高级计算机系统结构期末复习题答案PPT优秀资料.ppt

【高级计算机系统结构期末复习题答案】\n\n在计算机系统结构中，高速缓存（Cache）是提高系统性能的关键组件。"回写"（Write-Back）策略和"直写"（Write-Through）策略是两种常见的缓存写策略。回写策略允许数据在满足特定条件时才写回主内存，从而减少对内存的频繁访问，提高效率。而直写策略则要求每次数据更新都立即写入内存，确保缓存与内存数据的一致性，但会增加写内存的次数。\n\nPentium IV处理器引入了静态分支预测作为动态分支预测的补充，目的是提高循环分支预测的准确性。分支预测技术能提前预测程序执行路径，减少因分支延迟带来的性能损失。静态分支预测主要针对循环结构，而动态分支预测则更注重于处理复杂条件分支。\n\n处理器的制造工艺对于性能和功耗有着直接影响。SOI（Silicon-on-Insulator）工艺能减少静态电容，降低漏电流，进而降低功耗，并提升速度。此外，铜导线替代铝作为互连材料，可进一步降低功耗，同时与SOI技术结合使用效果更佳。\n\n流水线技术是现代处理器提高执行效率的重要手段。一个有m个阶段的流水线，当执行n条指令时，总的排空时间是(m+n-1)Δt。空间局部性和时间局部性是程序执行中出现的两种局部性原理，前者表现为程序顺序执行，后者体现在循环结构中。\n\n在存储管理方面，访问位A在段描述子和页表项中用于记录对应段或页是否被访问过，有助于优化页面替换策略。前端总线（Front-Side Bus, FSB）是CPU与内存和I/O设备之间传输数据的通道。Pentium D的双核之间的通信也是通过FSB进行的。\n\n哈弗结构（Harvard Architecture）将指令和数据存储在不同的物理空间，以实现指令和数据的并行读取，提高系统执行速度。任务门和TSS（Task State Segment）描述子用于在不同特权级间的任务切换，TSS包含了处理器状态信息，确保切换的安全性。\n\nIntel 80x86处理器中的TS（Task Switched）标志用于保护协处理器的状态，防止在任务切换时发生错误。半同步时序配合方式在系统总线通信中常见，兼顾了同步和异步的优点。\n\n控制位如CD和PCD可以设置为不可填充高速缓存，防止缓存数据过时，保持数据一致性。执行跟踪缓存（Execution Trace Cache）在Pentium IV中存储已解码的微指令，提高循环程序执行效率。\n\nCore2处理器的L2高速缓存共享减少了共享总线带来的延迟。Pentium处理器通过硬布线控制和微程序控制相结合的方式处理指令，简单指令快速执行，复杂指令则通过微程序控制进行精细处理。\n\n在指令流水线中，各个阶段的时间长度影响着整体性能。例如，给定的例子中，通过公式计算可以得出第3步的时间长度，吞吐率和效率。\n\n这些知识点涵盖了计算机系统结构中的多个关键领域，包括缓存策略、处理器设计、分支预测、流水线技术、存储管理和多核通信，这些都是理解和分析高级计算机系统性能的基础。