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计算机体系结构
2024/4/11 19:58:39
计算机体系结构-摘要
历史起源 记忆：普林斯顿共享，哈佛分开（道生一，一生二）
简单RISC 标准五级流水
IFIDEXMEMWB
流水线相关、阻塞
数据相关：使用同一个寄存器引起的相关 前递技术（RAW）静态调度&…
第6章 性能分析相关的CPU特性
性能分析的终极目标是找到性能瓶颈，并定位到与之相关的代码段。
性能剖析可以快速让人了解应用程序热点。有时，性能剖析是开发者解决性能问题的唯一手段，尤其是针对较高层次性能问题。然而，即使解决了所有的主要性能问题…
第16章 指令级并行与超标量处理器
处理器体系结构的超标量实现是指常见指令--整数与浮点算术、加载存储和条件分支--可以同时启动，但独立执行。
16.1 概述
超标量方法的本质是能在不同的流水线中独立地并发地执行指令。
在传统的标量组织结构中，其并行性是通过允许许多指令在同一时间处…
【计算机组成原理】Yy-z02模型机的硬布线控制器设计
目录
一、Yy-z02模型机的系统结构
二、Yy-z02模型机的数据通路
三、Yy-z02模型机的指令执行 四、Yy-z02模型机的硬布线控制器 一、Yy-z02模型机的系统结构
指令系统的实现 <--- 构造它的硬件系统 硬件系统构造过程：
分析指令格式和各指令的功能确定部件连…
第4章 向量、SIMD和GPU体系结构中的数据级并行
4.1 引言
有多少应用程序拥有大量的数据级并行DLP？SIMD分类Flyn被提出后5年。答案不仅包括科学运算中的矩阵运算，还包括面向多媒体的图像和声音处理以及机器学习算法。
由于SIMD可以执行多个数据操作，能效比MIMD要高，使得SIMD对…
《SIMD instruction considered harmful》SIMD指令被认为是有害的
作者：大卫帕特森 (David Patterson) 和安德鲁沃特曼 (Andrew Waterman)，2017 年 9 月 18 日
原文链接：SIMD Instructions Considered Harmful | SIGARCH
在撰写 《RISC-V 手册》的过程中，我们将 RISC-V 向量代码与 SIMD 进行了比…
《计算机组成与设计》01. 计算机抽象及相关技术
文章目录计算机体系结构中的 8 个伟大思想面向摩尔定律的设计使用抽象简化设计加速经常性事件通过并行提高性能通过流水线提高性能存储层次通过冗余提高可靠性性能性能的度量时钟周期数和时钟周期长度与CPU时间的公式指令性能公式经典的 CPU 性能公式CPI 计算公式程序执行时间计…
第5章 HSA内存模型
5.1 引言
在共享内存环境中，独立的控制线程可以竞相修改单个位置。为程序以可预测的方式运行，程序员必须用同步来控制这些竞争。
“内存一致性模型”或“内存模型”定义了并行代理之间通信的基本规则。当这些规则含糊不清地定义或者更糟的是完全不存在…
附录A 指令集基本原理
1. 引言
本书主要关注指令集体系结构4个主题： 1. 提出对指令集进行分类的方法，并对各种方法的优缺点进行定性评估； 2. 提出并分析一些在很大程度上独立于特定指令集的指令集评估数据。 3. 讨论语言与编译器议题以及…
【计算机组成原理】Yy-z02硬布线模型机设计
目录
一、Yy-z02模型机的系统结构
二、Yy-z02模型机的数据通路
三、Yy-z02模型机的指令执行 四、Yy-z02模型机的硬布线控制器 一、Yy-z02模型机的系统结构
指令系统的实现 <--- 构造它的硬件系统 硬件系统构造过程：
分析指令格式和各指令的功能确定部件连…
【计算机组成体系结构】主存储器的基本组成
一、半导体元器件存储二进制0/1的原理 一个存储器逻辑上分为MAR，MDR和存储体，这三块在时序逻辑电路的控制下相互配合工作。
而存储体有多个存储单元构成，每个存储单元又由每个存储元构成。一个存储元可以存放一位的二进制的0/1。 一个存储元…
第5章 线程级并行 摘录
5.1 引言
