计算机组成原理考研习题之名词解释.docx
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计算机组成原理考研习题之名词解释
计算机组成原理考研习题之名词解释
计算机实现:
计算机实现是指计算机组成的物理实现。
它包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,信号传输,器件、模块、插件、底板的划分与连接,专用器件的设计,电源、冷
却、装配等技术以及有关的制造技术和工艺等。
存储系统:
两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个系统,这就是存储系统。
虚拟存储系统:
虚拟存储系统由主存储器与联机的外部存储器(目前一般为磁盘存储器)构成,采用硬件与软件相结合的方法来调度。
操作系统用内存管理部件管理虚存,实现用户透明的进程空间的32
位寻址。
并行存储器:
并行存储器设置多个独立的存储器,让它们并行工作,在一个存储周期内可以访问到多个数据,提高存储器速度。
Cache系统:
Cache系统是在主板或者CPU内部集成一块高速访问存储器,并与内存联合构成缓存系统。
缓存系统的原理类似于虚拟存储系统。
一般处理机中有一级Cache,它与主存储器构成一个两级的
存储系统。
一些高性能处理机都采用两级Cache。
其中,第一级在CPU内部,它的容量比较小,速度很快。
第二级在主扳上,容量比较大,速度比第一级要低5倍左右。
也有部分高性能处理机采
用三级Cache。
前两级都在CPU内部。
全相联映象方式:
全相联映象方式是指主存中的任意一块可以映象到Cache中的任意一块的位置上。
直接映象方式:
直接映象方式是一种最简单,也是最直接的方法。
主存中一块只能映象到Cache的一个特定的块中。
组相联映象:
组相联方式是目前在Cache中用得比较多的一种地址映象和变换方式。
它是介于全相联和直接相联之间的一种折中方案。
组相联映象方式也采用与全相联映象方式和直接相联映象方式相同
的方法把主存和Cache按同样大小划分成块。
所不同的地方是:
组相联映象方式还把主存和Cache按同样大小划分成组,每一组都由相同的块数组成。
段相联映象:
把组相联映象方式中的映象关系改变一下,组内改用直接映象方式,而组间改用全相联映象方式,这样就成了段相联映象方式。
实际上,段相联映象方式是组相联映象方式的一种变形,
也是介于全相联与直接相联两种映象方式之间的一种折中方案。
Cache一致性:
在正常情况下,Cache中所存放的内容应该是主存的部分副本。
然而,由于以下两个原因,在一段时间内,主存某单元中的内容与Cache对应单元中的内容可能是不相同。
这样,就造成
Cache与主存的不一致问题。
输入输出设备:
把人以外的各种设备称为输入输出设备,或者称为外围设备。
程序控制输入输出方式:
程序控制输入输出方式是在程序中由用户编写指令控制输入输出。
一切的输入输出动作都是程序控制进行的。
中断输入输出方式:
当出现来自系统外部,机器内部,甚至处理机本身的任何例外的,或者虽然是事先安排的,但出现在现行程序的什么地方是事先不知道的事件时,CPU暂停执行现行程序,转去处理这些事
件,等处理完成后再返回来继续执行原先的程序。
DMA方式:
DMA(DirectMemoryAccess)方式又称为直接存储器服务方式,它利用DMA控制器在主存和高速外围设备(磁盘等)之间直接进行数据交换,以提高设备访问速度。
中断源:
引起中断的各种事件称为中断源。
中断优先级:
在中断源比较多的情况下,很可能同时发生多个中断请求,CPU必须安排一个响应和处理中断的优先顺序。
这个顺序就是中断优先级。
中断响应时间:
从一个中断源向处理机发出中断服务请求开始,到处理机实际开始为这个中断源服务时为止,这一段时间称为中断响应时间。
