计算机组成原理期末复习
一、系统性能概述
1.处理机运算速度=工作主频*每个周期执行的指令条数
M I P S = F z ∗ I P C MIPS =Fz * IPC MIPS=Fz∗IPC
2.Amdahl定律： 系 统 加 速 比 = 系 统 改 进 后 的 性 能 系 统 改 进 前 的 性 能 = 系 统 改 进 前 执 行 某 一 任 务 的 总 时 间 系 统 改 进 后 执 行 同 一 任 务 的 总 时 间 = 1 ( 1 − f e ) + f e r e ( r e 表 示 改 进 部 分 加 速 比 ) 系统加速比=\frac{系统改进后的性能}{系统改进前的性能}=\frac{系统改进前执行某一任务的总时间}{系统改进后执行同一任务的总时间}=\frac{1}{(1-f_e)+\frac{f_e}{r_e}}\,\,\,\,\,(r_e表示改进部分加速比) 系统加速比=系统改进前的性能系统改进后的性能=系统改进后执行同一任务的总时间系统改进前执行某一任务的总时间=(1−fe)+refe1(re表示改进部分加速比)
3.软硬件的取舍：
D为研制设计费用，V为生产台数，h为硬件，M为重复生产费用，C为该软件重新设计次数，s为软件，R为软件在存储介质中出现的次数
- 硬件的加速比： D h V + M h \frac{D_h}{V}+M_h VDh+Mh
- 软件的加速比： C ∗ D S V + R ∗ M S \frac{C*D_S}{V}+R*M_S VC∗DS+R∗MS
4.CPU性能公式：
时钟频率、每条指令所花的时钟周期CPI、指令条数IC
一个程序所花的CPU时间，CPI相当于指令时间：
- C P U 时 间 （ T ） = C P U 时 钟 周 期 数 ( I C ∗ C P I ) 频 率 ( f ) CPU时间（T）=\frac{CPU时钟周期数(IC*CPI)}{频率(f) } CPU时间（T）=频率(f)CPU时钟周期数(IC∗CPI)
5.MIPS表示每秒百万条指令 M I P S = 指 令 条 数 执 行 时 间 ∗ 1 0 6 = f ( 时 钟 频 率 ) C P I ∗ 1 0 6 MIPS=\frac{指令条数}{执行时间*10^6}=\frac{f(时钟频率)}{CPI*10^6} MIPS=执行时间∗106指令条数=CPI∗106f(时钟频率)
6.等效指令速度：
- 等效指令时间 T = ∑ i = 1 n W i ∗ T i T=\sum_{i=1}^{n}{W_i*T_i} T=∑i=1nWi∗Ti
- 等效指令速度 M I P S = 1 ∑ i = 1 n W i M I P S i MIPS=\frac{1}{\sum_{i=1}^n{\frac{W_i}{MIPS_i}}} MIPS=∑i=1nMIPSiWi1
- 等效CPI= ∑ ( C P I i ∗ W i ) \sum{(CPI_i*W_i)} ∑(CPIi∗Wi)
W i W_i Wi:指令使用频度
二、指令系统
1.指令=操作码+地址码
2.Huffman编码
3.MIPS指令集\
指令类型
1.1 R型指令（对两个寄存器进行操作，输出结果放入第三个寄存器）
字段命名：
- op：指令的基本操作，成为操作码
- rs：第一源操作数寄存器
- rt：第二源操作数寄存器
- rd：存放操作结果的目的寄存器
- shamt：位移量
- funct：功能码
\
1.2 I型指令
字段命名：
- op：指令的基本操作，成为操作码
- rs：第一源操作数寄存器
- rt：第二源操作数寄存器
- immediate：立即数
\
1.3 J型指令
修正：address是26位
字段命名：
- op：指令的基本操作，成为操作码
- immediate：立即数
\
1.4 总结
- R型【op为0】
| op | rs | rt | rd | shamt | funct |
|---|---|---|---|---|---|
| 6位 | 5位 | 5位 | 5位 | 5位 | 6位 |
- I型
| op | rs | rt | immediate |
|---|---|---|---|
| 6位 | 5位 | 5位 | 16位 |
- J型
4.流水线性能分析
4.1 吞吐率：是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量
最大吞吐率： T P m a x TP_{max} TPmax是指流水线在达到稳定状态后所得到的吞吐率
m为功能段数(为一行，相当于一条指令）,n为任务数
4.2 加速比
4.3 效率
5.MIPS指令集5个阶段
