體系結構名詞解釋

1、精品文檔1.1 解釋下列術語 層次機構：按照計算機少擔負同等功能的處理機組成，它們同時語言從低級到高級的次序，把計算機系統(tǒng)處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個任務。按功能劃分成多級層次結構，每一層以一2.1 解釋下列術語種不同的語言為特征。這些層次依次為：堆棧型機器： CPU中存儲操作數(shù)的單元是堆微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯棧的機器。編語言機器級，高級語言機器級，應用語累加器型機器： CPU中存儲操作數(shù)的單元是言機器級等。累加器的機器。虛擬機：用軟件實現(xiàn)的機器。通用寄存器型機器： CPU中存儲操作數(shù)的單翻譯：先用轉換程序把高一級機器上的程元是通用寄存器的機器。序轉換為低一級機器上等效的程序，

2、然后CISC：復雜指令集計算機再在這低一級機器上運行，實現(xiàn)程序的功RISC：精簡指令集計算機能。尋址方式：指令系統(tǒng)中如何形成所要訪問解釋：對于高一級機器上的程序中的每一的數(shù)據(jù)的地址。一般來說，尋址方式可以條語句或指令，都是轉去執(zhí)行低一級機器指明指令中的操作數(shù)是一個常數(shù)、一個寄上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一存器操作數(shù)或者是一個存儲器操作數(shù)。級機器取下一條語句或指令，再進行解釋數(shù)據(jù)表示：硬件結構能夠識別、指令系統(tǒng)執(zhí)行，如此反復，直到解釋執(zhí)行完整個程可以直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)結構。序。3.1 解釋下列術語計算機系統(tǒng)結構：傳統(tǒng)機器程序員所看到流水線：將一個重復的時序過程，分解成的計算機屬性，即概念性

3、結構與功能特為若干個子過程，而每一個子過程都可有性。效地在其專用功能段上與其它子過程同時在計算機技術中，把這種本來存在的事物執(zhí)行。或屬性，但從某種角度看又好像不存在的單功能流水線：指流水線的各段之間的連概念稱為透明性。接固定不變、只能完成一種固定功能的流計算機組成： 計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn)，水線。包含物理機器級中的數(shù)據(jù)流和控制流的組多功能流水線：指各段可以進行不同的連成以及邏輯設計等。接，以實現(xiàn)不同的功能的流水線。計算機實現(xiàn)：計算機組成的物理實現(xiàn)，包靜態(tài)流水線：指在同一時間內(nèi)，多功能流括處理機、主存等部件的物理結構，器件水線中的各段只能按同一種功能的連接方的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃

4、式工作的流水線。當流水線要切換到另一分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機種功能時，必須等前面的任務都流出流水裝配技術等。線之后，才能改變連接。系統(tǒng)加速比： 對系統(tǒng)中某部分進行改進時，動態(tài)流水線：指在同一時間內(nèi)，多功能流改進后系統(tǒng)性能提高的倍數(shù)。水線中的各段可以按照不同的方式連接，Amdahl 定律：當對一個系統(tǒng)中的某個部件同時執(zhí)行多種功能的流水線。它允許在某進行改進后，所能獲得的整個系統(tǒng)性能的些段正在實現(xiàn)某種運算時，另一些段卻在提高，受限于該部件的執(zhí)行時間占總執(zhí)行實現(xiàn)另一種運算。時間的百分比。部件級流水線：把處理機中的部件進行分程序的局部性原理：程序執(zhí)行時所訪問的段，再把這些部件分段相互連接而

5、成。它存儲器地址不是隨機分布的，而是相對地使得運算操作能夠按流水方式進行。這種簇聚。包括時間局部性和空間局部性。流水線也稱為運算操作流水線。CPI：每條指令執(zhí)行的平均時鐘周期數(shù)。處理機級流水線：又稱指令流水線。它是測試程序套件：由各種不同的真實應用程把指令的執(zhí)行過程按照流水方式進行處序構成的一組測試程序，用來測試計算機理，即把一條指令的執(zhí)行過程分解為若干在各個方面的處理性能。個子過程，每個子過程在獨立的功能部件存儲程序計算機：馮·諾依曼結構計算機。中執(zhí)行。其基本點是指令驅動。程序預先存放在計處理機間流水線：又稱為宏流水線。它是算機存儲器中，機器一旦啟動，就能按照把多個處理機串行連接起

