習題第二章第三章一個虛擬存儲系統最多有64個用戶每個用戶程序最大不超過8192頁每頁4KB主存儲器的容量為64MB。為了加快地址變換過程采用快慢表結構快表的容量為64個存儲字快表地址經散列函數交換得到。為避免散列沖突需要一個相等比較器。(1)寫出虛擬地址的格式標出各字段的名稱和長度。(2)寫出主存地址的格式標出各字段的名稱和長度。(3)散列變換部件的輸入位數和輸出位數各為多少。(4)相等比較器的位數是多少。(5)寫出快表每個存儲字的格式標出各字段的名稱和長度。散列變換部件的輸入是多用戶虛頁號Pv用戶號虛頁號散列變換部件的輸出是快表地址Ah相等比較器的位數是多用戶虛頁號Pv用戶號虛頁號快表字段多用戶虛頁號用戶號虛頁號實頁號沒寫完回頭寫第四章練 習在程序查詢的輸入輸出方式的系統中有三個不同的外圍設備。假定一個查詢操作需要100個時鐘周期CPU的時鐘頻率為50MHz。求CPU在以下三種情況下為I/O查詢所花費的時間比率假定進行足夠的查詢以避免數據丟失。(1) 鼠標器必須在每秒進行30次查詢。(2) 軟盤與CPU的數據傳輸以16位的單位進行數據傳輸速率為50KB/S。(3) 硬盤傳輸數據以32位的字為單位傳輸速率為2MB/S。下面又是一道題題目沒記大致題目就是中斷優先級1234開始32來之后4來1再來...第五章期末復習-1的移碼怎么算-11001假如4位2的3次冪8-1877變成二進制是0111所以-1的移碼是01114的移碼怎么算40100假如4位2的4-1次8481212變成二進制是1100所以4的移碼是1100補充負數的補碼原碼取反1-69的補碼就是先算69的二進制數01000101每位取反10111010最后1101111011浮點數的舍入處理pg只要p位恒舍法截斷法只要前p位恒置法恒指r/2強制最后一位最低位是1不是計組學的隱藏最高位的1下舍上入法4舍5入、0舍1入法被舍棄的部分最高位是0不變不進位是1進位。R*舍入法書上是下舍上入恒置1尋址操作尋找操作數和它們的地址的方式我們這個指令肯定要先有指令所以我們先編址編址之后就可以找了我們叫尋址。哦還有定位。堆棧沒有零地址尋址方式寄存器的尋址有一地址、二地址、三地址、寄存器和內存面向主存儲器尋址有立即數尋址、間接尋址、變址尋址、基址尋址、相對尋址、自動變址立即數尋址咋回事呢直接指出操作數在內存的地址間接尋址呢指出操作數地址的地址變址尋址呢有效地址變址寄存器內容指令格式的形式地址基址尋址呢有效地址基址寄存器內容指令格式的形式地址相對尋址呢有效地址PC的內容指令格式中的地址自動變址支持數組運算每訪問一次下標自動增加或減少這個定位是怎么回事呢就是把邏輯地址轉換成物理地址。有直接定位還沒把程序裝進主存儲器物理位置就確定了、靜態定位裝的過程隨機進行地址變換、動態定位當訪問到響應指令或數據時才進行地址變換。前面咱們一直提指令這個指令一般由兩部分組成操作碼OPC和地址碼A我們的操作碼需要優化有三種操作碼編碼方式固定長度Huffman編碼擴展編碼Huffman編碼我們要學會計算操作碼的最短平均長度、固定長編碼的信息冗余量例題基本就是讓你設計n種操作碼固定碼長你可以算出來log以2為底n的對數可能1正好就不加。然后給你頻率各種指令頻率I1~In你計算一下采用Huffman編碼的操作碼平均長度計算固定長操作碼和Huffman操作碼的信息冗余量給了指令概率我們就排序吧構造一棵哈夫曼樹。