中断向量法:
中断向量法在主存储器的固定区域中开辟出一个专用的中断向量区,同样用硬件排队器和编码器在所有请求中断服务的中断源中,产生具有最高优先级的中断源编号,然后隐含执行两条
识别中断源的指令,直接通过硬件转向这个中断源的中断服务程序入口。
中断现场的保存和恢复:
中断发生时,需要打断当前正在执行的程序而转去执行中断处理例程。
此时需要保存当前程序的一些工作现场以便在中断例程完成后恢复执行。
对当前程序状态的保存恢复就是中断现场
的保存和恢复。
中断屏蔽:
程序运行中有时需要故意的忽略某些中断,此时可以通过中断屏蔽位使得系统对于对应的中断源不予响应。
标量处理机:
只有标量数据表示和标量指令系统的处理机称为标量处理机。
标量处理机是一种最通用,也是使用最普遍的处理机。
指令级并行:
处理机中同时多条指令并行执行。
先行控制:
先行控制技术的关键是缓冲技术和预处理技术,以及这两者的相结合。
通过对指令流和数据流的预处理和缓冲,能够尽量使指令分析器和指令执行部件独立地工作,并始终处于忙碌状态
。
缓冲技术:
缓冲技术是在工作速度不固定的两个功能部件之间设置缓冲栈,用以平滑它们的工作。
预处理技术:
预处理技术是把进入运算器的指令都处理成寄存器-寄存器型(RR型)指令,它与缓冲技术相结合,为进入运算器的指令准备好所需要的全部操作数。
先行指令缓冲栈:
先行指令缓冲栈作为主存储器与指令分析器之间的一个缓冲部件,用它来平滑主存储器和指令分析器的工作。
先行读数栈:
先行读数栈由一组缓冲寄存器和有关控制逻辑等组成。
每一个缓冲寄存器由三部分组成,包括先行地址缓冲寄存器、先行操作数缓冲寄存器和标志字段。
也可以把先行地址缓冲寄存器和
先行操作数缓冲寄存器合用一个寄存器。
后行写数栈:
后行写数栈也由一组缓冲寄存器和有关控制逻辑等组成。
每一个缓冲寄存器必须包括后行地址缓冲寄存器、后行数据缓冲寄存器和标志字段三个部分,其中的后行地址缓冲寄存器和后行
数据缓冲寄存器不能象先行读数栈那样合用。
先行操作栈:
指令分析器对已经存放在先行指令缓冲栈里的指令进行预处理,把处理机后的指令送入先行操作栈。
缓冲深度:
"缓冲深度"问题是指各个缓冲栈中的的缓冲寄存器个数设置数目。
相关:
所谓相关(Correlation)是指在一段程序的相近指令之间有某种关系,这种关系可能影响指令的重叠执行。
通常,把相关分为两大类,一类是数据相关,另一类是控制相关。
数据相关:
数据相关是由数据导致的相关现象。
在采用先行控制方式的处理机中,数据相关主要有四种。
分别是指令相关、主存操作数相关、通用寄存器相关和变址相关等。
指令相关:
第k+1条指令本身的内容取决于第k条指令的执行结果,则产生指令相关。
主存操作数相关:
当指令的执行结果写到主存储器,所读取的操作数也取自主存储器时,就有可能发生主存操作数相关。
通用寄存器数据相关:
在寄存器-寄存器型(RR型)指令和寄存器-存储器型(RS型)指令的执行过程中可能发生通用寄存器数据相关。
这种相关叫做通用寄存器数据相关。
变址相关:
在许多处理机中,把通用寄存器兼作变址寄存器使用。
由于在变址寄存器中存放的变址量在指令分析过程中要用它来计算有效地址;因此,与通用寄存器的数据相关类似,有可能发生变
址相关。
控制相关:
控制相关是指因为程序的执行方向可能被改变而引起的相关。
可能改变程序执行方向的指令通常有无条件转移、一般条件转移、复合条件转移、子程序调用、中断等。
转移预测技术:
转移预测是在发生转移指令时为了不影响流水线的性能而采用的一种对指令转移的预测策略。
流水线处理机:
流水线方式是把一个重复的过程分解为若干个子过程,每个子过程可以与其它子过程同时进行。
由于这种工作方式与工厂中的生产流水线十分相似,因此,把它称为流水线工作方式。
