中山大学计算机体系结构复习笔记优秀版word资料.docx
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中山大学计算机体系结构复习笔记优秀版word资料
Ø
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ch1
Ø摩尔定律(芯片技术)当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。
安德厚定律
计算机分类的依据:
Ø现代计算机应用新的分类:
个人移动设备(PersonalMobileDevice(PMD):
智能、平板电脑等,强调高效和实时性;
桌面计算(DesktopComputing):
PC业务,强调性价比(priceperformance);
服务器:
强调可用性(availability)、规模化/可扩展性(scalability)、吞吐率;
仓库级计算机(Clusters/WarehouseScaleComputers(WSA)):
用于软件及服务(SaaS)服务,强调性价比和可用性。
嵌入式计算(EmbeddedComputers):
强调价格。
Ø应用程序中的两种并行
数据级并行(Data-LevelParallelism(DLP)):
可以同时操作许多数据项
任务级并行(Task-LevelParallelism(TLP)):
创建一些能够单独处理但大量采用并行方式执行的工作任务。
ØClassesofarchitecturalparallelism/计算机硬件实现DLP和TLP两种并行的4种方式
指令级并行(Instruction-LevelParallelism(ILP)):
流水线
向量体系结构和图形处理器(Vectorarchitectures/GraphicProcessorUnits(GPUs)):
将单条指令并行应用于一个数据集,以开发数据级并行。
线程级并行(Thread-LevelParallelism)
请求级并行(Request-LevelParallelism)
vFlynn’sTaxonomy(弗林分类法)
SISD——标准的顺序计算机,可以利用指令级并行
SIMD——开发数据级并行
MISD——没有这种类型的商用多处理器,但是包含这种类型后,分类变得完整
MIMD——开发线程级并行
v计算机体系结构
经典:
机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性,即概念性结构与功能特性。
计算机组成:
计算机系统结构的逻辑实现
一种体系结构可以有多种组成。
e.g.X86
一种组成可以有多种物理实现
现代计算机体系结构则包括组成与实现,即计算机系统的层次结构。
ØISA(指令集体系结构)
ARM&&MIPS
80x86
ISA分类
载入-存储ISA
寄存器-存储器ISA
存储器寻址
必须对齐
不需要对齐
寻址模式
MIPS:
寄存器寻址、立即数寻址、位移量寻址
ARM:
...+程序计数器寻址、两个寄存器之和
...+位移量的3种变化形式(寄存器间接寻址、基址寻址、变址寻址)
操作数的类型和大小
8、16、32、64、IEEE754浮点数
还支持80位浮点数
操作指令
简单、易于实现流水化
丰富、大
控制流指令
MIPS条件分支检测寄存器中的内容;
ARM和MIPS将返回地址放在寄存器中
和ARM分支测试条件代码位;
将返回地址放在存储器的一个栈中
ISA的编码
定长32位
变长1-18字节
Ø趋势
技术趋势(5)
集成电路逻辑技术;
半导体DRAM;
半导体闪存;
磁盘技术;
网络技术
性能趋势
带宽优于时延
集成电路中的功率和能耗趋势
在时钟频率和电源电压保持不变的情况下,提高能耗效率
成本趋势
构建成本:
技术改进
运行成本:
需要高效利用能源来降低
Ø虚拟机:
由软件实现的机器
Ø系列机:
由同一厂家生产的具有相同的系统结构,但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的机器。
vWSC和服务器:
相同:
非常看重可用性
WSC以很多廉价组件作为构建模块,依靠软件层来捕获和隔离在这一级别进行计算时发生的许多故障。
WSC的可扩展性通过连接这些计算机的局域网实现,而服务器则是通过集成计算机硬件来实现。
vWSA和超级计算机:
相同:
非常昂贵
超级计算机强调浮点性能,常用于运行大型的、通信密集的批程序,这些程序可能一次运行几个星期。
这种紧密耦合性决定了超级计算机要使用非常快速的内部网络;而WSC则更重视互动应用程序、大规模存储、可靠性和很高的因特网带宽。
