计算机体系结构基础知识1

翔羽

<h3 style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US"><p></p></span></span>&nbsp;</h3><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">主要知识点<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">了解掌握流水线技术、<span lang="EN-US">RISC</span>计算机、并行处理技术、多处理机系统方面的基本知识。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US"><br/>1、</span>流水线技术<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">流水线技术是通过并行硬件来提高系统性能的常用方法。计算机流水线技术包括指令流水线和运算操作流水线。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">计算机中一条指令的执行需要若干步，通常采用流水线技术来实现指令的执行，以提高<span lang="EN-US">CPU</span>性能。流水线设计的基本思想其实很简单，任何一个可以分解的任务都可以用流水线来做，可以设置多个处理机构，分别执行相应的子任务。为了提高流水线性能，有些处理时间长的步骤还需分解成更小的步骤，使流水线上所有步骤的处理时间相同。实际上，流水线技术对性能的提高程度取决于其执行顺序中最慢的一步。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">在实际情况中，流水线各个阶段可能会相互影响，阻塞流水线，使其性能下降。阻塞主要由两种情形引起：执行转移指令和共享资源冲突。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">指令流水线技术其实是把处理瓶颈从<span lang="EN-US">CPU</span>子系统转移给了存储子系统。在存储系统中也需要使用流水线技术的<span lang="EN-US">CPU</span>系统的处理能力。流水线计算机的存储器分成若干（<span lang="EN-US">4</span>个）独立存储体，以支持流水线方式并发访问。流水线计算机也使用了<span lang="EN-US">Cache</span>，通常分为指令<span lang="EN-US">Cache</span>和数据<span lang="EN-US">Cache</span>，各自用于存放指令和操作数。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><br/><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US">2、</span></span><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US">RISC</span>计算机的主要特点<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p></span><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US">2、</span></span><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US">RISC</span>计算机的主要特点<span lang="EN-US"><p></p></span></span><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">&nbsp;<p></p></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">①指令数量少：<span lang="EN-US">RISC</span>机优先选取使用频率最高的一些简单指令以及一些常用的指令，避免使用复杂指令。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">②复杂的寻址方式少：<span lang="EN-US">RISC</span>机通常支持寄存器寻址方式、立即数寻址方式以及相对寻址方式。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><br/></span><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">③指令长度固定，指令格式种类少：因为<span lang="EN-US">RISC</span>指令数量少，格式也相对简单（与<span lang="EN-US">CISC</span>比较）其指令长度固定，指令之间各字段的划分比较一致，所以其译码也相对容易。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">④只提供了<span lang="EN-US">Load/Store</span>指令访问存储器。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">⑤以硬布线逻辑控制为主：<span lang="EN-US">RISC</span>机为了提高操作的执行速度，通常采用硬布线逻辑（组合逻辑）来构建控制器。而<span lang="EN-US">CISC</span>机的指令系统很复杂，难以用组合逻辑电路来实现控制器，通常采用微程序控制。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">⑥单周期指令执行：<span lang="EN-US">RISC</span>机因为简化了指令系统，所以很容易利用流水线技术使得大部分指令都能在一个机器周期内完成。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">⑦拥有相当多的寄存器：<span lang="EN-US">RISC</span>机拥有相当数量的寄存器，可以用于存放中间数据和优化对操作数的访问，从而提高了处理器的性能。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">⑧优化的编译器：<span lang="EN-US">RISC</span>的精简指令集使编译工作简单化。<span lang="EN-US"><br/></span>采用<span lang="EN-US">RISC</span>技术和<span lang="EN-US">CPU</span>硬件一般具有寄存器数量多、采用流水线组织、控制器的实现采用硬布线控制逻辑电路等特点。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;"><span lang="EN-US"><br/>3、</span>并行处理机<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">并行处理机有时也称为阵列处理机，其得名于在单一控制部件控制下的由多个处理单元构成阵列。主要用于要求进行大量高速向量或矩阵运算的应用领域。<span lang="EN-US"> <p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">并行处理机的并行性来源于资源重复，把大量相同的处理单元<span lang="EN-US">E</span>通过互联网络连接起来，在统一的控制器（<span lang="EN-US">CU</span>）控制下，对各自分配来的数据并行地完成同一条指令所规定的操作。<span lang="EN-US">E</span>是不带指令控制部件的算术逻辑运算单元。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">并行处理机的特点：<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">① 强大的向量运算能力<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span lang="ZH-TW" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体;">② 并行方式。</span><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">并行处理机的并行性来源于资源重复而不是时间重叠，利用的是并行性中的同时性而不是并发性。并行机提高运算速度的主要方法是增加处理单元的个数。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">③ 适用于专门领域，如矩阵运算、向量运算等。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">④ 标量运算速度对系统性能的影响也很明显。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">⑤ 具有向量化功能的高级语言编译程序有助于提高并行处理机的通用性，以及减少编译时间。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">4</span><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">、多处理机<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">多处理机具有两个或两个以上的处理机，共享输入<span lang="EN-US">/</span>输出子系统，在统一的操作系统控制下，通过共享主存或高速通信网络进行通信，协同求解一个在而复杂的问题。多处理机通过利用多台处理机进行多任务处理来提高速度，利用系统的重组能力来提高可靠性、适应性和可用性。多处理机是新一代计算机结构的基本特征，多处理机具有共享存储器和分布存储器两种不同结构。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p><p style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-fareast-language: ZH-CN;">多处理机属于<span lang="EN-US">MIMD</span>系统，与<span lang="EN-US">SIMD</span>的并行处理机相比，有很大的差别。其根源就在于两者的并行性等层次不同，多处理机要实现的是更高一层的作业任务间的并行。<span lang="EN-US"><br/></span>大规模并行处理机（<span lang="EN-US">MPP</span>）是由众多的微处理器（从几百到上上万）组成的大规模并行处理系统。<span lang="EN-US">MPP</span>可以采用市场上出售的<span lang="EN-US">RISC</span>处理器，所以有很高的性价比。<span lang="EN-US"><p></p></span></span></p>

废话大仙

斑竹顶一下，呵呵，老大就老大，厉害，比我敬职啊，汗....

翔羽

这有很多东西是我以前搜集积累下来的，有的改编过，有的没做改编。时间长了，我也搞不清楚哪些做过改编，那些没做改编了。

[此贴子已经被作者于2006-3-5 23:54:21编辑过]

翔羽

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