计算机体系结构知识点汇总.pdf

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段都是按序流出的〕,实现每个时钟周期执行一条指令。记分牌硬件的实现:,分别记录指令的执行状态、存放器的状态、功能部件状态、数据相关关系。:流出和读操作数。记分牌流水线处理步骤:1)流出〔ID〕如果当前流出指令所需的功能部件空闲〔无构造冲突〕,并且其它执行指令的目的存放器与该指令的不同〔无WAW冲突〕,记分牌就向功能部件流出该指令,并修改记分牌部的记录表。2)读操作数(ID)监测源操作数的可用性〔前面已流出并且正在执行的指令都不对该存放器进展写操作〕,如果数据可用,它就通知功能部件从存放器中读出源操作数并开场执行3)执行〔E*〕取到操作数则开场执行,产生出结果后,就通知记分牌它已经执行完成1:...4)写结果〔WB〕假设WAR冲突已经消失,记分牌则通知功能部件把结果写入目的存放器记分牌三表:1)指令状态表2)功能部件状态表,每个部件有一项,每一项由以下9个字段组成:Busy:忙标志,指出功能部件是否忙。初值为“no〞;Op:该功能部件正在执行或将要执行的操作;Fi:目的存放器编号;Fj,Fk:源存放器编号;Qj,Qk:指出向源存放器Fj、Fk写数据的功能部件;Rj,Rk:标志位,“yes〞表示Fj,Fk中的操作数就绪且还未被取走。否则就被置为“no〞。3)结果存放器状态表:::①记录和监测指令相关,操作数一旦就绪就立即执行,把发生RAW冲突的可能性减小到最小。②:(1)保存站:保存已经流出并等待到本功能部件执行的指令,在保存站通过流出逻辑来完成的存放器换名〔顺序流出,乱序执行〕1:...(2)公共数据总线〔CDB〕:所有功能部件计算结果都送到CDB,由它把这些结果直接送到各个需要该结果的地方〔乱序完成〕(3)Load/store缓冲器:作用是①存放计算有效地址的分量。②记录正在进展的load访存,等待存储器的响应/保存正在进展store访存的目标地址,等待存储数据的到达。③保存完成了的load的结果〔从存储器取来的数据〕/:1)流出2)执行3):一段除了入口和出口以外不包含其他分支的线性代码段。:使一个循环中的不同循环体并行执行。:由源程序确定的在完全串行方式下指令的执行顺序。保持异常行为是指:无论怎么改变指令的执行顺序,都不能改变程序中异常的发生情况。数据流:指数据值从其产生者指令到其消费者指令的实际流动。静态调度依靠编译器对代码进展静态调度,以减少相关和冲突。它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进展代码调度和优化。通过把相关的指令拉开距离来减少可能产生的停顿。动态调度1:...在程序的执行过程中,依靠专门硬件对代码进展调度,减少数据相关导致的停顿不准确异常:当执行指令i导致发生异常时,处理机的现场〔状态〕与严格按程序顺序执行时指令i的现场不同。准确异常:如果发生异常时,处理机的现场跟严格按程序顺序执行时指令i的现场一样。记分牌算法和Tomasulo算法是两种比较典型的动态调度算法。,操作数一旦就绪就立即执行,把发生RAW〔readandwrite〕冲突的可能性减少到最小;通过存放器换名来消除WAR冲突和WAW冲突。更多地依赖于硬件存放器换名可以消除WAR冲突和WAW冲突。存放器换名是通过保存站和流出逻辑来共同完成的。Tomasulo算法具有以下两个特点:冲突检测和指令执行控制是分布的。每个功能部件的保存站中的信息决定了什么时候指令可以在该功能部件开场执行。计算结果通过CDB直接从产生它的保存站传送到所有需要它的功能部件,而不用经过存放器。每个保存站有以下几个字段:1:...Op:要对源操作数进展的操作。Qj,Qk:将产生源操作数的保存站号。等于0表示操作数已经就绪且在Vj或Vk中,或者不需要操作数。Vj,Vk:源操作数的值。对于每一个操作数来说,V或Q字段只有一个有效。对于load来说,Vk字段用于保存偏移量。Busy:为“yes〞表示本保存站或缓冲单元“忙〞。A:仅load和store缓冲器有该字段。