高等计算机体系结构期末复习题 概念篇

【计算机体系结构基础概念】 1. **摩尔定律**：摩尔定律是集成电路发展的一个预测，指出集成电路上可容纳的晶体管数目大约每两年会翻一番，这推动了计算机性能的快速提升。 2. **登纳德缩放**：登纳德缩放理论指出，随着晶体管特征尺寸的减小，MOS电源电压也会相应降低，从而保持功率密度的稳定，这是微电子技术进步的基础。 3. **阿姆达尔定律**：阿姆达尔定律用于计算通过改进系统某一部分所能达到的性能提升极限，表明性能改进受限于该部分在整个系统中所占比重。 4. **物联网(IoT)**：物联网是将嵌入式计算机设备通过互联网连接起来的网络，通常采用无线通信，使得物理世界与数字世界相融合。 5. **计算机体系结构**：计算机体系结构描述了计算机系统的基本组成和操作方式，包括指令集架构、微架构、逻辑设计和实现方法。 6. **计算机组织**：计算机组织关注的是硬件组件如ALU（算术逻辑单元）、CPU（中央处理器）、内存和内存组织结构，它们共同决定了计算机的结构和功能。 7. **可靠性（dependability）**：计算机系统的可靠性是指其提供服务的能力，即系统能否持续、稳定地为用户提供预期的服务。 8. **未命中惩罚（miss penalty）**：在缓存系统中，未命中意味着需要从主存中加载数据，未命中惩罚是由此产生的延迟和成本。 9. **未命中时命中（hit under miss）**：在未命中期间，如果能提供部分数据，可以减少未命中带来的延迟，提高系统效率。 10. **写合并（write merging）**：直写缓存策略中，当替换块时，若写缓冲区为空，数据和完整地址会被写入，从处理器角度看，写操作完成。如果缓冲区已有其他修改过的块，新数据可以与之合并，减少写操作次数。 【并行计算和优化】 11. **循环级并行性**：分析循环迭代间是否存在数据依赖，无依赖的循环可以被向量化，即生成向量指令。 12. **向量化（vectorization）**：向量处理器通过减少动态指令带宽，提高处理效率，当编译器生成向量指令并持续运行时，称代码已向量化。 13. **convoy**：一组可以一起执行的向量指令，没有结构上的冲突，执行时间单位称为chime。 14. **chaining**：允许具有先读后写的指令序列在同一convoy中执行，提高并行性。 15. **stride**：向量寄存器中元素之间的间隔，影响数据收集效率。 16. **GPU计算**：在GPU上，计算任务由thread blocks组成，每个block包含多条线程，线程组执行向量化循环的主体。 17. **粒度（grain size）**：分配给线程的计算任务量，影响并行执行的效率。 18. **一致性（coherence）**：定义了读取操作返回的值，涉及同一内存位置的读写行为。 19. **一致性（consistency）**：决定何时返回写入的值，关系到对其他内存位置的读写行为。 20. **写序列化（write serialization）**：确保对同一位置的写入操作按顺序进行，保证数据的一致性。 21. **共享未命中分类**：真共享未命中发生在首次写入导致失效，假共享未命中则因不同字的读写导致额外的缓存未命中。 22. **自旋锁（spin lock）**：一种锁定机制，处理器在等待锁释放时持续检查，直到获取锁，适用于短时锁定和低延迟需求。 23. **顺序一致性（sequential consistency）**：要求任何执行结果都如同每个处理器按顺序执行，不同处理器间的操作任意交错。 24. **超级计算机与服务器**：超级计算机拥有极高的计算能力，可处理大量复杂运算，而服务器是供多个用户共享资源的高性能计算机。 以上概念涵盖了计算机体系结构、并行计算、存储系统和并发控制等关键领域，是期末复习的重要内容。理解和掌握这些概念对于深入学习计算机科学和技术至关重要。