重庆大学计算机科学系：中期考核——计算机体系结构关键点回顾

计算机体系结构是信息技术领域的重要基础，Spring2016学期的中期复习资料"ComputerArchitecture"深入探讨了架构评估的关键要素、流水线设计原理以及指令级并行技术。以下是从这份文档中提炼出的核心知识点： 1. **量化方法与性能评价**： - 评估计算机体系结构时，关注的主要参数包括能耗和功率、成本和性能（如延迟和吞吐量）。计算速度提升的方法涉及到Amdahl定律，它阐述了在可并行部分与不可并行部分存在的固定比例下，系统总速度的改进受限于最慢部分。 - CPU时间的计算涉及三个关键因素：CPI（每条指令执行周期）、IC（指令间隔）和CCT（计算周期时间），这些因素共同决定了系统的效率。 2. **流水线技术**： - 流水线的基本概念包括不同类型的指令（例如存储和算术指令）和寻址模式。指令格式编码定义了处理器如何理解输入指令。 - 流水线分为五个阶段，如取指、解码、执行、访存和写回，展示了不同操作在每个阶段的处理流程。 - 流水线中可能遇到三种类型的问题：结构性、数据和控制。通过前向冲突解决（减少数据依赖导致的停滞）和延迟分支预测（优化控制依赖）来降低这些风险。 - 分析了各种分支预测技术，如局部预测器（1或2位）、全局关联预测器和锦标赛预测器。流水线设计也支持多周期或多指令并行，涉及latency和initiation interval的概念。 - 新出现的数据 hazards，如Write-After-Write (WAW) 和 Write-Ahead-Read (WAR)，对性能计算有着直接影响。 3. **指令级并行（ILP）**： - 动态硬件调度允许处理器在指令之间进行并行执行，以充分利用潜在的并行性。Scoreboarding技术是一种在顺序执行模式下实现并行度管理的方法。 - ILP涉及到动态地决定哪些指令可以同时执行，这要求处理器能够有效地管理和利用缓存和执行单元，以减少指令之间的依赖和冲突。 这份文档详细介绍了计算机体系结构中量化分析、流水线设计及其优化、以及指令级并行策略的关键概念和技术，这些都是理解和设计高效计算机系统的基础。学习者可以通过这些内容来深化对现代处理器内部工作原理的理解，并掌握如何衡量和优化不同架构的设计决策。