系统结构第一章_平均cpi和理想cpi

 

1.绪论

计算机系统结构的实质：确定计算机系统中软硬件的界面，界面之上是软件实现的功能，界面之下是硬件和固件实现的功能。

计算机系统结构的分类：

1.SISD（单指令单数据流）

        一条指令执行一条数据，指令级并行，（第三章）

2.SIMD（单指令多数据流）

        一条指令执行多条数据，数据级并行，（第四章）

3.MIMD（多指令多数据流）

        一条指令执行一条数据，线程级并行，（第五章）

4.MISD（多指令单数据流）

        多条指令执行一条数据，流式计算。（未介绍）

系统结构进化：冯诺依曼结构，指令集结构进化，存储结构进化，计算结构进化，IO结构进化。

1.冯诺依曼结构

 

 2.指令集结构进化

CISC，RISC；变长指令集计算机，定长指令级计算机；多种灵活的寻址方式。

3.计算结构进化（摩尔定律失效）

4.存储结构进化（摩尔定律仍然有效）

5.IO结构进化

并行：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。

同时性：同一时刻

并发性：同一时间间隔

提高并行性的三个思想：

1.时间重叠（分时使用设备各个部分）

2.资源重复（增加设备数量）

3.资源共享（虚拟机，轮流使用同一套设备）

耦合度：反映多级系统中各机器之间物理连接的紧密程度和交互作用能力的强弱。

2.量化

1.经常性原理：把经常性事件作为重点

2.局部性原理：时间，空间局部性。

3.Benchmark原理？

4.Moore定律，单位面积的晶体管数量每24个月增加一倍，价格则相反

5.Dennard定律：在每一代技术中，晶体管密度增加一倍，功耗保持不变。

6.Amdahl定律：

推论：令改进前总执行时间为T，改进后为T'，部件加速比为P，可改进比例为R，则

        T=T*R+T*(1-R);

        T'=T*R/P+T*(1-R);

        系统加速比为：T/T*=1/(R/P+(1-R);

        P->∞，系统加速比=1/(1-R);

如果只针对整个任务的一部分进行改进和优化，那么获得的加速比不超过1/不可改进比例。

7.CPU性能公式：CPU时间=指令数*CPI*时钟周期时间

CPI平均=CPI理想+CPI停顿

例题：