vPrinciplesofComputerDesign
①充分利用并行
②局部性原理(时间局部性、控件局部性)
③以经常性事件为重点
④Amdahl定律
加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速比,受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比。
加速比依赖于两个因素:
可改进比例和部件加速比
⑤CPU性能公式
CPU时间=指令数xCPIx时钟周期数
ØMTTF:
平均无故障时间
MTTR:
平均修复时间
MTBF:
平均故障间隔时间MTBF=MTTF+MTTR
Ø----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ch2
Ø存储器层次结构
服务器:
CPU(寄存器)→L1缓存→L2缓存→L3缓存→存储器→磁盘存储
PMD:
CPU(寄存器)→L1缓存→L2缓存→存储器→磁盘存储
Ø从用户的角度来看,存储器的三个主要指标:
容量、速度和价格(指每位价格)
Ø从主存的角度来看:
“Cache-主存”层次:
弥补主存速度的不足
“主存-辅存”层次:
弥补主存容量的不足
Ø全相联:
主存中的任一块可以被放置到Cache中的任意一个位置。
直接映象:
主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个位置。
组相联:
主存中的每一块可以被放置到Cache中唯一的一个组中的任何一个位置。
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
ØCache对于低CPI、高时钟频率的CPU来说更加重要。
Ø优化缓存性能的16种方法
增大块
降低失效率
增大缓存
提高相联程度
采用多级缓存
让读失效优先于写
在缓存索引期间避免地址转换
缩短命中时间
容量小、结构简单的cache
缩短命中时间
路预测
实现缓存访问的流水化
增加缓存带宽
采用无阻塞缓存
采用多种缓存
合并写缓冲区
降低缺失代价
编译器优化(循环交换、分块)
降低缺失率
对指令和数据进行硬件预取
降低缺失代价或缺失率
用编译器控制预取
Ø
Ø----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ch3
ØSIMDvsMIMD(3个优势)
vSIMD的3种变体:
向量体系结构、多媒体SMD指令集扩展、图形处理单元GPU
ØVMIPS的主要组件(4)
Ø流水线冲突是指对于具体的流水线来说,由于相关的存在,使得指令流中的下一条指令不能在指定的时钟周期执行。
流水线冲突有三种类型:
结构冲突、数据冲突、控制冲突
Ø
ØTomasulo算法:
核心思想:
记录和检测指令相关,操作数一旦就绪就立即执行,把发生RAW冲突的可能性减少到最小;通过寄存器换名来消除WAR冲突和WAW冲突。
Ø--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ø缓存一致性协议(Cachecoherenceprotocols):
为多个处理器保存缓存一致性的协议
Ø解决缓存一致性的两种协议:
基于目录的协议(directorybased):
用特定的物理存储快来保存每一个块的共享状态。
监听式的协议(snooping):
如果一个缓存拥有某一物理存储器块中的数据副本,它就可以跟踪该块的共享状态。
Ø监听一致性协议
写入失效协议(writeinvalidateprotocol):
确保处理器在写入某一数据项之前,获取对改数据项的独占访问,在执行写操作时会使其他副本失效。
使用总线来执行失效操作。
在获得总线访问权限之前,无法实际完成共享数据项的写入操作。
写入更新协议(writeupdate):
在写入一个数据项时更新该数据项的所有缓存副本
计算机的发展历程:
数据处理、信息处理、知识处理、智能处理
Ø解决一致性问题的策略:
Ø----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ØWSCv.s.HPC
①HPC的处理器和节点之间的网络通常比WSC中快得多,因为HPC应用程序的独立性更强,通信更频繁。
②HPC倾向于使用定制硬件(特别是在网络中),通常不能通过使用大众化商用芯片来降低成本。
③HPC强调线程级并行或数据级并行,通常强调完成单项任务的延迟,WSC强调请求级并行。
④HPC集群通常拥有长时间的运行的作业,会使服务器满荷运行,甚至能持续数周以上,而WSC中服务器的利用率在10%-50%之间,而且每天都会发生变化。