6、來，對同一數(shù)據(jù)程序指定的邏輯順序執(zhí)行這些程序，自動流進行處理，每個處理機完成整個任務中完成由程序所描述的處理工作。的一部分。前一個處理機的輸出結果存入系列機：由同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)存儲器中，作為后一個處理機的輸入。結構、但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的計算機。線性流水線：指各段串行連接、沒有反饋軟件兼容：一個軟件可以不經(jīng)修改或者只回路的流水線。數(shù)據(jù)通過流水線中的各段需少量修改就可以由一臺計算機移植到另時，每一個段最多只流過一次。一臺計算機上運行。差別只是執(zhí)行時間的非線性流水線：指各段除了有串行的連接不同。外，還有反饋回路的流水線。向上（下）兼容：按某檔計算機編制的程序，不加修改就能

7、運行于比它高（低）檔順序流水線：流水線輸出端任務流出的順的計算機。序與輸入端任務流入的順序完全相同。向后（前）兼容：按某個時期投入市場的亂序流水線：流水線輸出端任務流出的順某種型號計算機編制的程序，不加修改地序與輸入端任務流入的順序可以不同，允就能運行于在它之后（前）投入市場的計許后進入流水線的任務先完成。這種流水算機。線又稱為無序流水線、錯序流水線、異步兼容機：由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同流水線。系統(tǒng)結構的計算機。吞吐率：在單位時間內(nèi)流水線所完成的任模擬：用軟件的方法在一臺現(xiàn)有的計算機務數(shù)量或輸出結果的數(shù)量。（稱為宿主機）上實現(xiàn)另一臺計算機（稱流水線的加速比：使用順序處理方式處理為虛擬機）的

8、指令系統(tǒng)。一批任務所用的時間與按流水處理方式處仿真：用一臺現(xiàn)有計算機（稱為宿主機）理同一批任務所用的時間之比。上的微程序去解釋實現(xiàn)另一臺計算機（稱流水線的效率：即流水線設備的利用率，為目標機）的指令系統(tǒng)。它是指流水線中的設備實際使用時間與整并行性：計算機系統(tǒng)在同一時刻或者同一個運行時間的比值。時間間隔內(nèi)進行多種運算或操作。只要在數(shù)據(jù)相關：考慮兩條指令i和 j，i 在 j的時間上相互重疊，就存在并行性。它包括前面，如果下述條件之一成立，則稱指令 j同時性與并發(fā)性兩種含義。與指令 i 數(shù)據(jù)相關：時間重疊： 在并行性概念中引入時間因素，（1）指令 j使用指令 i 產(chǎn)生的結果；讓多個處理過程在時間上相

9、互錯開，輪流（2）指令 j與指令 k 數(shù)據(jù)相關，而指令k重疊地使用同一套硬件設備的各個部分，又與指令 i 數(shù)據(jù)相關。以加快硬件周轉而贏得速度。名相關：如果兩條指令使用了相同的名，資源重復： 在并行性概念中引入空間因素，但是它們之間并沒有數(shù)據(jù)流動，則稱這兩以數(shù)量取勝。通過重復設置硬件資源，大條指令存在名相關。幅度地提高計算機系統(tǒng)的性能?？刂葡嚓P：是指由分支指令引起的相關。資源共享：這是一種軟件方法，它使多個它需要根據(jù)分支指令的執(zhí)行結果來確定后任務按一定時間順序輪流使用同一套硬件面該執(zhí)行哪個分支上的指令。設備。反相關：考慮兩條指令 i和 j ，i 在 j 的前耦合度：反映多機系統(tǒng)中各計算機之間物面

10、，如果指令j 所寫的名與指令i 所讀的理連接的緊密程度和交互作用能力的強名相同，則稱指令 i 和 j發(fā)生了反相關。弱。輸出相關：考慮兩條指令i和 j，i 在 j的緊密耦合系統(tǒng)：又稱直接耦合系統(tǒng)。在這前面，如果指令 j 和指令 i所寫的名相同，種系統(tǒng)中，計算機之間的物理連接的頻帶則稱指令 i 和 j 發(fā)生了輸出相關。較高，一般是通過總線或高速開關互連，換名技術：名相關的兩條指令之間并沒有可以共享主存。數(shù)據(jù)的傳送，只是使用了相同的名?？梢运缮Ⅰ詈舷到y(tǒng)：又稱間接耦合系統(tǒng)，一般把其中一條指令所使用的名換成別的，以是通過通道或通信線路實現(xiàn)計算機之間的此來消除名相關?；ミB，可以共享外存設備 （磁盤、磁帶等

