移至CPU内部。
第三章一、存储器分类——主存、辅存、cache二、按介质分类——半导体、磁表面、激光三、按存取方式分类——随机、顺序、半顺序四、多级存储器结构——cache—主存—辅存五、主存技术指标——存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽六、DRAM刷新方式——集中式、分散式七、多模块交叉方式——顺序方式、交驻方式八、相联存储器组成——存储体、检索寄存器、屏蔽寄存器、符合寄存器、比较线路、代码寄存器、控制线路。
高中计算机会考主要知识点
高中计算机会考主要知识点
一、计算机基础
1、计算机的概念
计算机是一种用于记录、处理、存储和输出信息的电子设备，它能够
自动完成各种计算任务，并可以进行编程控制它的操作，实现各种功能，
例如图像处理、多媒体技术、网络通信、网络游戏等。
2、计算机体系结构
计算机由硬件和软件组成，硬件包括中央处理器、存储和输入/输出
设备，存储设备包括主存储器和外存储器，输入/输出设备包括显示器、
键盘、扫描仪、打印机等；而软件则是计算机能够完成工作所需的程序，
操作系统是计算机系统中最重要的软件程序，它负责计算机硬件的管理和
控制，还管理计算机的文件，同时也提供各种计算机应用程序所需的支持。
3、计算机网络
计算机网络是由多台计算机相互链接而形成的系统，它可以实现计算
机发送、接收和共享信息的功能，开展多台计算机之间的通信、共享资源
和协同工作。
计算机网络的形式有局域网、广域网、企业网等，所用到的
网络技术有TCP/IP协议、FTP、HTTP、ARP、DNS、SMTP、POP3、SSL等，
而网络的基本特性是可靠性、可扩展性、安全性和可移植性。
二、程序设计。
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规整性:对称性,均匀性.与指令集相关的存储单元的使用操作码的设置对称.均匀指不同 的操作类型,字长,操作种类和数据存储单元,指令的设置要同等对待.
高效率:指令执行速度快,使用频度高.
兼容性:------------------------
CISC指令集架构设计(了解)
五.
寄存器:
有32个64位通用寄存器(整数寄存器)R0,R0…R31.R0永远等于0.
还有32个64位浮点数寄存器F0,F1…F31
还有一些特殊的寄存器
数据表示:
整数:字节,半字,字,双字(分别8,16,32,64位)
浮点数:单精度浮点数(32位),双精度浮点数(64位)
数据寻址方式:
只有立即数寻址和偏移量寻址,立即数字段和偏移量字段都是16位
1.面向目标程序增强指令功能
(1)增强运算型指令的功能
(2)增强数据传送指令的功能
(3)增强程序控制指令的功能
2.面向高级语言的优化实现来改进指令集
(1)增强对高级语言的优化实现来改进指令集
(2)高级语言计算机
3.面向操作系统的优化实现改进指令集
存在的问题
(1)各种指令集使用频度相差悬殊,许多指令很少用到.
解决瓶颈的方法
1.细分瓶颈段
2.重复设置瓶颈段
加速比(S)
顺序执行的时间比使用流水线的执行时间
效率(E)
流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比值
流水线设计中的问题
1.瓶颈问题
2.流水线的额外开销
3.冲突问题
三.
经典五段流水线
1.取指
2.译码
3.执行
4.访存
5.写回
相关与流水线冲突
相关:两条指令之间存在依赖关系
2字串位并
3字并位串
4全并行
从执行程序的角度并行性由低到高分为以下几个等级
1指令内并行
2指令级并行
3线程级并行
4任务级或过程及并行
5作业或程序级并行
提高并行性的技术途径
1时间重叠:流水线
2资源重复
3资源共享
第二章
一.
堆栈结构
累加器结构
通用寄存器结构(RM)
通用寄存器结构(RR)
二.
一些操作数寻址方式(掌握部分常用的即可)
寄存器寻址
立即数寻址
偏移寻址
寄存器间接寻址
索引寻址
直接寻址或绝对寻址
存储器简介寻址
自增寻址
自减寻址
缩放寻址
立即数和偏移寻址使用频度最高
三.
设计指令集结构时需要考虑哪些功能由硬件实现,哪些由软件实现.考虑因素由速度,成本,灵活性,硬件实现的特点是速度快,成本高,灵活性差,软件相反.
对指令集的基本要求:
空间局部性
时间局部性
计算机性能评测:执行时间 吞吐率
(三)
冯诺依曼结构:
1计算机以运算器为中心.
2在存储器中指令和数据同等对待.
3存储器是按地址访问,按顺序线性编址的一维结构.
4指令执行是顺序的,即一般是按照指令在存储器中存放的顺序执行.
5指令由地址码和操作码组成.
6指令和数据均以二进制编码表示.
五代计算机(没卵用)
(1)结构冲突:硬件资源满足不了指令重叠执行的要求.
(2)数据冲突:当在流水线中重叠执行时,因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突
a)写后读冲突
b)写后写冲突
c)读后写冲突(经典五段流水线中不会发生)
(3)控制冲突:流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令所引发的冲突.
解决冲突的方法
(1)结构冲突:停顿或添加硬件
(4)只有load和store能访存,其他指令在寄存器间进行
(5)大多数指令都采用硬连逻辑来实现
(6)强调优化编译器的作用,为高级语言程序生成优化代码
(7)充分利用流水线来提高性能
控制指令:能改变控制流的指令
条件分支(使用频度最高),跳转,过程调用,过程返回
四.