ØWSCv.s.Datacenters
①数据中心集不同的硬件和软件于一身,为一家组织中的不同客户提供服务。
WSC使仓库中的硬件和软件看起来像只有一台计算机,只是在上面运行着各种不同的应用程序。
②传统数据中心的最大成本是维护人员的费用,WSC中,服务器硬件是最大的成本。
③传统数据中心不具备WSC的规模,无法获得规模经济效应,也没有WSC面对的挑战和机遇,无论是体系结构方面还是运转方面。
ØWSC的成本
构建成本【Capitalexpenditures(CAPEX)资本性支出】:
服务器、电力与制冷基础设备、网络设备、其他基础设备
运行成本【Operationalexpenditures(OPEX)运行性支出】:
用电成本、安全与设施管理人力成本
ØPUE(PowerUtilizationEffectiveness功率利用效率)——测量WSC的效率
PUE=总设施功率/IT设备功率
PUE≥1,PUE越大,WSC的效率就越低
Ø云计算的三个特点:
风险转移、成本相关性、按需付费
Ø云计算服务的框架——“SPI”。
这个缩写代表着云计算提供的三种主要的服务:
软件即服务(software-as-a-service,SaaS),平台即服务(platform-as-a-service,PaaS),以及基础设施即服务(infrastructure-as-a-service,IaaS)。
图2-3描述了云计算的服务、用户和类型之间的关系。
Ø
性能的发展趋势——带宽优于时延
计算机技术的飞速发展得益于两个方面:
计算机制造技术的发展、计算机系统结构的创新
计算机系统中的透明性举例:
浮点运算器、多核
透明性→虚拟化→云计算
计算机体系结构:
必考:
定量原理(5个)30%
1、以经常性事件为重点(大概率事件优先原则)
2020、10、23
软件应满足可以向上和向后兼容。
解释方法:
一条一条指令地调进内存,一条一条地解释。
时间长但花费空间少
提高并行性的技术途径:
①时间重叠(流水技术)
②资源重复:
引入空间因素,以数量取胜。
③资源共享
计算机的分类划代主要以器件作为划分标准
优化缓存性能的16种方法(必考)
第四章考试比例较小
开发ILP涉及到的主要技术(可能考)参考课件后的:
ILP研究中为客服各种停顿所采取的相关技术。
开放考题:
GPU、云计算(软件级服务,平台式服务。
。
。
3个)(与书上第六章相关,并适当查询新资料)
(可能考)Thamosulo算法核心思想、基本概念
第四章没有计算题,主要考GPU和SIMD...
SIMD的三个变体
加速比(必考)
考点:
看书上相关的例子
重新写消除相关(寄存器重命名)
期末考试不考流水线
考:
填空:
云计算的三个特点:
风险转移、成本相关性、按需付费
考:
概念题:
PUE
PUE总是大于等于1
PUE等于1最佳大于1时说明资源浪费
考:
解释WSC的成本:
构建成本和运行成本
画出SPM模型(3个服务)
HPC服务器
2020.1.8(考点)
计算机性能的变迁:
从单处理器到多核
将来的计算机:
智能并行性
分级存储结构
相联
3C4C模式
3C模式:
强制(Compulsory)、容量(Capacity)、冲突(Conflict)、一致性(Coherency)缺失
平均访存公式
优化(6基本+10高级(分5类))
三.相关
ILP流水线消除停顿的方法
不计算
Tomasulo算法基本思想
CPIIPC
相关性在数组的情况下如何解决相关性
四、
SIMD的三种变体
数据级并行相关性的引申第四章的相关性的例子
五、(期中测过)
两个协议
解决一次性问题的策略
六、
仓库级计算机的基础设施和价格——运行成本(制冷等)
PUE的公式
构建成本和运行成本
云计算
第八和第九不考
服务器、WSC、高性能计算机、的区别
第一章数据库基础知识
【学习要点】
1、基本概念:
数据,信息,数据处理,数据库,数据库管理系统
2、数据管理经历的几个阶段及其特点。
3、数据模型及其分类。
数据模型的作用。
4、关系模型,关系,元组,属性,属性,字段,域,值,主关键字,外部关键字,关系的要求及特点。
5、关系运算:
专门关系运算及传统集合运算。
选择,投影,联接,笛卡尔积运算。
传统集合运算:
并差交。
每种运算的方式及特点。
6、Access系统简介:
(1)Access系统的基本特点。
(2)基本对象:
表,查询,窗体,报表,页,宏,模块。
【知识点列表】
1、数据、信息、数据处理
2、数据管理的发展
在人工管理、文件系统、数据库系统阶段中数据和程序的关系。
数据库阶段出现的数据库技术的主要的解决问题是?