Huffman編碼法平均長度為H所有指令概率*長度的和而操作碼的最短平均長度是有一個公式的而且操作碼最短平均長度肯定比Huffman編碼平均長度要短信息冗余量我們一般用字母R來表示例題我沒抄H是最短平均長度1.951.97是Huffman算出來的平均長度[log以2為底7題中n7的對數]是固定長度算出來的平均長度然后是擴展編碼法比如1-2-3-5擴展編碼法一般這種題先指令設計好然后H還是概率*長度平均長度信息冗余量R還是1-(最短的H/你算出來的平均長度H)然后指令是包括兩部分一個操作碼一個地址碼剛剛編碼編的是操作碼。地址碼可以按照個數劃分零地址、一地址、二地址、三地址我們有三種方法來縮短地址碼長度間接尋址方式、變址尋址方式、寄存器間接尋址方式如果你想要設計一個指令系統要知道通用計算機一般有5類基本指令數據傳送類指令、運算類指令、程序控制指令、輸入輸出指令、處理機控制和調試指令了解精簡指令集系統RISC從復雜指令系統計算機CISC到精簡指令集系統計算機RISCCISC有問題比如28定理還有技術上的進步更適合RISC、軟硬件功能分配減少CPI是RISC的精華實現RISC的關鍵技術延遲轉移技術、指令取消技術、重疊寄存器窗口技術、流水線調整技術16右上角的4是怎么來的e0001004rm16rm是位數的基值接下來是存儲系統終于到第三章了前面我跳了就是Cache和虛擬存儲系統我們看存儲系統的好壞有幾個指標容量、單位容量平均價格、命中率H、等效訪問周期THT1(1-H)T2、訪問效率eT1/T先講虛擬存儲這個設計到虛擬存儲器工作原理地址映像/變換如何加快內部地址變換頁面替換算法如何提高主存命中率映像就是虛地址和實地址如何對應變換就是多用戶虛地址變換成主存實地址內部地址變換、磁盤存儲器地址外部地址變換內部地址變換外部地址變換地址映像、地址變換地址映像把虛擬地址空間影響到主存地址空間地址變換在程序運行時把虛地址變換成主存實地址或磁盤存儲器地址三種虛擬存儲器段式虛擬存儲器、頁式虛擬存儲器、段頁式虛擬存儲器頁表級數計算公式第三章cache、虛擬存儲各種頁面替換cache加速比頁面命中率虛擬地址和主存地址的格式標出長度和名稱虛地址用戶號、虛頁號、頁內地址主存實地址主存實頁號、頁內地址地址映像和變換方法全相聯、直接、組相聯第四章輸入輸出系統程序控制、中斷、DMA中斷給你中斷源優先級有時候有屏蔽碼算一下請求處理的圖處理機與外部設備連接方式想一想那個圖下面這個圖還有下面第三個圖直接連接、通道處理機、輸入輸出處理機通道的3個種類下面第二個圖通道流量分析感覺不能考有點像計網說的那個流量計網有一個知識是流量控制和擁塞處理水龍頭我一科也沒復習感覺有的極限了不同種通道可能會有計算題算流量、工作周期時間這種。直接連和通道三種通道輸入輸出處理機連接還是這種快速看一眼不細看來得快一點不然卡死了。可惜知識不進腦但是慢慢看也不進腦這樣起碼還能快點。接下來是第五章第五章標量處理機流水線處理機、超流水線處理機和超標量處理機這仨是這章的主要內容時間并行性和空間并行性倆概念指令重疊執行和流水線性能分析重疊順序、一次重疊、二次重疊時空圖一般用來算Tk也就是所用時間指標吞吐率TPn/Tk任務數n除以完成n個任務所用的時間、最大吞吐率吞吐率max為1/derta t、加速比S、效率E剛剛說的這個肯定有計算非流水線有前饋或反饋超標量超流水線超標量超流水線超標量是每個時鐘周期可并發多條獨立指令配置多個功能部件。