计算机体系结构

1.他们把系统结构定义为由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。

2.Amdahl定律：

Sn加速比=没有采用改进措施前执行某任务的时间/采用改进措施后执行某任务的时间 Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间 （恒小于1） Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间 （恒大于1） Tn=改进后整个任务的执行时间 T0=改进前整个任务的执行时间 Tn=T0(1-Fe+Fe/Se)

Sn=T0/Tn=1/[(1-Fe)+Fe/Se]

CPU时间=CPU时钟周期数/频率=CPU时钟周期数×时钟周期长 =（IC×CPI）/频率=IC×CPI×时钟周期长度

平均时钟周期数CPI=CPU时钟周期数目/IC (IC 是指令条数)

时钟频率取决于硬件技术和组织；CPI取决于系统结构组织和指令集；指令数目取决于系统结构的指令集和编译技术。

CPU的时钟周期数=

(CPIiIi)

i1nIi表示i指令在程序中执行的次数 CPIi表示i指令所需的平均时钟周期数 CPU时间=

(CPIiIi)×时钟周期长度 n为指令种类数

i1n(CPIiIi)CPI=/IC=i1n(CPIii1nIi) IC3.计算机系统设计的主要方法

①“由下往上”设计②“由上而下”设计③“由中间开始”设计 4.CPU的性能指的是用户CPU时间。

5.MIPS=指令条数/(执行时间×10^6)=时钟频率/(CPI×10^6) 6.Te(程序的执行时间)=指令条数/(MIPS×10^6) 二、指令系统

1.访问冲突：指令执行的所有转移；数据的离散性。

2.浮点数的尾数用原码，小数表示，阶码用移码整数表示，尾数基值Rm=2,阶码基值Re=2，给出表述范围不小于N，表数精度不低于。P尾数字长，q阶码字长。 能表示的最大尾数值：(1rm) 绝对值最小的尾数值：1/rm

qr能表示的最大阶码：e1

p能表示的最小阶码：re

qre1p最大正数：(1rm )rmq1reqrm rm1reqrm最大负数： rm最小正数：

re1p最小负数：(1rm )rmq表数精度：=

1(p1)rm rm表述效率：50%如果采用隐藏位就为100%

p1q1能表示的浮点数个数：2(rm1)rmre

3.胡夫曼编码法 最短平均长度Hnplogii1n2pi

冗余R1pilog2pii1log2nn

Pi表示第i种操作码在程序中出现的概率，一种有n种操作码。 操作码平均长度H4. 精度 实现 误差 精度高→低、实现易→难、误差大→小 恒置法 恒舍法 恒舍法 恒舍法 恒置法 恒置法 下舍上入法 下舍上入法 下舍上入法 R*法 R*法 R*法 pili li表示第i种操作码的二进制位数。

i15.为什么要设置警戒位？ 设置警戒位是为了保证浮点数在运算和转换过程中的精度。

警戒位的来源：①做加减法时，因对阶从有效字长内移出去的部分；②做乘法时，双倍字长乘积的低字长部分；③做除法时，因没有除尽而多上商的那几位；④右规格化时，移出有效字长的那部分；⑤从十进制实数转换成二进制浮点数时，尾数超出有效字长的那部分。 警戒位的用处：用于左规格化时移入尾数有效字长内；用于舍入 在一个浮点处理机的运算器中，没有为任何一个寄存器专门设置警戒位，这种浮点处理机采用的是恒置法。若果采用了两个警戒位，则是下舍上入法或查表法。 三、存储系统和流水线 1.单位容量的平均价格Cc1s1c2s2

s1s22.访问周期T、命中率H、对M1M2存储器的访问次数N1N2

N1THT1(1H)T2

N1N2T1T113.系统的访问效率e T2THT1(1H)T21(1H)T1H 4.NkP

kk1n5.Cache系统加速比：SpTmTm THTc(1H)Tm6.流水线的吞吐率TP=n/Tk

7.加速比S=T0/Tk 8.E=T0/(k*Tk)

9.减少指令平均执行周期数是RISC思想的精华。 10.指令取消的原则：

①向前转：成功取消，不成功不取消；原因：概率各50%，不调整指令 ②向后转：成功不取消，不成功取消；原因：成功概率大。