采
用这种机制工作的处理机称为流水线处理机。
时空图:
描述流水线的工作,最常用的方法是采用"时空图"。
在时空图中,横坐标表示时间,也就是输入到流水线中的各个任务在流水线中所经过的时间。
当流水线中的各个功能部件的执行时间
都相等时,横坐标被分割成相等长度的时间段。
纵坐标表示空间,即流水线的各个子过程。
在时空图中,流水线的一个子过程通常称为"功能段"。
线性流水线:
线性流水线(LinearPipelining)是将流水线的各段逐个串接起来。
输入数据从流水线的一端进入,从另一端输出。
数据在流水线中的各个功能段流过时,每一个功能段都流过一次,而
且仅仅流过一次。
非线性流水线:
非线性流水线(NonlinearPipelining)。
在流水线的各个功能段之间除了有串行的连接之外,还有反馈回路。
流水线的级别:
按照流水线使用的不同级别,可以把流水线分为功能部件级、处理机级和处理机间级等多种类型。
处理机级流水线:
处理机级流水线又称为指令流水线(InstructionPipelining)。
它把一条指令的执行过程分解为多个子过程,每个子过程在一个独立的功能部件中完成。
功能部件级流水线:
对于一些比较复杂的运算操作部件,如浮点加法器、浮点乘法器等,一般要采用多级流水线来实现。
后行写数栈和先行读数栈也可以采用多级流水线来实现。
这种流水线被称为部件级流
水线,或功能部件级流水线。
功能部件级流水线也称为运算操作流水线(ArithmeticPipelining)。
处理机间流水线:
处理机间流水线又称为宏流水线(MacroPipelining)。
这种流水线由两个或两个以上处理机通过存储器串行连接起来,每个处理机对同一个数据流的不同部分分别进行处理。
前一个处
理机的输出结果存入存储器中,作为后一个处理机的输入,每个处理机完成整个任务中的一部分。
单功能流水线:
一条流水线只能完成一种固定的功能,这种流水线称为单功能流水线(UnifunctionPipelining)。
多功能流水线:
多功能流水线(MultifunctionPipelining)是指流水线的各段可以进行不同的连接。
在不同时间内,或在同一时间内,通过不同的连接方式实现不同的功能。
静态流水线:
所谓静态流水线(StaticPipelining)是指在同一段时间内,多功能流水线中的各个功能段只能按照一种固定的方式连接,实现一种固定的功能。
动态流水线:
动态流水线(DynamicPipelining)是指在同一段时间内,多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接,同时执行多种功能。
吞吐率:
流水线的吞吐率(TP:
ThoughPutrate)是指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量。
加速比:
完成一批任务,不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比称为流水线的加速比(Speedupratio)。
效率:
流水线的效率(Efficiency)是指流水线的设备利用率。
在时空图上,流水线的效率定义为n个任务占用的时空区与k个功能段总的时空区之比。
预约表:
预约表可以表示流水线各个功能段在各个时钟周期的忙闲情况。
预约表的横坐标表示流水线工作的时钟周期,纵坐标表示流水线的功能段,中间有"×"的表示该功能段在这一个时钟周期
处于工作状态,即在这个时钟周期有任务通过这个功能段,空白的地方表示该功能段在这个时钟周期不工作。
启动距离:
向一条非线性流水线的输入端连续输入两个任务之间的时间间隔称为非线性流水线的启动距离(InitiationInterval)或等待时间(Latency)。
启动距离通常用时钟周期数来表示,它
