計算機組成與體系結構(1)

- 進制的轉換
- 數據表示中的編碼問題
- 數據的表述-浮點數運算
- 計算機結構
- Flynn分類法簡介
- CISC 和 RISC
- 流水線

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- 進制的轉換

R進制轉十進制使用按權展開法
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-數據表示中的編碼問題

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如:
X=-101011 , [X]原=1010_1011,[X]反=1101_0100,
[X]補= 1101_0101,[X]移=0101_0100,
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數值取值範圍
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- 數據的表述-浮點數運算

浮點數表示=
N = M*R的e次方
其中M稱爲尾數,e是指數,R爲基數。
對階→尾數計算→結果格式化

浮點數
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-計算機結構
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主存儲器:內存
運算器和控制器構成是經常性考點
運算器:計算機中執行各種算數和邏輯運算操作的部件。基本操作包括加、減、乘、除四則運算,與、或、非、異或等邏輯操作,以及移位、比較和傳送等操作,亦稱算數邏輯部件(ALU)
控制器:控制部件相關運作

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- Flynn分類法簡介

依據指令流和數據流分類
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- CISC 和 RISC

CISC(Complex Instruction Set Computer)複雜指令計算機
RISC(Reduced Instruction Set Computer)精簡指令集計算機
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- 流水線

流水線是指在程序執行時多條指令重疊進行操作的一種準並行處理實現技術。各種部件同時處理是針對不同指令而言的,它們可同時爲多條指令的不同部分進行工作,以提高各部件的利用率和指令的平均執行速度。
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(不必等到第一個操作執行完畢再執行下一個操作)
流水線應用無處不在

計算問題:
a、流水線計算
流水線週期爲執行時間最長的一段,例如:
指令流水線把一條指令分爲取指、分析和執行三部分,且三部分的時間分別是取指2ns,分析2ns,執行1ns。
(1)那麼,流水線週期是多少?
這裏可以看做是 三部分哪個部分執行時間最長,那麼哪個部分就是流水線的執行週期。
(2)100條指令全部執行完畢需要得時間是多少?
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也就是說,如果指令爲100條,那麼理論公式的流水線計算結果應爲:
5+(100-1)2=203
但理論公式計算結果是:
3
2+99*2=204

b、吞吐率計算

流水線的吞吐率(though put rate,TP)是指在單位時間內流水線鎖完成的任務數量或輸出的結果數量。計算流水線吞吐率的最基本的公式如下:
TP = 指令條數/流水線執行時間
流水線最大吞吐率
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100/203ns = 100指令的TP

c、流水線加速比計算
完成同樣一批任務,不使用流水線所用的時間與使用流水線所用的時間之比成爲流水線的加速比。公式如下;
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上面
(2+2+1)*100=500
下面
5+(100-1)*2=203
s = 500/203=2.4631

d、計算流水線的效率
流水線的效率是指流水線的設備利用率。在時空圖上,流水線的效率定義爲n個任務佔用的時空區域k個流水段總的時空區之比。
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(△t+△t+△t+3△t)4 = 24△t
15△t
4=60△t
24△t / 60△t = 40%

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