超流水線是在一個時鐘周期內分段在一個時鐘周期內一個部件使用多次流水線的分類有單功能多功能的能完成幾種功能運算。靜態動態的是看同一時間內只能用一種功能還是多種功能同時。標量or向量?一般數據還是矢量數據。流水線or非流水線有無反饋。超標量超流水線超標量超流水線第三章 存儲系統本章主要介紹兩種存儲系統一種是由Cache高速緩存存儲器/緩存和主存儲器內存構成的Cache存儲系統另一種是由主存儲器和磁盤存儲器構成的虛擬存儲系統。Cache存儲系統的主要目標是為了提高存儲器的速度而虛擬存儲系統的只要目標是為了增加存儲器的存儲容量。Cache存儲系統不存在進程切換而虛擬存儲系統會切換到其他進程。從應用程序員看這個存儲器的速度接近速度最快的那個存儲器存儲容量與容量最大的那個存儲器相等或接近單位容量的價格接近最便宜的那個存儲器。很明顯接下來要學的是Cache替換算法Cache頁面替換算法虛擬速度寄存器buffer緩沖棧cache主存磁盤虛擬存儲器3種地址映象是把虛擬地址空間映象到主存地址空間。地址變換是在程序被裝入主存儲器之后在實際運行時把用戶虛地址變換成主存實地址內部地址變換或磁盤存儲器地址外部地址變換。段式頁式段頁式加快內部地址變換的方法PS.什么是內部地址映像和變換把虛擬地址空間映象到主存物理地址空間、以及把虛擬地址變換成主存實地址的方法。PS.什么是外部地址變換找到輔存磁盤存儲器的實地址并且把需要訪問的那一頁或那一個程序段調入到主存儲器中。多級頁表一個公式計算頁表的級數g重點目錄表快慢表散列函數目錄表的基本思想壓縮頁表的存儲容量用一個容量比較小的高速存儲器來存放頁表從而加快查表的速度。由于程序在執行過程中具有局限性因此對頁表中各存儲字的訪問并不是完全隨機的。也就是說在一段時間內對頁表的訪問只是局限在少數幾個存儲字內。慢表是一個全表快表是常用的幾個。快表采用相聯方式訪問慢表用地址訪問。散列函數的目的把相聯訪問變成地址訪問。散列變換實現快表按地址訪問。多對1避免散列沖突相等比較器。頁面替換算法隨機算法RAND先進先出FIFO最近最少使用算法LRU最久沒有使用算法LFU最優替換算法OPT(選擇將來最久不被訪問的頁面替換最好讓程序先執行一遍記錄頁地址流順序)命中率的計算影響命中率因素頁面大小的選擇頁面調度方法高速緩沖存儲器CacheCache全部用硬件來調度因此它不僅對應用程序員是透明的而且對系統程序員也是透明的。相鄰層之間的數據傳送單位CPU與高速緩存之間字高速緩存與主存之間塊主存與硬盤之間頁面磁盤與磁帶之間段Cache與虛擬存儲系統區別信息交換單位不同一個塊一個是頁速度不同主存是磁盤的倍cache是主存的3到5倍。CPU與Cache及主存均有直接通路主存可以不通過Cache直接裝CPUcache-主存硬件實現。主-輔存軟件。Cache-主對應用程序員和系統程序員是透明的。主-輔對應用程序員透明。還有就是不命中時的處理關系Cache是等待主存儲器、直接訪存虛擬存儲器是任務/進程切換。地址映象與變換方法在Cache中地址映象是指把主存地址空間映象到Cache地址空間具體地說就是把存放在主存中的程序按照某種規則裝入到Cache中并建立主存地址與Cache地址之間的對應關系。而地址變換則是指當程序已經裝入到Cache之后在實際運行過程中把主存地址如何變換成Cache地址。全相聯映像及其變換直接映像及其變換組相聯映像及其變換全相聯主存中任意一塊可以映象到Cache中任意一塊的位置上。