是一个正整数。
禁止启动距离:
引起非线性流水线功能段冲突的启动距离称为禁止启动距离。
启动循环:
这种使非线性流水线的任何一个功能段在任何一个时钟周期都不发生冲突的循环数列称为非线性流水线的启动循环。
恒定循环:
只有一个启动距离的启动循环又称为恒定循环。
禁止向量:
要正确地调度一条非线性流水线,首先要找出流水线的所有禁止启动距离。
把一条非线性流水线的所有禁止启动距离组合在一起就形成一个数列,通常把这个数列称为非线性流水线的禁
止向量。
平均启动距离:
把一个启动循环内的所有启动距离相加再除以这个启动循环内的启动距离个数就得到这个启动循环的平均启动距离。
冲突向量:
冲突向量用一个m位的二进制数表示,其中m是禁止向量中的最大值。
对于一张k列的预约表,有m≤k-1。
一般的禁止向量用C=(CmCm-1…C2C1)来表示。
如果i在禁止向量中,则Ci=1,
否则Ci=0。
其中,Cm一定为1,因为m必定在禁止向量中。
简单循环:
所谓简单循环是指在状态图中各种冲突向量只经过一次的启动循环。
基本块:
在每一部分内部没有分支操作指令,通常把这样的一个部分称为一个基本块(BasicBlock)。
局部相关:
在同一个基本块内部的相关称为局部相关(LocalCorrelation)。
全局相关:
在基本块之间的相关称为全局相关(GlobalCorrelation)。
顺序流动:
一串连续任务在流水线中是一个接一个地在各个功能段中间流过的。
从流水线的输出端看,任务流出流水线的顺序与输入端的任务流入顺序完全相同,这种控制方式称为顺序流动方式。
乱序流动:
为了充分发挥流水线的效率,在发生数据相关时,要允许没有数据相关的后续指令进入相关指令所占用的功能段线执行,并超越相关的指令继续往前流动,这种控制方式称为乱序流动方
式。
数据重定向:
"先读后写"数据相关一般发生在多功能流水线或有多条流水线的处理机中,在只有一个写功能段的单条流水线中一般不会发生"先读后写"数据相关。
在有多条流水线的超标量处理机中,
解"先读后写"数据相关的方法通常是设置一个缓冲寄存器,只要把发生相关的源存储单元中的内容复制到这个缓冲寄存器中,"先写后读"数据相关就可以避免。
动态转移预测技术:
动态转移预测技术是通过记录转移的历史信息对下一次的转移方向作出预测的手段。
它关键是要解决好两个问题,一是如何记录转移历史信息,另一个是如何根据所记录的转移历史信息
预测转移的方向。
向量处理机:
我们把这N个互相独立的数叫做"向量",对这样一组数的运算叫做"向量处理"。
向量处理机的基本思想是把两个向量的对应分量进行运算,产生一个结果向量。
向量循环和分段开采:
当向量的长度大于向量寄存器的长度时,必须把长向量分成长度固定的段。
处理长向量的程序结构称为向量循环。
这种技术也称为分段开采,一次处理一个向量段。
链接技术:
链接是当从一个流水线部件得到的结果直接送入另一个功能流水线的操作数寄存器时所发生的连接过程。
换句话说,中间结果不必送回存储器,而且甚至在向量操作完成以前就使用。
链
接允许当第一个结果一变成可用的操作数时就马上发出相继的操作。
向量递归:
在向量操作中,结果通常是不送回到作为源操作数使用的同一个向量寄存器中的。
有一类特殊的向量循环,其流水线功能部件的输出可能要回送到它的一个源向量寄存器。
换句话说,一
个向量寄存器用来同时存放源操作数和结果操作数。
半性能向量长度n1/2:
它是为达到一半R∞值所需的向量长度。
它是评价向量流水线建立时间对性能影响的参数。
它表示为建立流水线而导致的性能损失。
互连网络:
互连网络是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络,用来实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接。
