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指定操作数类型的方式 * 通过操作码编码 * 通过在数据上附带类型标记 操作数类型 * 字符(单字节) * 半字(16位) * 字(32位) * 单精度浮点(一个字) * 双精度浮点(两个字) 绝大多数情况下,整数使用补码,浮点数使用IEEE754 |
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有些系统有字符串类型,操作很有限 有些计算机提供十进制数字格式,称作压缩十进制或者二进制编码十进制:用4个二进制位对一位十进制进行编码。数值字符串有时称为非压缩十进制。在压缩和非压缩编码之间转换成为压缩和解压缩。 媒体处理器和DSP特有操作数 * 顶点 * 像素 * 定点数 |
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* 算数与逻辑运算 * 数据传输 * 控制 * 系统 * 浮点 * 十进制 * 字符串 * 图像 |
基本原理
- 体系结构的发展 成本、价格
- 集成电路成本
- 加快经常性事件的速度 Amdahl定律: 总加速比 = 原来执行时间/新的执行时间 = 1/( (1-增强部分比例)+增强部分比例/增强部分加速比 ) CPU性能公式
- CPI:每条指令执行所需要的时钟周期数。CPI = 一个程序的CPU时钟周期数 / 该程序的指令数IC CPU时间 = 一个程序的CPU时钟周期数 * 时钟周期长度 = 指令数IC * 每指令时钟周期数CPI * 时钟周期的长度 MIPS = 指令数 / (指令的执行时间 * 1M) = 时钟频率 / (CPI * 1M)
- 程序经常会重复使用它最近使用过的指令和数据。经验规律指出程序有90%的执行时间执行的是其10%的代码。
指令集原理
- 指令集系统结构分类
- 堆栈系统结构 累加器系统结构 通用寄存器系统结构
- 寄存器-寄存器结构:简单、定长的指令编码,简单的代码生成模式,每条指令运行所需的时钟周期相近。一个程序的指令数量比可以直接访问存储器的系统结构多;指令多、指令密度低使程序变大 寄存器-存储器结构:数据不需要专门的载入指令就可以直接访问;指令格式更易于程序员编码;代码密度高。操作数位置不同使每条指令的执行时钟周期不同;同一条指令内对内存地址和寄存器编码,限制了寄存器的数量;源操作数在二元操作中被破坏,操作数不是等价的。 存储器存储器结构:最紧凑;不浪费寄存器来做临时交换空间。指令长短各不相同;每条指令的操作各不相同;内存访问带来存储器瓶颈。
- 字节顺序
Little Endian:二进制地址形如"x...x00",位于32位字中最低位置的字节。
Big Endian:二进制地址形式如"x...x00",位于32字中的最高位置的字节。
- 寄存器寻址
- 立即数寻址
- 位移量寻址
- 寄存器间接寻址
- 间接寻址
- 直接寻址
- 存储器间接寻址
- 自动递增寻址
- 自动递减寻址
- 比例寻址
- 循环递增(递减)寻址
- 位反转寻址
- 指定操作数类型的方式
- 通过操作码编码
- 通过在数据上附带类型标记
- 字符(单字节)
- 半字(16位)
- 字(32位)
- 单精度浮点(一个字)
- 双精度浮点(两个字)
- 绝大多数情况下,整数使用补码,浮点数使用IEEE754 有些系统有字符串类型,操作很有限 有些计算机提供十进制数字格式,称作压缩十进制或者二进制编码十进制:用4个二进制位对一位十进制进行编码。数值字符串有时称为非压缩十进制。在压缩和非压缩编码之间转换成为压缩和解压缩。
- 顶点
- 像素
- 定点数
- 算数与逻辑运算
- 数据传输
- 控制
- 系统
- 浮点
- 十进制
- 字符串
- 图像
- 堆栈系统结构 累加器系统结构 通用寄存器系统结构
指令级并行
- 反相关(Antidependence):由名字重复使用造成的相关,它与先读后写(WAR)冲突对应。
- 记分板调度
- 寄存器重命名
- Tomasulo调度
软件方法
- 循环展开
- 软件流水
- 路径调度
- 超级块调度
存储器层次结构设计
- 降低cache缺失率
- 增加块大小 增加cache容量 增加相联度 路预测和伪相联cache 编译优化
多处理器和线程级并行
存储系统
互联网络和集群
- 集群
- 缺点 优势
- 可靠性和可扩展性
- 缺点 优势
参考资料
- John Hennessy, David Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach (3rd Edition)