在微处理器发展的推动下，单处理器性能的增长速度在1986年到2003年期间达到高峰。
由于利用ILP的收益越来越少，单处理器的性能增长开始放缓，再加上对功耗的日益关注，计算机体系结构进入了一个新时代。多处理器在从低端到…
第5章 性能分析方法
有时看到修改后程序的运行时间发生变化时，却不清楚具体原因是什么。单独的时间信息有时无法给出问题发生的根本原因。
程序运行时硬件和软件都可以采集性能数据，硬件是指运行程序的CPU，软件是指操作系统和所有可用于分析的工具。通常软件栈提…
【计算机组成体系结构】HW1：指令系统举例教学计算机汇编语言程序设计
一、指令系统举例
计算机指令系统分类：RISC和CISC (RISC执行同样处理功能的程序所占用时间更简短，RISC机器的运行性能可能比CISC机器高2~5倍)
公式：P I x CPI x T (P表示执行一个程序所用时间，I表示该程序中包含的机器指令总条…
计算机体系结构----存储系统
本文严禁转载，仅供学习使用。参考资料来自中国科学院大学计算机体系结构课程PPT以及《Digital Design and Computer Architecture》、《超标量处理器设计》、同济大学张晨曦教授资料。如有侵权，联系本人修改。 1.1 引言
1.1.1虚拟和物理内存
程序员看到…
计算机体系结构_计算机体系结构综合讲座(52本)Synthesis Lectures on Architecture
《计算机体系结构综合讲座》《Synthesis Lectures on Computer Architecture》《计算机体系结构综合讲座》出版了50至100页的书籍，涉及与设计，分析，选择和互连硬件组件以创建满足功能，性能和成本目标的计算机的科学和艺术有关的主…
【软件设计师-从小白到大牛】上午题基础篇：第一章 计算机组成与体系结构
文章目录 前言章节提要一、数据的表示（进制的转换）1、R进制转十进制使用按权展开法2、十进制转R进制使用短除法(余数从下往上排列）3、二进制转八进制与十六进制 二、数据的表示（原码反码补码移码）真题链接 三、数据的表…
【CCF会议期刊推荐】中国计算机协会(CCF)推荐国际学术期刊/会议(计算机体系结构/并行与分布计算/存储系统)
导读： CCF全称是China Computer Federation，中文意为：中国计算机学会，前身是中国电子学会计算机专业委员会，成立于1962年。CCF每年会发布一系列高水平期刊目录，从而指导科研工作者选择投稿期刊。值得注意的…
计算机体系结构----缓存一致性/多处理机
本文严禁转载，仅供学习使用。参考资料来自中国科学院大学计算机体系结构课程PPT以及《Digital Design and Computer Architecture》、《超标量处理器设计》、同济大学张晨曦教授资料。如有侵权，联系本人修改。 本文衔接上文计算机体系结构----存储系统
…
RISC-V RVWMO 内存模型解释
RISC-V RVWMO 内存模型解释
引言
本文介绍 RISC-V RVWMO 内存模型。RVWMO 内存模型定义了什么样的全局内存顺序才是合法的。本引言部分将解释为什么会出现不合法的全局内存顺序，以及为什么需要内存模型。
首先引起乱序的全局内存顺序（指令重排序&…
国科大体系结构习题 | 第三章 二进制与逻辑电路
第三章
Q1: A1:(1) 原码： [ − ( 2 63 − 1 ， 2 63 − 1 ] [-(2^{63}-1，2^{63}-1] [−(263−1，263−1] 补码： [ − ( 2 63 ， 2 63 − 1 ] [-(2^{63}，2^{63}-1] [−(263，263−1] …
第2章 存储器层次结构设计
2.1 引言
计算机先驱准确预测到程序员会希望拥有无限数量的快速存储器。满足这一愿望的一种经济型解决方法是存储器层次结构。基于局部性原理下和“在给定实现工艺和功耗预算下，硬件越小，速度越快”的指导原则，产生了存储器层次结构…
【计算机组成体系结构】电路基本原理与加法器设计
