第1章 量化设计与分析基础
计算机的分类类别计算机系统结构定义和计算机的设计任务:指令集结构概念及要素实现技术的趋势:技术发展的趋势集成电路功耗的趋势:功耗的概念可靠性:提高可靠性的方法
6. 测量、报告和总结计算机性能:计算机主要性能指标
7. 计算机设计的量化原则:Amdahl定律
第2章 指令系统原理与示例
指令集系统结构的分类:指令集系统的不同结构存储器寻址:大小端模式及地址对齐MIPS系统结构:MIPS指令集结构
Part1
计算机系统结构
计算机组成
计算机实现
总结:
1、软件兼容性:向后兼容 向上兼容
2、计算机系统结构(现代定义):是在满足功能、性能和价格目标的条件下,设计、选择和互连硬件部件构成计算机。
3、结论,芯片面积直接影响芯片成本:芯片面积大 → 晶圆上芯片数减少 →芯片成本上升
结论:芯片面积大→成品率更低→ 芯片成本上升
4、性能趋势: 带宽改进优于时延
带宽/吞吐量 : 在给定时间完成的工作总量
时延/响应时间: 一个事件从开始到完成的时间
5、通常改善了响应时间也会改善吞吐量
-处理器用更快的型号替换
只改善吞吐量而不改善响应时间
-在一个系统中增加额外的处理器,如用多处理器
6、Amdahl’s 定律 采用更快的执行方式后所获得的系统性能提高,与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。
7、小结:
习题:
选填题
哈佛结构实现指令和数据的并存储
(1)大概率事件优先原则
(2)Amdal定律
(3)程序的局部性原理
空间局部典型情况是程序顺序执行,时间局部是程序存在大量循环
Part 2
指令集系统结构最根本的区别:在于处理器内部数据的存储结构不同。
题1寄存器分类:
题2 RISC和CISC的差异:(部分)
CISC的特点:
(1)指令系统复杂
(2)绝大多数指令需要多个机器周期方可执行完毕
(3)各种指令都可以访问存储器
(4)采用微程序控制
(5)有专门寄存器
(6)难以用优化编译器生成高效的目标代码程序
RISC的特点:
(1)简化指令系统
(2)除了LOAD/STORE指令外,所有指令都在一个时钟周期内执行完毕
(3)除了LOAD/STORE指令外,其余指令只与寄存器打交道
(4)绝大部分采用硬联线控制,不用或少用微程序实现
(5)使用较多的通用寄存器,一般至少有32个,没有专用寄存器
(6)采用优化编译技术,生成高效目标代码程序
1、各种指令集结构进行分类,最主要的区别:CPU中操作数的存储方法。即在CPU中用来存储操作数的存储单元类型。
2、CPU内部存储单元类型:堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构
3、堆栈型,优点:指令短小;缺点:不能随机访问堆栈,很难生成有效代码,同时堆栈有容量瓶颈
累加器型:减少机器内部状态,指令短小;缺点:由于是唯一的暂存器,通信开销较大
通用寄存器型:优点:易于生成高效的目标代码,编译方便,存储寄存器更快;缺点:所有操作数均需显式命名,因此指令较长
4、通用寄存器型指令分为三类:
(1)寄存器—寄存器型
(2)寄存器—存储器型
(3)存储器—存储器型
5、RISC体系结构是寄存器-寄存器体系
第三章 链接