映像關系有種Cache塊容量主存塊容量目錄表每一個存儲字由三部分組成主存塊號、Cache塊號、一個有效位。直接映像組相聯一種折中的方式組與組間采用直接相聯組內采用全相聯。Cache替換算法及其實現直接映象及變換方式實際上不需要替換算法這是因為主存中的一塊只能轉入到Cache的唯一一個塊中。如果Cache的這一塊是空的則可以裝入如果Cache的這一塊已經被占用唯一的辦法是把它替換出去。在全相聯映象及變換方式中由于主存中的一塊可以裝入到Cache中任意一塊的位置上因此它的替換算法也就最復雜。在組相聯和位選擇組相聯映象及地址變換方式中需要從Cache同一組內的幾個塊中選擇一塊替換出去。1.輪換法類似FIFO通常用于組相聯映象及地址變換方式中。P187每塊一個計數器那個塊的計數器最大說明時間最久每組一個計數器2.LFU算法最久沒有使用算法LFU與前兩種輪換法比控制邏輯更復雜增加了判斷和處理命中的情況。因此LFU算法的命中率是比較高的。Cache性能分析Cache的加速比Cache命中率與容量的關系Cache命中率隨它的容量的增加而提高。當Cache容量怎加到無窮大時命中率可望達到100%但是這實際上是做不到的。Cache命中率與塊大小的關系Cache命中率與組數的關系隨著組數的增加Cache的命中率要降低。當組數不太大時如512組以下命中率降低的少當組數超過一定數量時命中率下降的快。Cache的一致性由于主存和Cache都可直接裝CPUCache更新算法有兩種寫直達法和寫回法。寫直達法又稱為寫通過法寫回法又稱為抵觸修改法。寫回法是指CPU在執行寫操作時被寫數據只寫入Cache不寫入主存。僅當需要替換時才把已經修改過的Cache塊寫回主存。寫直達法是指CPU在執行寫操作時必須把數據同時寫入Cache和主存。優缺點1.可靠性寫直達法優于寫回法。2.與主存的通信量一般情況下寫回法少于寫直達法。據統計在訪問存儲器的操作中寫操作一般要占 10%到 34%。這里假設為 20%Cache 的命中率為 99%。每塊為 4 個字主存的字長為一個字。當 Cache 發生塊替換時有 30%的塊需要寫回到主存其余的塊因為沒有被修改過而不必寫回主存。對于寫直達法寫主存次數占總訪存次數的 20%。而對于寫回法寫主存次數占總訪存次數的比例可以這樣計算(1 - 99%)×30%×4 1.2%。因此與主存的通信量寫回法僅是寫直達法的十幾分之一。3.控制的復雜性寫直達法比寫回法簡單。4.硬件實現的代價寫回法要比寫直達好。因為在寫直達中通常要采用一個高速小容量的緩沖存儲器。Cache的預取算法預期能大幅度提高Cache的命中率。預期算法有下面幾種按需取恒預取不命中預取采用不命中預取能使 Cache 的不命中率降低 75%~85%而采用不命中預取能使 Cache 的不命中率降低 30%~40%。但是恒預取所增加的 Cache 與主存之間的通信量要比不命中預取大很多。總結本章講了存儲系統。涉及到內存地址和主存實地址的相互轉換內部/外部地址變換///地址映像和地址變換比如頁式段式段頁式。講了常用的頁面替換算法。然后還有高速緩存cache...第四章 輸入輸出系統在計算機系統中通常把處理機和主存儲器之外的部分統稱為輸入輸出系統它包括輸入輸出設備輸入輸出接口和輸入輸出軟件。總線屬于輸入輸出系統輸入輸出系統的特點集中反映在異步性、實時性和與設備無關性三個基本要求上。1.