体系结构（终极mini版） (2) 副本.docx
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2021-11-24
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1. Flynn’s 分类
答：Flynn 按照指令流并行和数据流并行，
将计算机分为 4 类。
(1)单指令流单数据流（SISD）：单处理
器，标准顺序计算机，可以利用指令级
并行（ILP）。
(2)单指令流多数据流（SIMD）：同一个
指令有多个使用不同数据流的处理器执
行。每个处理器都有自己的数据存储器，
但只有一个指令存储器和控制处理器，
用于提取和分派指令。SIMD 计算机开发
数据级并行，对多个数据项并行执行相
同操作。数据级并行（DLP）包含向量
体系结构、标准指令集的多媒体扩展和
GPU。
(3)多指令流单数据流（MISD）：没有这
种类型的商用处理器，但包含该类型使
这类分类方法更完整。
(4)多指令流多数据流（MIMD）：每个
处理器都提取自己的指令，对自己的指
令进行 操作， 它针对 的是任 务级并 行 。
MIMD 比 SIMD 更灵活，适用性更强。
紧耦合 MIMD 体系结构，由于多个互相
协作的线程是并行操作的，所以开发了
线程级并行。松耦合 MIMD 体系结构开
发请求级并行，可以并行执行许多独立
任务，几乎不需要通信和同步。
2. 计算机性能测量
(1)响应时间：一个事件从启动到完成的
时间。
(2)吞吐量：在给定时间内完成的总工作
量。
(3)加速比：给定任务在 X 的响应时间和
在 Y 上响应时间的比例。
(4)执行时间（响应时间）：完成一项任
务的延迟，包括磁盘访问、存储器访问、
输入、输出活动、操作系统开销等所有
相关时间；CPU 时间：处理器执行计算
的时间。
(5)基准测试
(a)程序内核：实际应用中短小、关
键的部分。
(b)玩具程序：为了完成编程入门作
业而编写的小程序，通常不超过 100 行，
如快排。
(c)合成基准测试程序：为了匹配实
际应用程序的特征和行为而编写的虚拟
程序，比如 Dhrystone。
(6)基准测试套件：基准测试应用程
序的组合，这些套件的准确程序不会超
过组成该套件的各个基准测试，但任何
一个基准测试的弱点都会因为其他基准
测试的存在而减少。描述两个计算机的
相对性能。
(6)CPU 时间=CPI×时钟周期×指令数
3. RISC vs CISC
RISC CISC
指令系统简单，
复杂指令有简单
指令组合实现
指令系统复杂、
指令数目多
指令长度固定、
指令格式种类
少、寻址方式种
类少
指令长度不固
定、指令格式种
类多、寻址方式
种类多
只有取数、存数 可以访问存储器
指令访问存储
器，其他指令的
操作都在寄存器
内完成
的指令不受限制
流水线技术、大
部分指令在一个
时钟周期内完
成。
各种指令执行时
间相差很大，多
数指令需要多个
时钟周期
控制器采用组合
逻辑、不用微程
序控制
控制器大多数采
用微程序控制
采用优化的编译
程序
难以用优化编译
生成高效的目标
程序代码
4. cache 计算题
5. 6 种 cache 的基本优化方法
(1)更大的块：强制缺失减少，容量和冲
突缺失增加、缺少代价增加。
(2)更大的 cache 容量：缺失率减少、命中
时间、功耗增加。
(3)更高的相联度：冲突缺失减少、命中
时间、功耗增加。
(4)更多级 cache：内存访问时间减少。
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