11、）。結構沖突：因硬件資源滿足不了指令重疊計算機之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集執(zhí)行的要求而發(fā)生的沖突。一級上進行。數(shù)據(jù)沖突：當指令在流水線中重疊執(zhí)行時，異構型多處理機系統(tǒng)：由多個不同類型、因需要用到前面指令的執(zhí)行結果而發(fā)生的至少擔負不同功能的處理機組成，它們按沖突。照作業(yè)要求的順序，利用時間重疊原理，控制沖突：流水線遇到分支指令或其它會依次對它們的多個任務進行加工，各自完改變 PC值的指令所引起的沖突。成規(guī)定的功能動作。定向：用來解決寫后讀沖突的。在發(fā)生寫同構型多處理機系統(tǒng)：由多個同類型或至后讀相關的情況下，在計算結果尚未出來1。歡迎下載之前，后面等待使用該結果的指令并不見得是馬上就要用該結果。

12、如果能夠將該計算結果從其產(chǎn)生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停頓。寫后讀沖突：考慮兩條指令i和 j ，且 i在 j 之前進入流水線，指令 j 用到指令 i 的計算結果，而且在 i 將結果寫入寄存器之前就去讀該寄存器， 因而得到的是舊值。讀后寫沖突：考慮兩條指令i和 j ，且 i在 j 之前進入流水線，指令 j 的目的寄存器和指令 i 的源操作數(shù)寄存器相同， 而且 j 在 i 讀取該寄存器之前就先對它進行了寫操作，導致 i 讀到的值是錯誤的。寫后寫沖突：考慮兩條指令i和 j ，且 i在 j 之前進入流水線，指令 j 和指令 i 的結果單元（寄存器或存儲器單元）相同，而且 j 在

13、 i 寫入之前就先對該單元進行了寫入操作，從而導致寫入順序錯誤。這時在結果單元中留下的是 i 寫入的值，而不是 j 寫入的。鏈接技術： 具有先寫后讀相關的兩條指令，在不出現(xiàn)功能部件沖突和Vi 沖突的情況下，可以把功能部件鏈接起來進行流水處理，以達到加快執(zhí)行的目的。分段開采：當向量的長度大于向量寄存器的長度時，必須把長向量分成長度固定的段，然后循環(huán)分段處理，每一次循環(huán)只處理一個向量段。半性能向量長度：向量處理機的性能為其最大性能 R 的一半時所需的向量長度。向量長度臨界值：向量流水方式的處理速度優(yōu)于標量串行方式的處理速度時所需的向量長度的最小值。4.1 解釋下列術語指令級并行：簡稱 ILP 。是

14、指指令之間存在的一種并行性， 利用它，計算機可以并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。指令調(diào)度：通過在編譯時讓編譯器重新組織指令順序或通過硬件在執(zhí)行時調(diào)整指令順序來消除沖突。指令的動態(tài)調(diào)度：是指在保持數(shù)據(jù)流和異常行為的情況下，通過硬件對指令執(zhí)行順序進行重新安排，以提高流水線的利用率且減少停頓現(xiàn)象。是由硬件在程序實際運行時實施的。指令的靜態(tài)調(diào)度：是指依靠編譯器對代碼進行靜態(tài)調(diào)度，以減少相關和沖突。它不是在程序執(zhí)行的過程中、而是在編譯期間進行代碼調(diào)度和優(yōu)化的。保留站：在采用 Tomasulo 算法的 MIPS 處理器浮點部件中，在運算部件的入口設置的用來保存一條已經(jīng)流出并等待到本功能部件執(zhí)行的指令（相關信

15、息）。CDB：公共數(shù)據(jù)總線。動態(tài)分支預測技術：是用硬件動態(tài)地進行分支處理的方法。在程序運行時，根據(jù)分支指令過去的表現(xiàn)來預測其將來的行為。如果分支行為發(fā)生了變化，預測結果也跟著改變。BHT：分支歷史表。用來記錄相關分支指令最近一次或幾次的執(zhí)行情況是成功還是失敗，并據(jù)此進行預測。分支目標緩沖： 是一種動態(tài)分支預測技術。將執(zhí)行過的成功分支指令的地址以及預測的分支目標地址記錄在一張硬件表中。在每次取指令的同時，用該指令的地址與表中所有項目的相應字段進行比較，以便盡早知道分支是否成功，盡早知道分支目標地址，達到減少分支開銷的目的。前瞻執(zhí)行：解決控制相關的方法，它對分支指令的結果進行猜測，然后按這個猜測結