異步性輸入輸出設備的工作在很大程度上獨立于處理機之外通常不使用統一的中央時鐘各個設備按照自己的時鐘工作但又要在某些時刻接受處理機的控制。2.實時性3.與設備無關性根據各種外圍設備的不同特點處理好這三方面的關系就成為輸入輸出系統組織的基本內容輸入輸出系統的組織方式。具體地說針對異步法采用自治控制的方法針對實時性采用層次結構的方法針對與設備無關性采用分類處理的方法。自治控制在一般計算機系統中輸入輸出系統是一個獨立于處理機之外的自治系統。層次結構在外圍設備比較多的情況下輸入輸出系統一般要采用層次結構來進行組織。對于工作速度、工作方式和工作性質不同的外圍設備通常要采用不同的輸入輸出方式。目前常用的基本輸入輸出設備方式有如下三種1.程序控制輸入輸出方式處理機輪詢方式分時訪問多臺外圍設備。CPU隔一段時間就來問外圍設備你有事嗎2.中斷輸入輸出方式它的特點CPU與外圍設備能夠并行工作能夠處理例外事件數據的輸入和輸出都要經過CPU一般用于連接低速外圍設備。CPU說有事你說話。3.直接存儲器訪問DMA方式DMA方式特點1.主存儲器既可以被CPU訪問也可以被外圍設備訪問。2.由于在外圍設備與主存儲器直接傳送數據不需要執行程序也不動用CPU中的數據寄存器和指令計數器等因此不需要做保存現場和恢復現場等工作從而使DMA方式的工作速度大大加快。3.在DMA控制器中除了需要設置數據緩沖寄存器、設備狀態寄存器或控制寄存器之外還要設置主存儲器地址寄存器、設備地址寄存器和數據交換個數計數器。4.不需要CPU的干預。目前使用的DMA方式有三種1.周期竊取方式只是借用了一個CPU的周期來完成DMA流程。因此其工作速度是極快的。而且它的硬件結構很簡單比較容易實現。缺點是數據輸入或輸出過程中實際上占用了CPU的時間。2.直接存取方式(不用CPU)DMA控制器的數據傳送申請不是發向CPU而是直接發往主存儲器。它的優點與缺點正好和周期竊取方式相反。3.數據塊傳送方式在設備控制器中設置一個比較大的數據緩沖存儲器設備控制器與主存儲器之間的數據交換以數據塊為單位并采用程序中斷方式進行。中斷系統需要硬件和軟件共同來實現中斷源的組織來個中斷我們知道了它的種類第一時間就可以找到它。引起中斷的各種事件稱為中斷源。中斷系統的復雜性實際上是由中斷源的多樣性引起的。中斷源可以來自系統外部也可以來自機器內部甚至處理機本身。中斷可以是硬件引起的也可以是軟件引起的。把各種各樣的中斷源分類、分級組織好是設計中斷系統時首先要做好的一件事情。1.中斷源的種類由外圍設備引起的中斷由處理機產生的中斷由存儲器產生的中斷由控制器產生的中斷由總線產生的中斷實時過程控制產生的中斷實時鐘的定時中斷多處理機系統中從其他處理機發送來的中斷程序調試過程中事先設置的斷點硬件故障中斷電源故障中斷2.中斷源的分類組織為了在響應中斷后處理機能夠盡快找到中斷入口必須對這些中斷源進行分類。通常根據中斷事件的緊迫程度、中斷源工作速度的高低、中斷源的性質等進行分類。對每一類中斷源分配一個硬件的中斷入口在進入這個入口之后再通過軟件找到具體的中斷源。IBM公司的機器通常把中斷源分成6類重新啟動中斷機器檢驗出錯中斷。當硬件或軟件故障時產生。程序性錯誤引起的中斷訪問管理程序錯誤外部事件中斷輸入輸出中斷3.中斷優先級中斷源的中斷請求一般是隨機的在中斷源比較多的情況下很可能同時發生多個中斷請求。CPU必須安排一個響應和處理中斷的優先順序。中斷優先級由下列因素決定1.中斷源的急迫性2.