互连函数:
为了反映不同互连网络的连接特性,每种互连网络可用一组互连函数来描述。
如果将互连网络的N个输入端和N个输出端分别用整数0,1,…,N-1来表示,则互连函数表示相互连接的输出
端号和输入端号之间的一一对应关系。
或者说,存在互连函数f,在它的作用下,输入i应与输出f(i)相连,0
网络规模:
网络中结点数称为网络规模,它表示该网络所能连接的部件多少。
结点度:
与结点相连接的边(即链路或通道)数称为结点度,用d表示。
在单向通道情况下,进入结点的通道数叫做入度,而从结点出来的通道数则称为出度。
结点度就是二者之和。
结点度反映了
结点所需要的I/O端口数,也即反映了结点的价格。
距离:
两结点之间相连的最少边数。
网络直径:
它是网络中任意两个结点之间距离的最大值。
它是说明网络通信性能的一个指标。
因此从通信的观点来看,网络直径应当尽可能地小。
等分宽度:
当某一网络被切成相等的两半时,沿切口的最小边数(通道)称为通道等分宽度,用b表示。
于是线等分宽度就是B=b×w,w为通道宽度(用位表示)。
因此,等分宽度是说明沿等分网络
最大通信带宽的一个参数。
网络的所有其它横截面都应限在等分宽度之内。
结点间的线长:
它是两个结点间的线的长度。
它会影响信号的时延、时钟扭斜和对功率的需要。
对称性:
假若从任何结点看拓扑结构都是一样的话,我们就称此网络为对称网络。
对称网络较易实现,编程也较容易。
频宽(Bandwidth):
它是指消息进入网络后,互连网络传输信息的最大速率。
它的单位是兆位/秒,而不用兆字节/秒。
传输时间(Transmissiontime):
消息通过网络的时间,它等于消息长度除以频宽。
"飞行"时间(Timeofflight):
消息的第一位信息到达接收方所花费的时间,它包括由于网络中转发或其它硬件所起的时延。
传输时延(Transportlatency):
它等于"飞行"时间和传输时间之和。
它是消息在互连网络上所花费的时间,但不包括消息进入网络和到达目的结点后从网络接口硬件取出数据所花费的时间。
发送方开销(Senderoverhead):
处理器把消息放到互连网络的时间,这里包括软件和硬件所花费的时间。
接收方开销(Receiveroverhead):
处理器把到达的消息从互连网络取出来的时间,这里包括软件和硬件所花的时间。
静态互连网络:
静态互连网络是指在各结点间有专用的连接通路,且在运行中不能改变的网络。
动态互连网络:
动态互连网络设置有源开关,因而可根据需要借助控制信号对连接通路加以重新组合,实现所要求的通信模式。
线路交换(circuitswitch):
在线路交换这种寻径方式下,在传递一个消息之前,先建立一条从源结点到目的结点的物理通路,然后再传递消息。
存储转发寻径:
存储转发寻径(storeandforward)在存储转发网络中包是信息流的基本单位。
每个结点有一个包缓冲区。
包从源结点经过一系列中间结点到达目的结点。
虚拟直通(virtualcutthrough):
目前有一些多计算机系统采用的是虚拟直通的寻径方式。
虚拟直通的寻径方式的思想是,为了减少时延,没有必要等到整个消息全部缓冲后再作路由选择,只要接收到用作寻径的消息头
部即可判断。
虫蚀寻径(wormhole):
新型的多计算机系统很多采用的是虫蚀寻径方式,把包进一步分成更小的片。
与结点相连的硬件寻径器中有片缓冲区。
消息从源结点传送到目的结点要经过一系列寻径器。
虚拟通道:
虚拟通道是两个结点间的逻辑链,它由源结点的片缓冲区、结点间的物理通道以及接收结点的片缓冲区组成。
单播(unicast):
对应于一对一的通信情况,即一个源结点发送消息到一个目的结点。
选播(multicast):
对应于一到多的通信情况,即一个源结点发送同一个消息到多个目的结点。
