考試題型一、單項選擇題（每小題2分，共26分）二、填空題（每空0.5分，共7分）三、大題（共67分）共5個，有概念題、分析題、計算題、設計題、綜合題復習提要大題復習范圍：會利用CPU性能公式比較多個設計方案優劣公式一：CPU時間=一個程序CPU時鐘周期數*時鐘周期長度或：CPU時間=一個程序CPU時鐘周期數/時鐘頻率公式二：CPU時間=IC*CPI*時鐘周期長度公式三：會利用Amdahl定律比較多個設計方案優劣Amdahl定律：計算機系統中某一部件因為采取某種更加快執行方式后整個系統性能提升與這種執行方式使用頻率或占總執行時間百分比關于。Cache性能分析，會針對詳細情況分析Cache性能CPU執行時間：平均存放器訪問時間（AMAT）：提升Cache性能：可見主要路徑有：降低缺失代價降低缺失率經過并行性降低缺失代價/缺失率降低Cache命中時間造成Cache失效原因，需深入掌握怎樣降低這三類失效方法原因：（1）強制（Compulsory）缺失：對一個塊第一次訪問一定不在Cache中，所以該塊必須被調入到Cache中（這也稱為：冷開啟缺失、首次訪問缺失等）。（2）容量（Capacity）缺失：假如Cache容納不了一個程序連續執行所需要全部塊，將會發生容量缺失，一些塊將被放棄，隨即再被調入。（3）沖突（Conflict）缺失：假如采取組相聯/直接相聯，則可能有多個塊映射到同一塊中，發生沖突缺失。降低缺失率技術：（1）增加Cache塊大小（2）增加Cache容量（3）增加相聯度（4）路預測和偽相聯Cache（5）編譯優化向量鏈接技術基本思想：對于有寫讀數據相關向量指令，能夠采取“相關專用通道”：從一個流水線部件得到結果直接送入另一個流水線部件操作數存放器，這么多條向量指令能夠并行執行，這種技術稱為流水線鏈接技術。鏈接要求：1.沒有向量存放器沖突和運算部件沖突；2.只有當前一條指令第一個結果分量送入結果向量存放器那一個時鐘周期方可鏈接，不然只能串行執行；3.若一條向量指令兩個源操作數分別是兩條先行指令結果時，要求：先行兩條指令產生結果時間必須相等；先行兩條指令向量長度必須相等。靜態多功效流水線和動態多功效流水線調度動態調度算法：Tomasulo算法Delta互連網絡設計，依照方法即可設計多級交叉開關互連網絡設計，需掌握其基本原理方可進行設計循環中指令調度技術：調度、循環展開、軟件流水（重點掌握）第四章205頁其它題復習范圍：衡量機器性能唯一固定而且可靠標準是什么？真實程序執行時間。并行性慣用實現技術，并結合本課程內容進行舉例時間重合：指令流水線資源重合：N模冗余結構多處理機多值存放器資源共享：多道程序分時系統設計計算機系統設計慣用定量準則加緊經常性事件速度CPU性能公式局部性原理利用并行性實現軟件可移植主要路徑有哪些？統一高級語言：設計出一個完全通用高級語言，為全部程序員所使用。采取系列機思想：先確定好系統結構，軟件設計者據此設計軟件，硬件設計者則依照不一樣性能要求，采取不一樣組成和實現技術，提供不一樣檔次機器。軟件兼容性：軟件兼容性指是同一軟件可不加修改地運行于該系列機器中各檔機器上特征。模擬與仿真：模擬（simulationsimulation）指是用一臺機器（宿主機宿主機）機器語言程序解釋實現另一臺機器（虛擬機虛擬機）指令系統方法。仿真（emulationemulation）指是用一臺機器（宿主機宿主機）微程序解釋實現另一臺機器（目標機目標機）指令系統方法。Flynn分類法什么是數據表示？什么是數據結構？數據表示：能由硬件直接識別和引用（即有對應運算指令和有硬件支持）數據類型，比如：定點數據表示、邏輯數據表示、浮點數據表示等。數據結構：帶有結構數據元素集合，比如：串、隊列、棧、向量、陣列、鏈表、樹、圖等。擴展編碼編碼原理思想：是固定長度操作碼和Huffman編碼法相結合形成。即：對Huffman編碼，依照使用頻率宏觀分布，將編碼長度擴展成有限幾個長度編碼。RISC執行程序速度比CISC要快關鍵原因是什么？降低指令平均執行周期。（1）硬件為主固件為輔（2）在CPU中設置數量較大存放器組（3）指令執行采取流水（4）采取認真設計和優化編譯系統設計技術RISC特點優點：簡化指令系統設計，適合VLSI實現。提升執行速度和效率。降低設計成本，提升了系統可靠性。能夠提供直接支持高級語言能力，簡化編譯程序設計。缺點：加重了匯編語言程序員負擔。對浮點運算和虛擬存放器支持不夠理想。相對來說，RISC機器上編譯程序要比CISC機器上難寫。怎樣提升Cache命中率？采取預取技術提升命中率思想：不命中時，把M2存放器中相鄰幾個單元組成一個數據塊都取出來送入M1存放器中。存放系統主要性能參數存放容量：存放價格：存放速度：怎樣提升存放器頻寬？地址碼高位交叉多個存放器并行，采取并行/交叉訪問等方法提升存放器訪問速度（并行存放器）；設置各種緩沖存放器；采取存放體系，尤其是Cache存放體系。流水線最大吞吐率計算吞吐率：單位時間內能流出任務數或能流出結果數。TP=n/Tmn：任務數。Tm：處理完成n個任務所用時間。流水線分類分類一：單功效流水線多功效流水線分類二：靜態流水線動態流水線分類三：線性流水線非線性流水線分類四：部件級流水線處理機級流水線系統級流水線其它：標量流水線向量流水線次序流水線異步流水線常見數據相關有哪些？通常在哪些流水線上會出現？“先寫后讀”相關“先讀后寫”相關“寫寫”相關“先寫后讀”相關在流水線次序執行和亂序執行時都可能發生，“先讀后寫”相關和“寫寫”相關只有在流水線亂序執行時才可能發生，而“讀讀”相關無需處理。對分支指令引發全局相關通常是怎樣處理？條件出來前：提前形成條件碼預測條件出來后：停頓Tomasulo算法和前瞻執行機制中換名功效分別是怎樣實現？向量處理機常見相關和沖突有哪些？相關：V0←V1＋V2 V0←V1＋V2