指令的组成:操作码和地址码
编码格式:可变长度编码格式固定长度编码格式混合型编码格式
1单指令流单数据流
2单指令流多数据流
3多指令流单数据流(不存在)
4多指令流多数据流
(二)
Amdahl定律:加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速比,受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比.
加速比 = =
加速比依赖于以下两个因素
1可改进比例
2部件加速比
CPU性能公式
CPU时间
CPU时间 =执行程序所需时间的时钟周期数 x时钟周期时间(系统频率倒数)
第一代:电子管计算机
第二代:晶体管计算机
第三代:集成电路计算机
第四代:大规模集成电路计算机
第五代:智能计算机
实现软件可移植性的方法
① 采用系列机
②模拟与仿真
③统一高级语言
系列机的软件兼容
① 向上兼容
② 向下兼容
③ 向前兼容
④向后兼容
(四)
从处理数据的角度并行性由低到高分为以下几个等级
1字串位串:不存在并行性
J型指令(跳转指令,跳转并链接指令,自陷指令,异常返回指令)
用26位二进制码表示跳转目标的指令地址（实际的指令地址应为32位，其中最低2位为“00”，最高4位由PC当前地址决定）。
MIPS的操作
课本P46
第三章
一.
流水线技术的特点
1把一个处理过程分解为若干个子过程,每个子过程有一个独立的功能部件实现
(2)指令集庞大,指令条数多,功能复杂,使得控制器硬件复杂.
(3)许多指令集由于操作复杂,CPI较大,执行速度慢.
(4)指令功能复杂,规整性不好,不利于采用流水线提高性能
RISC指令集架构设计
设计RISC时遵循的原则
(1)指令条数少而简单
(2)采用简单有统一的指令格式
(3)指令的执行再单个机器周期内完成(采用流水线机制后)
类型:数据相关 名相关 控制相关
(1)数据相关:写后读(可传递)
(2)名相关:使用相同寄存器或存储单元名,但无数据流动
a)反相关:读后写,需保证执行顺序不能改变
b)输出相关:写后写,需保证执行顺序不能改变
反相关可以通过换名消除
(3)控制相关
流水线冲突:对于具体流水线来说,由于相关的存在,使得指令流中的下一条指令不能再指定的时钟周期执行.
寄存器间接寻址通过把0作为偏移量实现
16位绝对寻址把R0(永远为0)作为基址寄存器实现
MIPS按字节寻址,地址为64位,所有存储器访问必须是边界对齐的
指令格式
I类
65516
操作码
rs
rt
立即数
R类
655556
操作码
rs
rt
rd
shamt
funct
J类
626
操作码
与PC相加的偏移量
I型指令(load,store,立即数,分支,寄存器跳转,链接跳转)
CPI(CyclesPer Instruction)
CPI=执行程序所需时钟周期数/所执行指令条数
∴CPU时间 =ICxCPI x时钟周期时间
可知CPU性能取决于一下三个方面
1时钟周期时间:取决于硬件实现技术和计算机组成
2CPI:取决于计算机组成和指令集结构
3IC:取决于指令集结构和编译技术
程序局部性原理
第一章
(一)
什么是计算机系统结构:程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性.
透明性:在计算机技术中,把本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念成为透明性.
常见计算机系统结构分类法
冯氏分类法(冯泽云):按最大并行度对计算机进行分类.
Flynn分类法:按指令流和数据流多倍性进行分类
2静态流水线与动态流水线(多功能流水线的进一步分类)
3部件级,处理机级及处理机间流水线
4线性流水线与非线ຫໍສະໝຸດ 流水线5顺序流水线与乱序流水线
二.
吞吐率TP:单位时间内流水线所完成的任务数量,或输出结果的数量
掌握各段时间相等与不等的流水线吞吐量计算
瓶颈
当流水线各段时间不完全相等时,流水线最大吞吐量和实际吞吐量由最长的一段决定,该段成为瓶颈
2流水线各段的时间应尽可能相等,否则将引起流水线堵塞断流.时间长的段成为瓶颈
3流水线每一个功能部件的后面要有一个缓冲寄存器(锁存器),成为流水线寄存器.
4流水线技术适合于大量重复的时序过程,只有在输入端不断地提供任务,才能充分发挥流水线的效率.
5流水线需要有通过时间和排空时间.
流水线的分类
1单功能流水线与多功能流水线
则用连续2个5位二进制码表示2个寄存器的地址，然后是由1个16位二进制码表示1个立即数二进制码。
R型指令(ALU指令,专用寄存器读写指令,move指令等)
用连续3个5位二进制码表示3个寄存器的地址，然后用1个5位二进制码表示移位的位数（如果未使用移位操作，则全为0），最后是6位的Function码（它与Opcode码共同决定R型指令的具体操作方式）。
(2)数据冲突:通过定向技术减少数据冲突引起的停顿
部分数据冲突无法通过定向技术消除,需要停顿(流水线互锁机制)
(3)依靠编译器解决数据冲突
即通过指令调度或流水线调度解决冲突
(4)控制冲突
a)预测分支成功
b)预测分支失败
c)延迟分支:设置延迟槽
四.
懒得写了
第四章
什么都没有