广播(broadcast):
对应于一到全体的通信情况,即一个源结点发送同一个消息到全部结点。
会议(conference):
对应于多到多的通信情况。
SIMD计算机:
SIMD计算机有时也称并行处理机。
因为它是以单一控制部件控制下的多个处理单元构成的阵列,所以有时也称为阵列处理机。
SIMD计算机主要使用于要求大量高速向量或矩阵运算的场合
。
分布式存储器结构:
分布式存储器结构的SIMD计算机包含重复设置的多个同样的处理单元PE,通过数据寻径网络以一定方式互相连接。
每个PE有各自的本地存储器LM。
在统一的阵列控制部件作用下,实现并
行操作。
程序和数据通过主机装入控制存储器。
由于通过控制部件的是单指令流,所以指令的执行顺序还是和单处理机一样,基本上是串行处理。
共享存储器结构:
共享存储器结构的SIMD计算机如图8.3所示。
这是一种集中设置存储器的方案。
共享的多体并行存储器SM通过对准网络与各处理单元PE相连。
存储模块的数目等于或略大于处理单元的数目
。
同时在存储模块之间合理分配数据,通过灵活、高速的对准网络,使存储器与处理单元之间的数据传送在大多数向量运算中都能以存储器的最高频率进行,而最少受存储冲突的影响。
阵列控制器:
阵列控制器CU实际上是一台小型控制计算机。
它除了对阵列的处理单元实行控制以外,还能利用本身的内部资源执行一整套指令,用以完成标量操作,在时间上与各PE的数组操作重叠起
来。
IlliavIV阵列处理机中
CU总线:
处理单元存储器PEM经过CU总线把指令和数据送往阵列控制器,以8个64位字为一信息块。
这里指令是指分布存放在阵列存储器中用户程序的指令;而数据可以是处理所需的公共数据,先
将它们送到CU,再利用CU的广播功能送到各处理单元。
公共数据总线CDB(CommonDataBus):
这是64位总线,用作向64个处理单元同时广播公共数据的通路。
例如,作为公共乘数的常数就不必在64个PEM中重复存放,可以由CU的某一个寄存器送往各处理单元;此外,指令的操作数
和地址部分也要经过CDB送来。
模式位线(modebitline):
每一个单元都可以经过模式位线把它的模式寄存器(moderegister)状态送到CU中来,送来的信息中也包括该处理单元的"活动"状态位。
只有那些处于"活动"状态的处理单元才执行单指令
流所规定的公共操作。
从64个处理单元送往CU的模式位在CU的累加寄存器中拼成一个模式字,以便在CU内部执行一定的测试指令,对这模式字进行测试,并根据测试结果控制要求的程序转移
动作。
指令控制线:
处理单元微操作控制信号和处理单元存储器地址、读/写控制信号都经过约200根指令控制线由CU送到阵列处理单元PE和存储器逻辑部件MLU中来。
IlliavIV阵列处理机}。
多处理机:
由若干台独立的处理机组成的系统。
共享存储多处理机:
采用共享存储的编程方式的多处理机。
分布存储多处理机:
采用message-passing方式编写程序的处理机。
SMP:
SMP称为共享存储型多处理机(SharedMemorymulptiProcessors),也称为对称型多处理机(SymmetryMultiProcessors)。
S2MP:
S2MP是一种共享存储的体系结构,和大规模的消息传递系统相比,它支持简单的编程模型,系统使用方便,是对SMP系统在支持更高扩展能力方面的发展。
MPP:
基于分布存储的大规模并行处理系统.
机群系统:
机群系统是利用高速通用网络将一组高性能工作站或高档PC机,按某种结构连接起来,并在并行程序设计以及可视化人机交互集成开发环境支持下,统一调度,协调处理,实现高效并行处理的系统。
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- 计算机 组成 原理 考研 习题 名词解释