【README】

本文总结自bilibili《计算机组成原理（哈工大刘宏伟）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；

【1】如何提高机器速度

1 提高访存速度
多体并行：对多个存储体进行交叉访问，在一个主存周期中，有多个存储体向cpu提供数据，或 cpu在一个主存周期中访问多个存储器；

2 提高IO和主机之间的传送速度
起初，io和主机之间是采用程序控制方式，该方式下，CPU与外设直接不能并行工作；

2.1 中断： cpu和外部设备可以在部分实现中并行工作，提高了cpu使用率；
2.2 DMA： 直接主存访问；用DMA控制器直接在内存和外设之间进行数据传送；减少cpu在数据传送过程中的占用率；进而提高cpu的使用率；
2.3 通道： DMA可以划分为多个子通道（netty的实现原理）；子通道间可以同时准备数据，但传送需要串行占用cpu周期，进一步提高了IO外设与内存间的数据传输率；
2.4 IO处理机：内存和IO设备间的数据传输，整个传输过程和数据校验过程，完全由IO处理器来做，cpu被独立出来和解放出来，效率会更高；
2.5 多总线：；

【2】系统并行性

1 并行概念
2.1 并发：两个或多个事件在同一时间段发生；
2.2 同时：两个或多个事件在同一时刻发生（时间上相互重叠）；
流水线方式是同时方式的一种；

2 并行性的等级
2.1 过程级；
2.2 指令级；

【3】指令流水原理

2）指令的二级流水

当取指令1完成后，进入执行指令1；这时取指令部件空闲，可以取指令2；
当执行指令1完成后，转而执行指令2，而不是取指令2；这样，取指和执行阶段在时间上完全重叠；指令周期减半，速度提高1倍；

3）影响指令流水加倍的因素：

因素1 执行时间大于取指时间；
因素2 条件转移指令对指令流水的影响：
因为只有当指令执行后，才知道结果，根据结果判断是否转移；如果转移的话，将要执行的指令就不是按序的下一条指令；

4）指令的六级流水

4.1）指令周期被分为6个阶段：

1) FI：取指令；fetch instruction
2) DI：指令译码； decode instruction
3) CO：形成操作数地址；
4) FO：取操作数； fetch operand
5) EI：执行； execute instruction
6) WO：结果写回；write operand

4.2）横轴表示时间；纵轴表示指令；

4.3）由上图可以看出流水线的执行性能优于串行执行（干货）：

完成一条指令需要6个时间单位；

1.串行执行，则完成9条指令，需要54个时间单位；

2.采用六级流水线执行，完成9条指令，仅需要14个时间单位；

5）小结（以m级流水线，n个指令为例）

5.1）m级流水线的含义：同一个时钟周期中最多有m条指令在同时执行；

5.2）本文结论：流水线中指令执行速率是串行方式的 X=m*n/(m+n-1) 倍； 又m可以看做常量，当n取无限大时，则X取m倍，即m级流水线的指令执行速度是串行方式的m倍（干货）；

-- 流水线中指令执行分析过程如下：

第1条指令执行完成的时钟周期是m；

第2条指令执行完成的时钟周期是m+1；

第n条指令执行完成的时钟周期是 m+n-1；（由数学归纳法很简单就可以得出）

-- 串行方式指令执行分析过程：

第1条指令执行完成的时钟周期是m；

第2条指令执行完成的时钟周期是m*2；

第n条指令执行完成的时钟周期是m*n；（由数学归纳法很简单就可以得出）