高级计算机结构期末复习要点：高速缓存优化与处理器特性

高级计算机系统结构期末复习题答案包含了多方面的知识点，涉及到了处理器设计、内存管理、流水线架构、存储器结构、权限控制、性能优化以及处理器间通信等多个关键领域。 1. **高速缓存优化**：题目强调了“回写”相对于“直写”的优点，即减少写内存的次数，这有助于提高系统性能，特别是在处理高速缓存频繁更新的场景下，回写策略可以降低内存访问的开销。 2. **处理器工艺**：SOI（Silicon On Insulator）工艺的优点在于减少静电电容和降低功耗，这是现代处理器追求低功耗和高性能的重要手段。 3. **流水线排空时间**：计算n条指令在流水线上的排空时间需要考虑所有阶段的执行时间，并考虑流水线的连续性，即为(m+n-1)Δt，这表明了处理器性能优化的一个侧面。 4. **空间和时间局部性**：编程中的两个重要概念，空间局部性体现在循环结构中，而时间局部性则体现在程序顺序执行中，这对于优化缓存和指令调度至关重要。 5. **数据段描述符和页表**：访问位A用于指示段是否被访问，体现了权限管理和数据访问控制的基本思想。 6. **前端总线**：指CPU与内存控制器之间的数据传输路径，是系统性能的关键因素之一。 7. **特权级转移**：通过调用门进行特权级转移时，目标代码段的权限取决于描述子选择子的低两位，这反映了操作系统对权限控制的精细管理。 8. **互连技术**：铜导线代替铝用于晶体管间的连接，能降低功耗，与SOI技术结合进一步提升了芯片性能。 9. **哈佛架构**：哈佛架构的核心是分离指令和数据存储，有利于指令并行执行，提升处理速度。 10. **Intel 8086时序**：该处理器采用半同步通信方式，平衡了数据传输的同步性和效率。 11. **TW等待周期**：处理器在访问数据时会插入等待周期，判断数据是否准备好，反映了内存访问的延迟管理。 12. **任务门和TSS**：TSS（Task State Segment）中包含任务切换时的处理器状态，所以任务偏移量不需要在TSS或任务门中存储。 13. **Cache管理**：“不可填充高速缓存”功能旨在防止缓存数据过时，例如通过控制位避免无效数据驻留。 14. **执行跟踪缓存**：Pentium IV的执行跟踪缓存对于循环程序的效率提升显著，因为能复用解码后的微指令。 15. **L2高速缓存与FSB**：Core 2处理器的L2缓存共享降低了共享FSB（前端总线）的时延，而Pentium D的双核通信依赖于FSB。 16. **指令执行方法**：Pentium处理器采用硬布线控制简单指令，微程序控制复杂指令，体现了处理器内部复杂的设计。 17. **任务切换标志**：TS标志在Intel 8086中用于保护协处理器的状态，确保任务切换时协处理器不会受到影响。 18. **页面大小调整**：Pentium处理器的页面大小调整允许内存利用率提升，减少内存碎片。 19. **硬件透明性**：解决Cache内容过时的硬件透明性意味着系统能够自动管理缓存一致性，无需程序员干预。 20. **多处理器共享Cache**：通过多个处理器共用一个Cache，可以进一步优化缓存利用，减少不必要的缓存冲突和更新操作。