计算机组织与结构：性能设计 william stalling 东南大学信息学院 期末试卷 15-16-2.pdf

根据提供的文件内容，我们可以提炼出关于“计算机组织与结构：性能设计”相关的核心知识点，主要涉及内存层次结构、指令寻址方式、流水线技术以及并行处理等多个方面。 1. 两层存储器性能优势的原理：局部性原理 局部性原理是计算机内存层次结构性能优势的基础，它表明内存引用倾向于聚集成簇。在较长时间段内，使用的簇会发生变化，但在较短的时间段内，处理器主要是在处理固定的内存引用簇。局部性原理分为时间局部性和空间局部性，时间局部性指的是在一段时间内重复访问相同的数据项，而空间局部性则是指在相近时间内访问相邻的内存地址。 2. 指令寻址方式 在不同的指令集中，采用多种寻址方式，包括直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址以及各种形式的位移寻址。直接寻址方式中操作数的地址直接给出；间接寻址方式则是操作数地址存储在寄存器或内存中；寄存器寻址方式使用寄存器内的数据作为操作数；寄存器间接寻址方式类似于间接寻址，但通常需要加上偏移量；位移寻址结合了寄存器和直接寻址，将寄存器值加到地址值上以产生操作数地址。 3. 改进流水线性能的方法 流水线性能可以通过自动重新排列程序中的指令来提升，使得分支指令能够在实际上所需的稍后时间发生。这是通过延迟分支技术实现的，通过安排后续非依赖性指令填充延迟槽来减少分支延迟的影响。 4. 超标量处理器 超标量处理器利用了指令级并行性，指的是程序中的指令能够在多大程度上并行执行。并行性是超标量处理器性能提升的关键，它通过多条指令的并行处理来提高执行效率。 5. 填空题中的计算机组织细节 如计算机具有缓存和主内存时，如果被引用的字在缓存中，则访问时间需要20纳秒，否则需要额外的60纳秒来将包含该字的数据块加载到缓存中。如果缓存命中率为0.9，则访问被引用字的平均时间是26纳秒。在直接映射缓存中，根据地址计算出缓存行号，例如对于16K行每行16字节的缓存，以及16MB字节可寻址主内存，地址ABCDEF将会加载到缓存的特定行号中。内存中字的地址字段指的是内存单元中的地址，被称为直接地址寻址。 6. 后缀表达式 给定的后缀表达式“A-B-C×D”对应的后缀表达式（也称为逆波兰表示法）是“A BC D × -”。 7. 处理器的指令级并行性度量 指令级并行性的度量是指处理器能够利用并行性的能力，它是衡量超标量处理器性能的关键指标。 8. 指令解码和执行阶段的分离 为了允许指令的乱序执行，需要解耦流水线的解码和执行阶段。这是通过缓冲区实现的，它允许将解码后的指令按执行部件的可用性进行重排，提高指令的执行效率。 这些知识点涵盖了计算机组成与结构课程中的核心内容，是理解和掌握计算机硬件性能设计的基础。通过这些概念的学习，可以更好地理解现代计算机系统是如何通过各种技术手段来提升性能的。