CPU时间计算与Cache影响-计算机系统结构期末复习要点

"这篇资料是杭州电子科技大学计算机系统结构课程期末复习提纲，重点强调了在计算CPU时间时如何考虑访存停顿的因素。" 在计算机系统中，CPU时间的计算是一个关键概念，特别是在评估系统性能时。在给定的问题中，CPU时间包括了不考虑访存停顿的时间和由于Cache失配导致的额外延迟。具体来说，当一条指令执行时，如果Cache命中，访问速度通常会很快；而如果发生失配（即Cache未命中），则需要到主存中寻找数据，这会导致额外的延迟。 在这个问题中，Cache的失配率是11%，失配损失为6个时钟周期。平均访问时间是8.5个时钟周期，意味着在不考虑Cache失配的情况下，每条指令的执行时间平均为8.5个时钟周期。由于每条指令平均访存3次，我们需要计算出这些访存中失配导致的额外时钟周期数，并将其加入到总的CPU时间中。 首先，我们可以计算出每条指令平均的Cache失配次数：11% * 3次 = 0.33次，也就是说，每条指令平均会有大约0.33次的Cache失配。由于每次失配增加6个时钟周期的延迟，那么每条指令的额外延迟就是0.33 * 6 = 1.98个时钟周期。 接下来，我们将这个额外的延迟加上平均访问时间，得到考虑访存停顿时的CPU时间：8.5 + 1.98 = 10.48个时钟周期。这就是在这种Cache/主存存储器层次结构下，考虑访存停顿时的CPU时间。 复习提纲中还涵盖了其他计算机系统结构的重要知识点，例如： 1. 计算机系统结构的定义，Flynn分类法，以及它们在计算机设计中的意义。 2. 计算机系统设计的定量原理，如CPI（Cycle Per Instruction）和MIPS（Million Instructions Per Second）指标的计算。 3. 流水线技术，包括标量流水线的特点，以及如何消除瓶颈来提高吞吐率。 4. Cache地址映射的原理，如直接映射、组相联映射和全相联映射的差异。 5. 主存性能的提升方法，如RISC（Reduced Instruction Set Computer）技术，以及通过提高主存带宽来提升性能的策略。 6. 二级存储体系的平均访问时间计算，以及阿姆达尔定律在优化系统性能中的应用。 这份复习提纲全面覆盖了计算机系统结构的多个核心概念，对于理解和掌握计算机性能优化有着重要的指导作用。