3计算机硬件基础(二)

edu.51cto.com网络工程师之计算机硬件基础(二)高级项目经理任铄edu.51cto.com第1章计算机硬件基础1.1计算机结构1.2流水线技术1.3主存储器1.4Cache1.5辅助存储器与RAIDedu.51cto.com流水线技术是指在程序执行时，多条指令重叠进行操作的一种任务分解技术。把一个任务分解为若干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构来负责执行，而这些执行机构可以同时并行工作。高级项目经理任铄edu.51cto.com......Tt1t2t3t4t5t6I1、C1、P1的执行必须严格按照I1，C1，P1的顺序；而C1与I2，P1与C2、I3是可以同时执行的。edu.51cto.com(1)计算执行时间假定有某种类型的任务，可分成N个子任务，每个子任务需要时间t，则完成该任务所需的时间为N×t。若以传统的方式，完成k个任务所需的时间是kNt。使用流水线技术，花费的时间是Nt+(k-1)t。注意，如果每个子任务所需的时间不同，其时间取决于执行顺序中最慢的那一个。高级项目经理任铄edu.51cto.com例1：若指令流水线把一条指令分为取指令、分析和执行三部分，三部分的时间分别是取指令2ns，分析2ns，执行1ns。最长的是2ns，因此100条指令全部执行完毕所需要的时间是：(2ns+2ns+1ns)+(100-1)x2ns=203nsedu.51cto.com①流水线的吞吐率指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量。n为任务数，Tk是处理完成n个任务所用的时间例1的吞吐率为100×109/203=4.93×108/sedu.51cto.com②加速比是指不采用流水线的执行时间／采用流水线的执行时间。用来衡量并行系统或程序并行化的性能和效果。例1中的加速比为500/203=2.46(如果不采用流水线，则执行100条指令需要500ns)。edu.51cto.com例2某指令流水线由4段组成，各段所需要的时间如下图所示。连续输入8条指令时的吞吐率（单位时间内流水线所完成的任务数或输出的结果数为（C）。A.8/56ΔtB.8/32ΔtC.8/28ΔtD.8/24Δtedu.51cto.com(2)影响流水线的主要因素转移指令：因为前面的转移指令还没有完成，流水线无法确定下一条指令的地址，因此也就无法向流水线中添加这条指令。共享资源访问的冲突：后一条指令需要使用的数据，与前一条指令发生冲突，或者相邻的指令使用了相同的寄存器响应中断：当有中断请求时，流水线也会停止。对于这种情况有两种响应方式：精确断点法：立即停止，这种方法能够立即响应中断；不精确断点法：流水线中的指令继续执行，不再新增指令到流水线。edu.51cto.com第1章计算机硬件基础1.1计算机结构1.2流水线技术1.3主存储器1.4Cache1.5辅助存储器与RAIDedu.51cto.com存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。存储器分为：寄存器Cache（高速缓冲存储器）主存储器辅存储器edu.51cto.com一、存储器的存取方式高级项目经理任铄edu.51cto.comedu.51cto.com二、存储器的性能存取时间：对于随机存取而言，就是完成一次读／写所花的时间；对非随机存取，就是将读／写装置移动到目的位置所花的时间。存储器带宽：每秒能访问的位数。通常存储器周期是纳秒级(ns)。计算公式是：1／存储器周期×每周期可访问的字节数。例如：存储器周期是200ns，每个周期可访问4B，则带宽=1s/200ns×(4Bx8)=160Mbps。高级项目经理任铄edu.51cto.com数据传输率：每秒输入/输出的数据位数。对于随机存取而言，传输率R=1/存储器周期。例：地址编号从80000H到BFFFFH且按字节编址的内存容量为(B)KB，若用16K*4bit的存储芯片够成该内存，共需(C)片。A.128B.256C.512D.1024A.8B.16C.32D.64edu.51cto.com三、主存储器(1)主存储器的种类1.RAM:随机存储器，可读／写，只能暂存数据，断电后数据丢失。SRAM:静态随机存储器，在不断电时信息能够一直保持，读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器。DRAM:动态随机存储器，需要定时刷新以维持信息不丢失，读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。2.ROM:只读存储器，出厂前用掩膜技术写入，常用于存放BIOS和微程序控制。高级项目经理任铄edu.51cto.com3.PROM:可编程ROM，只能够一次写入，需用特殊电子设备进行写入。4.EPROM:可擦除的PROM，用某种方法可擦去信息，可写入多次。5.E2PROM:电可擦除EPROM，可以写入，但速度慢。6.闪速存储器(FlashMemory):其特性介于EPROM与E2PROM之间。但不能进行字节级别的删除操作。7.CAM（相联存储器）：CAM是一种特殊的存储器，是一种基于数据内容进行访问的存储设备。其速度比基于地址进行读写的方式要快。edu.51cto.com(2)主存储器的组成实际的存储器是由一片或多片存储器配以控制电路构成。其容量为WxB，W是存储单元(word，字)的数量，B表示每个word由多少bit（位）组成。如果某一芯片规格为wxb，则组成WxB的存储器需要用(W/w)×(B/b)个芯片。高级项目经理任铄edu.51cto.com(3)主存储器的地址编码主存储器（内存）采用随机存取方式，需对每个数据块进行编码，而在主存储器中，数据块是以word为单位来标识的，即每个字一个地址，通常采用十六进制表示。例如，按字节编址，地址从A4000H—CBFFFH。则表示有(CBFFF-A4000)+1字节，即28000H字节，也就是163840字节，等于160KB。高级项目经理任铄edu.51cto.com例1：内存按字节编址，从A1000H到B13FFH的区域的存储容量为（）KBA.32B.34.C.65D.67高级项目经理任铄edu.51cto.com例2：内存按字节编址从B3000H到DABFFH的区域，其存储容量为（）。A.123KBB.159KBC.163KBD.194KB高级项目经理任铄edu.51cto.comThankYou!