設備的工作速度3.數據恢復的難易程度4.要求處理機提供的服務量中斷服務順序和中斷優先級不是一個概念而且前者時基于軟件實現的后者是基于硬件實現的。中斷系統的軟硬件功能分配從中斷源發出的中斷服務請求到這個中斷服務請求被處理機響應并全部處理完成其過程是相當復雜的。其中有些功能必須用硬件來實現有的功能必須用軟件來實現而中間的大部分功能既可以用硬件實現也可以用軟件實現。因此在設計一臺計算機的中斷系統時如何恰當地分配中斷系統的軟件與硬件功能是設計一個好的中斷系統最關鍵的一個問題。中斷系統中軟件和硬件的功能分配主要考慮2個因素1.中斷響應時間2.靈活性一般情況下用硬件實現速度快但靈活性差。用軟件實現正好相反靈活性好但速度低。中斷處理過程第一次CPU中斷是為了保護現場第二次是為了恢復現場中斷響應時間從一個中斷源向處理機發出中斷服務請求開始到處理機實際開始執行這個中斷源的中斷服務程序為止這一段時間稱為中斷響應時間。影響中斷響應時間的因素主要有四個1.最長指令執行時間2.在一條指令執行完成后處理其他更緊急的任務所用時間3.從第一次“關CPU中斷”到第一次“開CPU中斷”所經歷的時間4.多個中斷源同時請求中斷服務時通過軟件找到相關中斷源的中斷服務程序入口所經歷的時間中斷現場的保存和恢復中斷現場的保存和恢復分別是中斷處理機過程開始和結束時必須執行的步驟。現場信息可分為三類第一類主要指程序計數器PC中的內容它必須由硬件來完成保存。第二類是指記錄當前程序狀態的有關信息包括處理機狀態字、堆棧指針、基址寄存器、中斷屏蔽碼等。第三類是指在中斷服務程序中將要被破壞的通用寄存器中內容。對于軟件現場大多數機器都采用軟件來保存和恢復即在中斷服務程序的開始保存在中斷服務程序中將要用到的那些通用寄存器中的內容在中斷服務程序結束前恢復那些通用寄存器中的內容。中斷屏蔽設置中斷屏蔽由如下三個用處在中斷優先級已經由硬件確定了的情況下改變中斷源的中斷服務順序。決定設備是否采用中斷方式工作。前面介紹了外圍設備由三種基本的輸入輸出方式可以讓某些外圍設備不采用中斷方式工作而采用DMA方式工作在多處理機系統中可以通過中斷屏蔽把對外圍設備的輸入輸出服務工作分配到各個處理機中。通道處理機把外圍設備的管理工作從CPU中分離出來普遍采用通道處理機技術。通道的作用和功能如果僅僅采用前面說的程序控制、中斷和DMA這三種基本的輸入輸出方式來管理外圍設備會引起如下兩個問題1.所有外圍設備的輸入輸出工作全部都要由CPU來承擔CPU的輸入輸出負擔都很重不能專心于用戶程序的計算。低速外圍設備每傳送一個字符都要由CPU通過執行一段程序來完成而告訴外圍設備雖然使用DMA方式減少了CPU的干預但初始化如DMA等工作仍然需要CPU用程序來完成。2.大型計算機系統中的外圍設備臺數雖然很多但是一般并不同時工作。采用DMA方式傳送數據一個問題硬件的利用率。為了使CPU擺脫繁重的輸入輸出負擔和共享輸入輸出接口在大型計算機系統中采用通道處理機是一種比較好的選擇。一般來說通道的功能有1.接受CPU發來的輸入輸出指令根據指令要求選擇一臺指定的外圍設備于通道相連接。2.執行CPU為通道組織的通道程序。3.給出外圍設備的有關地址。4.給出主存緩沖區的首地址。5.控制外圍設備與主存緩沖區之間數據交換的個數。6.指定傳送工作結束時要進行的操作。7.檢查外圍設備的工作狀態是正常或故障。8.在數據傳輸過程中完成必要的格式變換。