计算机体系结构要点
chapter1
计算机的种类
个人计算机 Personal Computer (PC)
工作站 WorkStation (WS)
小型机 Mini Computer
中型机 Mainframe
小巨型机 Minisupercomputer
巨型机 Supercomputer
摩尔定律
集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍
计算机体系结构定义—>两个概念
1.概念结构与功能特性:
计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能
2.抽象层设计:
宽泛定义：使用各种可行的制造工艺进行抽象层的设计，使得应用程序有效运行。
3.计算机系统结构与计算机组成，实现的关系:
计算机组成：计算机体系结构的逻辑实现。
计算机实现：计算机组成的物理实现。
一种体系结构可以有多种组成。 一种组成可以有多种物理实现。
程序员看到的计算机属性
chapter2
**单核处理器时代的终结
阿姆达尔定律
CPI
chapter3
*指令集架构
1.每个指令都是由CPU的硬件直接执行的
2.由于硬件只能识别位，所以采用二进制格式提出修改建议
3.固定或可变长度格式
4.字的大小通常是今天的16,32,64位
*RISC vs CISC
*内部存储结构
*端序/字节序
chapter4
流水线的基本原理
流水线技术：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。
流水线中每个子过程及其功能部件称为流水线的段(级)，段与段相互连接形成流水线。流水线的段数称为流水线的深度。
流水线的特点：
1.多条指令同时执行
2.流水线中每一步完成一条指令
3.指令沿流水线移动一次的时间间隔就是一个机器周期
MIPS64的3种指令：
ALU指令，Load和Store指令，分支和跳转指令
通过与排空时间：
时空图：
三种冲突
1.结构冲突
原因：某些功能部件没有充分流水，某些资源没有充分重复设置
2.数据冲突：
冲突解决
旁路技术：针对数据冲突，指ALU（逻辑运算单元）的结果总是从EX/MEM或MEM/WB寄存器反馈至下一ALU
冲突检测：当硬件检测到前面某条指令的结果寄存器就是当前指令的源寄存器时，控制逻辑单元就会讲前面那条指令的结果直接从其产生的地方传递到当前指令所需的位置。
编译带调度技术（结构冲突在分支上会导致三个节拍的停顿）：
1.停顿直至分支方向确定
2.预测分支不成功
3.预测分支成功
4.分支延迟：
流水线的性能：
chapter5指令级并行
*指令级并行
重叠执行指令以提高性能
利用ILP的两种方式：
1.依靠硬件来动态地发现和利用并行性
2.依靠软件技术在编译时静态寻找并行性
*静态与动态
*基本块
除入口与出口外没有其他分支的线性指令序列
*相关（与冲突的关系）
相关性是程序的特性； 冲突是流水线结构的特性；
相关性的存在只预示着存在有冲突的可能性。
*循环展开
*动态分支预测
分支历史表：2位用于循环精度
相关性：
Tournament predictors
分支目标缓冲：包括分支地址和预测
*分支目标缓冲
*动态调度
记分牌
前瞻执行：
允许在处理器还未判断指令是否能执行之前就提前执行，以克服控制相关
再定序缓冲
*超标量
*超长指令字
采用多个独立的功能部件，将多条指令的操作组装成固定格式的指令包，形成一条非常长的指令。超长指令字的格式固定，处理过程简单，处理器所需硬件量比超标量要少
chapter6
指令窗口
*线程级并行，多线程
数据级并行
**粒度切换
细粒度切换：在每条指令间都能进行线程切换；优点是能够隐藏任何或长或短的阻塞带来的吞吐量的损失；缺点是减慢了每个独立线程的执行。
粗粒度切换：只发生在代价较高，时间较长的阻塞出现时；优点是不会减慢线程的执行时间；缺点是不能有效地减少吞吐率的损失。
*同时多线程
同时多线程技术是一种在多流出、动态调度处理器上同时开发线程级并行和指令级并行的改进的多线程技术。
使用动态调度技术的处理器已经具有了开发线程级并行所需的硬件设置：
1. 动态调度超标量处理器有大量的虚拟寄存器组，可以用来保存每个独立线程的寄存器状态。
2.由于寄存器重命名机制提供了唯一的寄存器标识符，多个线程的指令可以在数据路径上混合执行，而不会导致各线程间源操作数和目的操作数的混乱。
3.为每个线程设置重命名表、保留各自的PC值、提供多个线程的指令结果提交的能力来实现。
chapter7
* 存储系统的层次结构
* 局部性原理
* 映像规则
查找算法
替换算法
Random、LRU、FIFO
* 写策略：写直达与写回，按写分配与不按写分配
写缓存
chapter8
** 可靠性、可用性与可信性
** 廉价磁盘冗余阵列
RAID 0：严格说，不属于RAID系列
数据分块，即把数据分布在多个盘上,非冗余阵列、无冗余信息
2.RAID 1: Disk Mirroring, Very high availability can be achieved,Bandwidth sacrifice on write,读性能好,最昂贵的解决方案
3.RAID2：需要多个磁盘来存放海明校验码信息，冗余磁盘数量与数据磁盘数量的对数成正比（log2m，m为数据盘的个数）, 并未被广泛应用，目前还没有商业化产品
4.RAID 3:保护组中有N个数据盘的冗余代价为1/N （冗余盘和数据盘之比
chapter9
* 冲突在哪里？
分段开采技术
向量跨距/步长
chapter10
* 计算机分类
个人计算机 Personal Computer (PC)
工作站 WorkStation (WS)
小型机 Mini Computer
中型机 Mainframe
小巨型机 Minisupercomputer
巨型机 Supercomputer
* Flynn分类法
* 多处理机与多计算机
多处理机：搭建难、编程易
多计算机：搭建易、编程难
*机群、对称式共享存储多处理机、大规模并行处理机
*集中式存储器,分布式存储器
*消息传递，共享存储