3、数据库(bd):
结构化的相关数据集合。
数据库管理系统(dbms):
用来建立,维护数据库的软件。
数据库应用系统(dbas):
利用数据库技术和数据库相关的资源建立一个面向实际应用的一个系统。
任何一个数据库应用系统,都是建立在数据库的基础上的。
数据库系统:
引入数据库技术的计算机系统。
包括:
数据库集合(多个数据库)、数据库管理系统、数据库管理员、硬件系统、用户、数据库管理员。
基础和核心为:
数据库管理系统。
4、数据库系统的特点:
5、实体:
现实生活中的事物。
属性:
实体的特性。
属性的名字和属性的值。
一个实体是由多个属性值的集合来描述的。
实体的类型(实体型)是由属性的名称来体现的。
6、实体之间的联系。
7、数据模型的作用和目的:
用来表示描述事物本身数据之间的联系,以及相关事物之间的联系。
8、数据模型的分类及表示工具。
层次数据模型:
用树型结构来表示的。
父结点,子结点,根结点。
层次数据模型的要求。
网状数据模型。
关系数据模型:
用二维表来表示。
9、关系数据模型的相关概念
元组=行=实体=字段值的集合。
列=属性=字段。
字段值=属性值=数据项。
表=实体的集合。
属性的域=字段值的范围。
关键字,外部关键字。
10、关系的要求及特点》
11、关系的运算
传统的集合运算:
并、差、交。
专门的关系运算:
选择、投影、联接。
自然联接、等值联接。
10、Access的特点:
第二章表
【学习要点】
1、表的建立:
(1)建立表结构:
使用向导,使用表设计器,使用数据表。
(2)设置数据类型,设置字段属性。
(3)输入数据:
直接输入数据,获取外部数据。
2、表的维护:
(1)修改表结构:
添加字段,修改字段,删除字段,重新设置主关键字,设置数据类型,修改字段属性。
(2)编辑表内容:
添加记录,修改记录,删除记录,复制记录。
(3)调整表外观。
3、表的其他操作:
(1)查找数据。
(2)替换数据。
(3)排序记录。
(4)筛选记录。
【知识点概要】
1、表的建立方式,字段的要求,字段数据类型的分类及特点。
2、字段属性:
每种属性的作用。
常用的属性:
默认值,格式,字段大小,有效性规则,有效性文本,输入掩码,必填字段及输入掩码符号的特殊含义(0,9,>,<,L,)。
3、建立表与表之间的关系。
建立关系的作用。
两张表是通过什么建立关系的?
对建立关系的公共字段有什么要求?
建立关系时两张表能否打开?
其它表是否有要求。
建立关系时:
参照完整性的选项作用是什么?
级联更新及级联删除的作用是什么?
4、修改表结构:
添加字段,修改字段名称,修改字段属性,设置关键字(单个字段,及多个字段设置)。
5、表的视图及每个视图下能够进行的操作。
6、数据操作:
浏览记录,修改记录,删除记录,复制记录,粘贴记录,查找数据,排序数据,筛选数据。
(1)查找数据:
查找数据的通配符(*,#,?
[],[!
])的含义。
(2)排序数据:
排序数据的规则及文本型字段里面存储数字时是怎么排序的。
什么数据类型的字段不能排序,如果想要以多个字段值为依据进行排序,应该用什么命令?
(3)筛选数据:
筛选的作用,筛选的分类及特点。
7、获得外部数据。
导入表或联接表。
它们之间的区别
第三章查询
【知识要点】
1、查询分类
(1)选择查询。
(2)参数查询。
(3)交叉表查询。
(4)操作查询。
(5)SQL查询。
2、查询准则
(1)运算符。
(2)函数。
(3)表达式。
3、创建查询
(1)操作已创建的查询
(2)编辑查询中的字段。
(3)编辑查询中的数据源。
(4)排序查询的结果。
【知识点概要】
1、查询的作用和特点。
2、查询的数据来源。
3、查询的分类及每种查询的作用。
4、查询的视图及每个视图能够进行的操作。
设计视图下每行的作用。
准则中,同一行各个准则之间的关系,行与行之间准则之间的关系。
5、查询中的函数、运算符及表达式。
关系运算符:
>,<,<=,>=,<>(使用时注意必须处于英文半角状态下输入)
逻辑运算符:
not,and,or
其它运算符:
in,like,betweenand,isnull,isnotnull,
函数:
abs,int,sqr,SGN,space,string,len,ltrim,rtrim,trim,mid,left,right
Date(),time(),now(),day(日期时间表达式),year(日期时间表达式),month(日期时间表达式)
Count(),sum(),avg(),max(),min()
6、添加计算字段(在查询完成统计计算):
添加计算字段的方式。
在写表达式的时候,如果表达式中存在字段名,需要把字段名用[]括起来。
如果该字段在所添加的多个表中都存在,那么需要指明该字段是取自哪个表。
指定的方式:
[表名]!