以前這些工作都是CPU來做現在由通道來做這樣CPU就可以從輸入輸出中脫離出來。通道的工作過程3步1.在用戶程序中使用訪管指令進入管理程序由CPU通過管理程序組織一個通道程序并啟動通道。2.通道處理機執行CPU為它組織的通道程序完成指定的數據輸入輸出工作。3.通道程序結束后向CPU發中斷請求CPU響應這個中斷請求后第二次進入操作系統調用管理程序對輸入輸出中斷請求進行處理。這樣每完成一次輸入輸出工作CPU只需要兩次調用管理程序大大減少了對用戶程序的打擾。通道種類3種字節多路通道、選擇通道、數組多路通道。字節多路通道慢無法為高速設備服務主要為多臺低速或中速的外圍設備服務。通常采用分時方式工作。傳輸一個字節。選擇通道快、一旦占了就要做完、別的事都要等通道利用率低高速外圍設備必須設置專門的通道在一段時間內單獨為一臺外圍設備服務。一旦選中某一設備通道就進入“忙”狀態直到該設備的數據傳輸工作全部結束為止。數組多路通道不會一直占著會交叉著傳把上面的字節多路通道和選擇通道的特性結合起來就成為了數組多路通道。從磁盤存儲器讀出一個文件的過程為例分為三步1.找定位2.找扇區3.讀出數據像選擇通道那樣一個高速通道始終職位一臺高速外圍設備服務并沒有能夠充分發揮高速通道的數據傳輸潛力數組多路通道正是為了解決這一問題而提出來的。通道中斷數據傳輸過程字節多路通道選擇通道數組多路通道通道的流量控制輸入輸出處理機能夠獨立承擔輸入輸出工作的專用處理機所以輸入輸出處理機也可以存和執行指令有CPU的功能相當于小型CPU輸入輸出處理機作用如果仍采用通道處理機就會存在如下問題1.每調用一次輸入輸出的前處理和后處理仍然要CPU來完成需要兩次用中斷方式中斷CPU的現行程序。2.外圍設備或通道處理機出現異常時通道處理機本身不能處理要通過中斷方式請求CPU來處理。3.對所傳送數據的格式轉換、碼制轉換、數據塊整體的正確性檢驗等工作仍然要CPU來實現。4.文件的管理、設備的管理等操作系統上的工作通道處理機本身無能為力需要CPU來實現。而輸入輸出處理機除了能夠完成通道處理機的全部功能之外還具有以下功能1.碼制轉換2.數據校驗和校正3.故障處理4.文件管理5.診斷和顯示系統狀態6.處理人機對話7.連接網絡或遠程終端除了以上工作輸入輸出處理機還可以根據需要完成分配給它的其他任務如數據庫和知識庫的管理工作等。輸入輸出處理機除了具有數據的輸入輸出功能之外還具有運算功能和程序控制等功能。不僅能夠執行輸入輸出指令還能夠執行算術邏輯指令和程序控制指令就像一個一般的處理機那樣。總之輸入輸出處理機通常是一臺獨立的處理機具有一定的運算功能可以承擔一般外圍處理機的輸入輸出、控制操作和運算處理等任務。另外由于輸入輸出處理機具有自己的處理器因此不必通過主存就能完成與外圍設備的數據交換提高了計算機系統效率。輸入輸出處理機種類根據是否共享主存儲器可以把輸入輸出處理機分成兩類共享主存儲器的輸入輸出處理機、不共享主存儲器的輸入輸出處理機。根據運算部件和指令控制部件是否為各個輸入輸出處理機共享也可以把輸入輸出處理機分為兩類合用同一個運算部件和指令控制部件的輸入輸出處理機造價低但控制相對復雜、獨立運算部件和指令控制部件的輸入輸出處理機采用獨立運算部件和指令控制部件的處理機已經成為主流獨立性強輸入輸出處理機的結構有多種組織方式1.有些計算機系統有多個輸入輸出處理機而且從功能上進行分工。每個處理機有自己專門干的活。2.在許多并行計算機和超級計算機系統中以輸入輸出處理機作為主處理機。