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计算机系统结构;;第一章 计算机系统结构设计基础 ;用虚拟计算机观点定义计算机系统的功能层次;计算机系统结构的外特性包含的内容;计算机系统结构的内部特性——计算机组成;1.1.2 计算机系统结构的分类;SISD结构;SIMD结构;MISD结构;MIMD结构;用最大并行度分类;按“并行级”和“流水线”分类;1.2 计算机系统的设计方法;1.2.2 计算机系统设计的定量原则;2. Amdahl 定律;例;;3. CPU 性能公式;每条指令平均时钟周期数CPI= CPU时钟周期总数/指令条数IC 经代换，可得 CPU时间= CPI* IC*T 例：假设有两台机器A和B，对条件转移采用不同的方法。 CPUA采用比较指令和条件转移指令处理方法，CPUB采用比较指令和条件转移指令合一方法。 在CPUA上，若条件转移指令占总执行指令数的20%，比较指令也占20%。CPUB的时钟周期比CPUA慢25%。若规定两台机器执行条件转移指令需2T，其它指令需要1T。现比较CPUA和CPUB哪个工作速度更快？ ;解： CPU时间= CPI* IC*T CPIA = 20%*2+80%*1=1.2 CPUA时间= CPIA* ICA*TA =1.2 * ICA*TA 在B内， ICB= ICA-20%*ICA= 80%*ICA 转移指令的比重是(20%*ICA)/ (80%*ICA)=25% 其它指令比重是1-25%=75% CPIB = 25%*2+75%*1=1.25 TB = 1.25*TA CPUB时间= CPIB* ICB*TB =1.25*(0.8*ICA） * (1.25* TA)=1.25 * ICA*TA CPUA时间 CPUB时间 若CPUB的条件转移指令比CPUA慢25%，比较CPUA和CPUB哪个工作速度更快？ ;除了CPU时间之外，MIPS(每秒百万次指令)和MFLOPS(每秒百万次浮点运算)也是比较常用的计算机性能评估标准。 ICF表示浮点运算次数;4. 程序访问的局部性原理;1.2.3 计算机系统设计的任务;1.2.4 计算机系统的设计步骤;1.3 计算机系统结构的发展 ;计算机系统结构的演变;第2章 数据表示和指令系统;;0;浮点数的下溢处理;例 2;2.2 指令及其优化;指令优化;2.2.1 操作码的优化;例;用哈夫曼压缩概念进行编码的步骤;哈夫曼树;;;扩展哈夫曼码;;;不同的扩展标志;2.2.2 地址码的优化;;地址码的优化有四种方法;例;;为了加快使用频率高的指令的执行速度，设计时，让操作码长度只有2位的3条指令的操作在通用寄存器之间进行，而其它的指令则在寄存器和存储器之间进行。由于R-R型指令长度为8位，操作码占2位，因此源、目的寄存器编码部分各占3位，其格式如下： ;???变址寻址的位移量范围(-128～+127)可知，R-M型指令格式中偏移地址占8位，由于操作码占4位，源寄存器编码占3位，R-M型指令长度为16位，因此变址寄存器的编码只占1位，R-M型指令格式如下： ;(2)根据(1)中设计的指令格式，通用寄存器编码占3位，变址寄存器编码占1位可知：该机允许使用8个可编址的通用寄存器和2个变址寄存器。 (3)根据表2.4可计算操作码的平均码长为： pi?li=（0.35+0.25+0.2）×2+（0.1+0.05+ 0.03+0.02）×4=2.4位 ;2.2.1 寻址方式分析;指令系统的分析;第 3 章 存储系统结构; (1)单体单字存储器，即存储器只有一个存储体，而且存储体的宽度为一个字。如图3.1所示是一个字长为W位的单体主存，一次可以访问一个存储器字，所以主存最大频宽Bm=W/TM。 假设，此存储器字长W与CPU所要访问的字（数据字或指令字，简称CPU字）的字长W相同，则CPU从主存获得信息的速率就为W/ TM。我们称这种主存是单体单字存储器。 ;W位; (2)单体多字存储器，即存储器只有一个存储体，但存储体的总线宽度较大，可以是多个字，如图3.2所示。 若要想提高主存频宽Bm，使之与CPU速度匹配，显然可以想到，在同样的器件条件（即同样的TM）下，只有设法提高存储器的字长W才行。 例如，改用图3.2的方式组成，这样，主存在一个存储周期内就可以读出4个CPU字，相当于CPU从主存中获得信息的最大速率提高到原来的4倍，即Bm=4W/TM。我们称这种主存为单体多字存储器。;; (3)多体单字交叉存取的存储器。如：多体交叉存储器，因为每个存储体都是一个CPU字的宽度。 (4)多体多字交叉存储器。它将多分体并行存取与单体多字相结合。 我们将能并行读出多个CPU字的单体多字、多体单字交叉、多体多字交叉存取的主存系统称为并行主存系统。 ;2. 单体多字方式与多体单字交叉方