[字段名]
7、参数查询
参数查询就是查询中的某一个值是没有确定的一个查询。
通常该查询会出现提示框,让用户输入数据,为没有确定的部分赋值,完成操作。
参数查询没有确定的部分用[]括起来,[]里面的部分是想要的提示信息
8、交叉表查询
该查询需要指定一个或多个行标题,一个列标题,一个值。
列标题必须为:
groupby.行标题中必须有一个是groupby.
9、操作查询:
当我们想要对查到的数据进行批量编辑的话就可以考虑操作查询。
操作查询的分类以及每个查询的特点。
10、sql查询
sql的含义及包含的功能。
select字段列表from表名where条件
orderby排序依据asc/desc
groupby分组依据
select性别,avg(年龄)as平均年龄from学生groupby性别
sql查询的分类。
定义查询:
完成建立表,修改表结构。
联合查询:
把从多个表中查到的记录进行并运算。
传递查询:
把命令传给另外一个数据库,然后接受结果。
sql语句
select*fromstud
selet*fromstudwhere性别=”男”orderby学生编号asc
selectcount(姓名)as人数fromstud
selectmax(年龄)-min(年龄)as最大最小年龄之差,性别fromstudgroupby性别
12、编辑查询
添加显示字段,删除显示字段,移动字段显示次序,对查询的结构进行排序,控制某个字段的显示格式。
13、查询的视图:
每个视图的特点。
窗体
1、窗体的作用:
窗体就是access提供给用户方便对数据库里面的数据操作的一个接口或界面。
通过窗体能够完成的操作有?
2、窗体的记录源
3、窗体的类型及每个类型的特点、
4、窗体的视图及每个视图能够完成的操作。
5、控件的作用及分类。
每个分类的作用。
6、每个控件的特点及作用。
7、窗体属性的修改和控件属性的修改。
常见的窗体属性:
标题,浏览按钮,滚动条,分隔线,最大化最小化按钮,关闭按钮,边框样式,数据源
常见的控件属性:
标题,名称,前景色,可见性,是否有效,tab索引。
8、设置窗体和控件的事件属性。
事件的分类及每种事件的特点。
9、控件的位置控制,控件接受光标顺序的控制。
报表
一、报表的作用
二、报表的组成及每部分的作用。
三、报表的数据源及报表的分类
四、设置报表的排序依据,分组依据。
五、添加计算控件。
添加页码
数据访问页
一、数据访问页的作用。
二、数据访问页控件
宏
一、宏的作用
二、宏的分类
1、操作序列宏2、条件序列宏3、宏组
操作序列宏就是具有一些操作集合的宏。
条件序列宏就是宏里面有条件表达式,运行的时候根据条件是否成立来决定该条件后面的操作是否执行。
如果下面的条件表达式和上面的条件表达式一样,可以用…来表示。
宏组里面有多个宏,可以方便管理宏。
引用宏组里面宏的方式:
[宏组名].[宏名]
2、引用窗体和报表控件值的方式。
Forms!
窗体名!
控件名.[属性名]
Reports!
报表名!
控件名.[属性名]
3、常用宏操作名称。
openForm打开窗体openTable打开表openQuery打开查询runMacro运行宏close关闭某数据库对象。
runSql执行sql语句runApp执行外部应用程序。
quit退出Access。
setValue设置某控件属性值。
requery刷新控件数据。
FindRecord查找满足给定条件的第一条记录。
FindNext
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