一、算术逻辑单元—ALU 1.基本的逻辑运算（1bit的运算） 基本逻辑运算分为，与、或、非。大家应该很熟悉了，与：全1为1，否则为0。或：全0为0，否则为1。非：取反。三个基本的逻…
第1章 量化设计与分析基础
1.1 引言
如今一台价格不足500美元的手机，性能便堪比1993年世界上最快的售价5000万美元的计算机，这种快速发展既得益于计算机制造技术的发展，也得益于计算机设计的创新。
纵观计算机发展的历史，技术一直在稳定地提升，…
第18章 多核计算机
多核处理器，也称芯片多处理器，将两个或多个处理器单元（称为内核）组合在一个硅片（称为芯片）上。通常，每个内核都有独立处理器的全部组件构成，如寄存器、ALU、流水线硬件、控制单元&am…
附录C 流水线：基础与中级概念
1. 引言
1.1 什么是流水线？
流水线爱是一种将多条指令重叠执行的实现技术，它利用了一条指令所需的多个操作之间的并行性。（指令操作的非原子性和指令类型的多样性）
在计算流水线中，每个步骤完成指令的一部分&#x…
第3章 指令级并行及其利用
3.1 指令级并行：概念和挑战
1985年之后几乎所有处理器都使用流水线来使指令能重叠执行。由于指令可以并行执行，所有指令之间的这种可能得重叠称为指令级并行ILP。
ILP大体有两种实现方法： 1. 依靠硬件来动态发现并实现并行…
第7章 CPU前端优化
接下来讨论如何使用CPU监控特性寻找CPU上运行的代码中可被调优的位置。
标准的算法和数据结构在性能敏感型工作负载并不总能表现的很好。例如，在“扁平化”数据结构的冲击下，链表基本上快被放弃了。传统链表中的每个节点都是动态分配的，除了…
【体系结构】（二）计算机体系结构
体系结构包括一组部件以及部件之间的联系，计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。其中计算机理论组成部分并不单与某一个实际硬件相挂钩，如存储部分就包括寄存器、内存、硬盘等。
计算机设…
【Linux】计算机的软硬件体系结构
文章目录 一、冯诺依曼体系结构二、操作系统(Operator System)1.操作系统的概念2.为什么要有操作系统3.操作系统如何进行管理 三、系统调用和用户操作接口1.系统调用接口2.用户操作接口 四、计算机的软硬件体系结构 一、冯诺依曼体系结构
目前我们常见的计算机，如笔…
LoongArch指令集-特权指令系统——摘抄自胡伟武体系结构和龙芯架构32位精简版参考手册
例外与中断
1 中断
1.1 中断类型
龙芯架构 32 位精简版下的中断采用线中断的形式。每个处理器核内部可记录 12 个线中断，分别是：1 个核间中断（IPI），1 个定时器中断（TI），8 个硬中断…
计算机体系结构期末复习流程大纲
1.存储器和cache
存储器的容量、速度与价格之间的要求是相互矛盾的，速度越快，没bit位价格越高，容量越大，速度越慢，目前主存一般有DRAM构成。 处理器CPU访问存储器的指标：
延迟时间（Latency&am…
Gem5模拟器学习之旅——翻译自官网
文章目录 安装并使用gem5 模拟器支持的操作系统和环境依赖在 Ubuntu 22.04 启动(gem5 > v21.1)Docker获取代码用 SCons 构建用法首次构建 gem5gem5 二进制类型调试opt快速 常见错误错误的 gcc 版本Python 位于非默认位置未安装 M4 宏处理器Protobuf 3.12.3 问题 安装并使用g…
计算机体系结构实验一
计算机体系结构实验一 一.实验目的
理解RISC-V的指令执行的数据流和控制信号，熟悉指令流水线的工作过程。
二.实验过程
1.RISC-V的相关指令
实验的模拟器使用RISC-V指令集，为了便于后续分析，首先学习实验中使用的RISC-V指令。
基本RIS…
国科大体系结构习题 | 第二章 计算机系统结构基础
第二章 习题汇总
Q1. 在3台不同指令系统的计算机上运行同一程序P时，A机需要执行 1.0 1 0 8 1.010^8 1.0108条指令，B机需要执行 2.0 1 0 8 2.0 10^8 2.0108条指令，C机需要执行 4.0 1 0 8 4.010^8 4.0108条指令，但实际执行时间…