V3←V4×V5 V3←V0×V4

(a)不相關指令 (b)寫讀數據相關V0←V1＋V2 V0←V1＋V2

V3←V4＋V5 V3←V1×V4

(c)功效部件沖突 (d)讀讀數據相關提醒：采取次序發射次序完成方式。評價向量處理機性能參數有哪些？及其詳細用途是什么？向量指令處理時間Tvp：一條向量指令處理時間：Tvp＝Ts+Tvf+(n-1)Tc其中：Tvp為一條向量指令處理時間；Ts為向量流水線建立時間；Tvf為向量流水線流過時間；Tc為流水線“瓶頸”段執行時間；n為向量長度。假如每段執行時間都等于一個時鐘周期，則有：Tvp＝[s+e+(n-1)]τ其中：s為向量流水線建立時間所需時鐘周期數；e為向量流水線流過時間所需時鐘周期數；n為向量長度；τ為時鐘周期長度。一批向量指令處理時間：向量長度≤向量存放器長度時：其中：Tstart為每個編隊向量開啟開銷，即流水線建立時間+流過時間；Tc為流水線“瓶頸”段執行時間；n為向量長度；Tchime為編隊數。向量長度＞向量存放器長度時：需進行分段開采，向量長度為n一組向量操作整個執行時間為：其中：Tloop為執行標量代碼開銷，Tstart為每個編隊向量開啟開銷，Tchime為編隊數，MVL是向量存放器長度。Tloop能夠看作是一個常數，Cray1機Tloop約等于15。最大性能R∞：R∞表示當向量長度為無窮大時向量流水線最大性能。常在評價峰值性能時使用，單位為MFLOPS。可表示為：其中：n為向量長度；Tn為一組向量操作整個執行時間。半性能向量長度n1/2：為達成二分之一R∞值所需向量長度稱為半性能向量長度n1/2，主要評價向量流水線建立時間對性能影響。向量長度臨界值nv：nv表示向量流水方式工作速度優于標量串行方式工作時所需得向量長度臨界值。該參數既衡量建立時間，也衡量標量/向量速度比對性能影響。慣用互連函數恒等置換交換置換方體置換均勻洗牌置換蝶式置換位序顛倒置換移數置換加減2i置換Omega網絡結構和特點采取2×2四功效開關，對于N×N網絡，有n=log2N個開關級，每級有N/2個開關；n個開關級從輸入端到輸出端依次為Kn-1、…K1、K0，n+1個級間連接依次為Cn、…C1、C0，其中C0為恒等置換，C1～Cn都為均勻洗牌置換；開關采取單元控制方式。本網絡也稱為：多級洗牌置換網絡或多級混洗網絡。Omega網絡（網絡）可看作是多級立方體網絡逆網絡。級控制且開關為二功效開關網絡是STARAN交換網絡逆網絡。部分級控制且開關為二功效網絡是STARAN移數網絡逆網絡。單元控制且開關為二功效網絡是間接二進制n方體網絡逆網絡。多級立方體互連網絡特點什么是多處理機中不會引發Cache不一致？造成原因有哪些？Cache一致性是指私有Cache中共享數據副本和共享存放器中共享數據之間一致性。造成不一致原因：（1）共享可寫數據引發不一致性（2）進程遷移引發數據不一致性（3）I/O傳輸造成數據不一致性前兩種原因處理方法：監聽法目錄法第三種原因處理方法：禁止法刷新法多處理機系統兩種基本結構分別為？集中式分布式處理多處理機Cache一致性方法有哪些？詳細用在什么環境中？多處理機中實現同時常見基本硬件原語有哪些？1.原子交換：將一個存放單元值和一個存放器值進行交換。實現同時關鍵：操作原子性（交換操作是不可再細分）。測試并置定：先測試一個存放單元值，假如符合條件則修改其值。讀取并加1：返回存放器中值并以原