16、果繼續(xù)取指、流出和執(zhí)行后續(xù)的指令。只是指令執(zhí)行的結果不是寫回到寄存器或存儲器，而是放到一個稱為 ROB的緩沖器中。等到相應的指令得到“確認” （即確實是應該執(zhí)行的）后，才將結果寫入寄存器或存儲器。ROB：ReOrder Buffer 。前瞻執(zhí)行緩沖器。超標量：一種多指令流出技術。它在每個時鐘周期流出的指令條數(shù)不固定，依代碼的具體情況而定，但有個上限。超流水：在一個時鐘周期內(nèi)分時流出多條指令。超長指令字：一種多指令流出技術。 VLIW 處理機在每個時鐘周期流出的指令條數(shù)是固定的，這些指令構成一條長指令或者一個指令包，在這個指令包中，指令之間的并行性是通過指令顯式地表示出來的。循環(huán)展開：是一種增加

17、指令間并行性最簡單和最常用的方法。它將循環(huán)展開若干遍后，通過重命名和指令調(diào)度來開發(fā)更多的并行性。5.1 解釋下列術語多級存儲層次：采用不同的技術實現(xiàn)的存儲器，處在離 CPU不同距離的層次上，各存儲器之間一般滿足包容關系，即任何一層存儲器中的內(nèi)容都是其下一層（離 CPU 更遠的一層）存儲器中內(nèi)容的子集。目標是達到離 CPU最近的存儲器的速度，最遠的存儲器的容量。全相聯(lián)映象：主存中的任一塊可以被放置到 Cache 中任意一個地方。直接映象：主存中的每一塊只能被放置到Cache 中唯一的一個地方。組相聯(lián)映象：主存中的每一塊可以放置到 Cache 中唯 一的 一組中 任 何一個 地方（ Cache 分

18、成若干組，每組由若干塊構成）。替換算法：由于主存中的塊比 Cache 中的塊多，所以當要從主存中調(diào)一個塊到 Cache 中時，會出現(xiàn)該塊所映象到的一組（或一個） Cache 塊已全部被占用的情況。這時，需要被迫騰出其中的某一塊，以接納新調(diào)入的塊。LRU：選擇最近最少被訪問的塊作為被替換的塊。實際實現(xiàn)都是選擇最久沒有被訪問的塊作為被替換的塊。寫直達法：在執(zhí)行寫操作時，不僅把信息寫入 Cache 中相應的塊，而且也寫入下一級存儲器中相應的塊。寫回法：只把信息寫入 Cache 中相應塊，該塊只有被替換時，才被寫回主存。按寫分配法：寫失效時，先把所寫單元所在的塊調(diào)入 Cache，然后再進行寫入。不按寫

19、分配法：寫失效時，直接寫入下一級存儲器中，而不把相應的塊調(diào)入Cache。命中時間：訪問 Cache命中時所用的時間。失效率： CPU訪存時，在一級存儲器中找不到所需信息的概率。失效開銷： CPU向二級存儲器發(fā)出訪問請求到把這個數(shù)據(jù)調(diào)入一級存儲器所需的時間。強制性失效：當?shù)谝淮卧L問一個塊時，該塊不在 Cache 中，需要從下一級存儲器中調(diào)入 Cache，這就是強制性失效。容量失效：如果程序在執(zhí)行時，所需要的塊不能全部調(diào)入Cache 中，則當某些塊被替換后又重新被訪問，就會產(chǎn)生失效，這種失效就稱作容量失效。沖突失效： 在組相聯(lián)或直接映象 Cache中，若太多的塊映象到同一組（塊）中，則會出現(xiàn)該組中

20、某個塊被別的塊替換（即使別的組或塊有空閑位置） ，然后又被重新訪問的情況。2 ：1Cache 經(jīng)驗規(guī)則：大小為 N的直接映象Cache 的失效率約等于大小為N /2 的兩路組相聯(lián) Cache 的實效率。相聯(lián)度：在組相聯(lián)中，每組Cache 中的塊數(shù)。VictimCache：位于 Cache 和存儲器之間的又一級 Cache，容量小，采用全相聯(lián)策略。用于存放由于失效而被丟棄（替換）的那些塊。每當失效發(fā)生時，在訪問下一級存儲器之前，先檢查 Victim Cache 中是否含有所需塊。故障性預取：在預取時，若出現(xiàn)虛地址故障或違反保護權限，就會發(fā)生異常。非故障性預?。涸陬A取時，若出現(xiàn)虛地址故障或違反保護權限，不發(fā)生異常。非阻塞 Cache：Cache 在等待預取