3.有的計算機系統中用一臺與中央處理機相同型號的處理機作為輸入輸出處理機相當于有兩個CPU輸入輸出性能特別高4.很多計算機系統采用連接的微處理器來專門承擔輸入輸出任務。輸入輸出處理機特點沒畫啊沒畫家人們。第五章 標量處理機只有標量數據表示和標量指令系統的處理機成為標量處理機。提高指令執行速度的三種途徑1.提高處理機的工作主頻2.采用更好的算法和設計更好的功能部件3.多種指令并行執行稱為指令級并行技術。這是目前和將來提高處理機指令執行速度的一條主要路徑。其中又包括三種方法1.流水線技術、2.多操作部件處理機或超標量處理機、3.超長指令字技術先行重疊技術1.指令的重疊執行方式總之順序執行方式T3nt一次重疊執行方式T(12n)t二次重疊執行方式T(2n)t2.先行控制方式的原理和結構采用二次重疊執行方式要使指令能夠正確地重疊執行。第一為了實現取指令、分析指令和執行指令同時進行需要有獨立的取指令部件、指令分析部件和指令執行部件。第二要解決訪問主存儲器的沖突問題。1.主存分兩塊指存和數存2.指令和數據仍放在一個主存儲器里低位交叉存取一個周期可訪問多個存儲單元3.根本解決方法還是先行控制技術該技術的關鍵是緩沖技術和預處理技術流水線處理機從兩個方面來開發處理機內部的并行性一個是空間并行性一個處理機內設置多個獨立的操作部件這類處理機也叫多操作部件處理機和超標量處理機一個是時間并行性分時使用同一部件的不同部分就是采用流水線技術。流水線工作原理指令的執行過程可以采用流水線稱為指令流水線。運算器中的操作部件也可以采用流水線稱為操作部件流水線。時空圖流水線的特點1.流水線中處理的必須是連續任務只有連續不斷的提供同類任務才能充分發揮流水線的效率。2.在流水線的每一個功能部件的后面都要有一個緩沖寄存器流水寄存器。3.流水線中各段的時間應盡量相等否則將引起“堵塞”、“斷流”等。4.流水線需要有“裝入時間”和“排空時間”。流水線的分類1.按照流水線的各個功能段之間是否有反饋信號可以把流水線分為線性流水線和非流水線兩類。線性流水線每一個功能段都流過一次而且僅僅流過一次。非線性流水線除了有串行之外還有反饋回路。2.按照流水線使用的不同級別可以把流水線分為功能部件級、處理機級和處理機間級等多種類型。處理機流水線又稱為指令流水線。功能部件級流水線也成為運算操作流水線。指令執行部件中采用了流水線的處理機稱為流水線處理機或超流水線處理機而把指令執行部件中設置多個操作部件的處理機稱為多操作部件處理機或超標量處理機。3.一條流水線只能完成一種固定的功能這種流水線稱為單功能流水線。多功能流水線是指流水線的各段可以進行不同的連接。4.在多功能流水線中按照在同一時間內是否能夠連接成多種方式同時執行多種功能可以把多功能流水線分成靜態流水線和動態流水線兩種。按連接方式分所謂靜態流水線是指在同一段時間內多功能流水線中的各個功能段只能按照一種固定的方式連接。動態流水線是指在同一段時間內多功能流水線中的各段可以按照不同/多種方式連接同時執行多種功能。線性流水線性能分析對影響流水線性能的吞吐率、加速比和效率等三個主要指標進行分析。1.吞吐率最大吞吐率咋推出來的2.加速比如果不使用流水線順序執行所用時間為T0使用流水線執行所用時間為Tk則流水線的加速比一般這個說法指硬件為3.效率一般是軟件的叫法在時空圖上流水線的效率是n個任務占用的時空區與k個功能段總的時空區之比。流水線性能分析例題跳到前面看