开场是存放指令中的立即数字段,地址计算后存放有效地址。循环展开和指令调度增加指令间并行性最简单和最常用的方法开发循环级并行性——循环的不同迭代之间存在的并行性。在把循环展开后,通过重命名和指令调度来开发更多的并行性。编译器完成这种指令调度的能力受限于两个特性:程序固有的指令级并行性;流水线功能部件的执行延迟。循环展开和指令调度时要注意以下几个方面:保证正确性。在循环展开和调度过程中尤其要注意两个地方的正确性:循环控制,操作数偏移量的修改。注意有效性。只有能够找到不同循环体之间的无关性,才能有效地使用循环展开。使用不同的存放器。〔否则可能导致新的冲突〕删除多余的测试指令和分支指令,并对循环完毕代码和新的循环体代码进展相应的修正。注意对存储器数据的相关性分析例如:对于load指令和store指令,如果它们在不同的循环迭代中的存储器地址是不同的,它们就是相互独立的,可以相互对调。注意新的相关性由于原循环不同次的迭代在展开后都到了同一次循环体中,因此可能带来新的相关性。第九章动态互联网络1:...互联网络是一种开关元件按照一定的拓扑构造和控制方式构成的网络,用来实现计算机系统中节点之间的相互连接动态网络分类:总线网络、多级互联网络、穿插开关网络互联网络三要素:互联构造、:1)交换函数:二进制地址编码中第k位互反的输入端与输出端之间的连接。2)均匀洗牌网络。3)PM2I函数::1)网络规模N:指互联网络中节点的个数。它表示该网络所能连接的部件的数量。网络规模越大,这个互联网络的连接能力越强2)节点度d:指互联网络中节点所连接的边数,包括入度,出度。3)节点距离:从一个节点到另一个节点终止所需要跨越边数的最小值4)网络直径D:指网络中任意两个节点之间距离的最大值〔网络直径越小越好〕5)等分宽度b〔主要反映网络的最大流量〕:把由N个节点构成的网络切成节点数一样的〔N/2〕的两半,在各种切法中,沿切口边数的最小值称为该网络的等分宽度。而线等分宽度位B=b×ω〔通道宽度,单位是位数〕6)对称性:从任意节点看,:各节点之间有固定的连接通路,且在运行中不能改变的网络。1)ILLIACIV网:采用PM2±0和PM2±n/2构成其互连网络,实现各处理单元之间的上下左右互连。2)1:...带环3-立方体一个带环n-立方体由N=2n个结点环构成,每个结点环是一个有n个结点的环,网络规模(结点总数)为n*2n个。直径通常为D=2n,结点度为3,等分宽度b=N/(2k),对称。:由交换开关组成,可按运行程序的要求动态改变连接状态的网络1)Omega网络〔相当于一个banyan网〕:1)线路交换:传递之前建立一条到目的节点的物理通路然后交换2)包交换:1)存储转发:2)虚拟直通〔接收寻径的报头即可做出下一跳的判断,输出链路空闲则不用存储直接转发〕3)虫蚀方式:将信息切割成片〔头片->寻径信息和包序列号,数据片〕1:...::两个相邻节点之间传送一个片要满足三个条件:①源缓冲区已存有该片②通道已分配好③(多指令流多数据流):一块芯片上多个处理器MIMD计算机的分类:集中式共享存储器构造。分布式存储器多处理机多处理机分类?紧耦合系统松耦合系统?同构型异构型多处理机系统。?按系统组成构造并行向量处理机(PVP)对称多处理机(SMP)大规模并行处理机(MPP)分布共享存储器多处理机(DSM)工作站机群(COW):由于缓存存在于cpu与存中间,所以任何外设对存的修改并不能保证cache中也得到同样的更新,同样处理器对缓存中容的修改也不能保证存中的数据得到更新。这种缓存中数据与存中数据的不同步和不一致现象将可能导致使用DMA传输数据时或处理器运行自修改代码时产生错误。Cache的一致性就是直Cache中的数据,与对应的存中的数据是一致的。:1)目录式协议:物理存储器中数据块的共享状态被保存在一个称为目录的地方。1:...2)监听式协议:当物理存储器中的数据块被调入Cache时,其共享状态信息与该数据块一起放在该Cache上。当*个Cache要存储器时,它会把请求放到总线上播送出去,其它Cache通过监听总线来判断是否要更新1