计算机体系结构基本概念,指令系统

news2025/2/28 6:44:18

Amdahl定律

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这个定律告诉我们去优化系统中最重要(占比最大)的部分,作业有个问题,是系统中有多个部件可以改进,可改进部分比例的分母是整个任务,并不是独属于部件 i i i的任务,因此扩展的Amdahl定律为 S n = 1 1 − ∑ i = 1 n F i + ∑ i = 1 n F i S i S_n=\frac{1}{1-\sum_{i=1}^{n}F_i+\sum_{i=1}^{n}\frac{F_i}{S_i}} Sn=1i=1nFi+i=1nSiFi1

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CPU性能公式

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RISC思想的精华就是减少CPI,即每条指令的执行时间,同时会缩短时钟周期,而由于每条指令的功能简单了,完成相同的任务RISC需要更多的指令。

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浮点数的表示公式

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由于规格化的要求,尾数的第一位不能为0(基数为2的情况下一定是1),因此尾数第一位仅有 r m − 1 r_m-1 rm1种可能,剩余 m ′ − 1 m'-1 m1位均有 r m r_m rm中可能,因此可表示尾数个数为 r m m ′ − 1 ( r m − 1 ) r_m^{m'-1}(r_m-1) rmm1(rm1)

  • 随着 r m r_m rm增大,可表示最小值减小,可表示最大值增大,可表示数的范围增大了
  • 随着 r m r_m rm增大,可表示数的个数也增大了

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  • 随着 r m r_m rm增大,在与 r m = 2 r_m=2 rm=2表示的浮点数的重叠区域数的密度分布变稀疏了
  • 随着 r m r_m rm增大,数在数轴上的分布越稀疏,数的表示精度下降(不明白,感觉基呈一定倍数关系,比如 r m = 2 , 4 r_m=2,4 rm=2,4两种情形,基为4应该是可以表示2时候的所有数,因为使用的数字增多了,信息熵自然而然增多)
  • 随着 r m r_m rm增大,使得对阶移位的机会和次数减少,数的表示范围扩大,使尾数溢出需要右规的机会也变少,精度损失小
  • 随着 r m r_m rm增大,由于对阶或尾数溢出需右移及规格化需左移的次数减少,运算速度提高

Huffman编码法

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huffman编码只可以很逼近上述的最短平均长度(理论上的最优值),因为受编码的长度必须为整数约束。Huffman编码可以用Amdahl定律的方式来理解,对最频繁出现的指令使用最短的编码(着重优化)。
但是huffman操作码的长度很不规整,硬件译码比较困难,与地址码共同组成固定长度的指令比较困难,因此一般使用扩展编码法,限定几种码长。仍然采用高概率指令使用短码、低概率指令使用长码的Huffman编码思想。

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