408备考笔记

记录向，记录备考学习过程中的疑问和解答。

注：本人容易抠字眼和部分专有名词较真，大部分也都是这类问题

组成原理——Cache

Q：为什么在 寄存器→Cache→主存→外存 这个储存上写一个英文名字？Cache是什么？写中文名不行吗？为什么考题中计算Cache未命中需要去主存查找的损耗时间叫做“缺失代价”？为什么不能叫“缺失时间”或者“损耗时间”？平均访问时间AMAT的计算公式：命中时间+缺失率×缺失代价是什么意思？为什么不能是命中率×命中时间+缺失率×(命中时间+缺失代价)？

A：Cache（高速缓存）

Cache 来自法语 cacher，意思是“隐藏、藏起来”。

早期计算机里，它就是一个“藏起来的快速小仓库”，所以叫 Cache。

中文翻译成“高速缓存”是意译，但：

• 太长了，说“高速缓存”不如说 Cache 方便；
• 业界习惯用英文；
• 类似 CPU、RAM、I/O，大家都直接用缩写。

所以不是非用英文，而是约定俗成。

把他叫做“Cache”或“高速缓存”都可以，考试里简答题最好写“Cache（高速缓存）”。

为什么叫“缺失代价”，英文是 miss penalty。

• miss：缺失，没在 Cache 里找到。
• penalty：惩罚、代价、损失。

合起来就是：

因为缺失，导致不得不额外付出的时间代价。

它不叫“额外时间”，是因为在体系结构里，缺失不仅多花时间，还可能：

• 占用总线；
• 浪费带宽；
• 增加功耗；
• 阻塞流水线。

所以用一个更抽象的“代价”来概括。

但考试里，它基本就是额外花的时间，考试只考额外花的时间。
在考试时可以把它理解成：

缺失代价 = 缺失时额外花的时间。
考试时叫它“额外时间”也没问题，意思一样。非考试时需要记得还有其他损耗

平均访问时间AMAT的计算公式：

标准公式：AMAT=命中时间+缺失率×缺失代价

• 每次都要花 1ns 查 Cache。
• 20% 的情况，再多花 50ns 去主存。

我觉得记忆起来很奇怪。

根据Cache的原理：访问数据时先访问Cache，假设消耗2ns，找到后（俗称命中后）即可使用，而找到的概率是80%。若没有找到（俗称未命中），就需要去主存寻找，去主存寻找较慢，假设在主存消耗的时间为50ns，这50ns叫做缺失代价，没有找到的概率也就是20%，这20%叫做缺失率，那么平均访问时间也就是80%的只花了2ns和20%的花了52ns，也就是：

我自己理解的计算公式：AMAT=命中率×命中时间+缺失率×(命中时间+缺失代价)

标准公式更简洁，但我理解的公式计算出来也没有错误，可以按自己理解的来。

组成原理：I/O中断

Q：I/O代表的是输入输出，中断是中断，I/O不一定产生中断，中断也不全是I/O产生的，也会有别的产生原因，那I/O和中断是什么关系？

A：“中断”是一个大机制，“I/O 中断”只是这个机制里的一种具体来源

不是只学 I/O 中断，也不是中断只由I/O造成，只是 输入/输出（I/O）所造成的中断是考试重点，所以经常提到还会单独拿出来说，其他的较为少考，提到较少，并不代表没有其他中断

因为：

1. I/O 操作慢，最需要中断来通知 CPU；
2. 操作系统管理 I/O 主要靠中断；
3. 考试里“中断控制 I/O 方式”是高频简答。

要学：

• I/O 中断：外设完成 I/O 后通知 CPU。
• 时钟中断：时间片轮转，进程调度。
• 缺页异常：虚拟存储器里，页不在内存，需要从磁盘调入。
• 系统调用/陷阱：用户程序请求 OS 服务。
• 除零、溢出、非法指令：内部异常。

中断类型分为：