计算机体系结构复习资料.doc

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1、第一章计算机体系机构的基本概念1.计算机系统结构包括数据表示、机器工作状态、信息保护，不包括主存速度。计算机系统结构应该考虑的内容包括主存容量和编址方式，而主存采用MOS还是TTL器件、主存是采用多体交叉还是单体、主存频宽的确定等都不是计算机系统结构应该考虑的内容。存储器采用单体单字，还是多体交叉并行存取，对系统结构设计是透明的。又如在系列机内推出新机器，不能更改的是原有指令的寻址方式和操作码，而存储芯片的集成度、系统总线的组成、数据通路宽度是可以更改的。系列机是指在一个厂家内生产的具有相同的体系结构，但具有不同的组成和实

2、现的一系列不同型号的机器。2.计算机系统中提高并行性的技术途径有时间重叠、资源重复和资源共享三种。在高性能单处理机的发展中，它的实现基础是流水线。3.软件和硬件在逻辑功能上是等效的，软件的功能可用硬件或固件完成，但性能、实现的难易程度不同。4.Amdahl定律：加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。5.计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，计算机实现是计算机组成的物理实现。6.计算机系统多级层次结构由高到低，依次是应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器

3、语言级和微程序机器级。7.某计算机系统采用浮点运算部件后，使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行某一程序的整体性能提高到原来的5倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。系统加速比=1/(1-可改进比例+可改进比例/部件加速比)5=1/(1-可改进比例+可改进比例/20)可得可改进比例=84.2%8.假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据、如下所示。操作类型程序中的数量/百万条指令改进前的执行时间/周期改进后的执行时间/周期操作11021操作2302015操作335103操作41541（

4、1）改进后，各类操作的加速比分别是多少？（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？操作类型所占比例各类操作的加速比单独改进获得的加速比操作111.1%21.06操作233.3%1.331.09操作338.9%3.331.37操作416.7%41.14多部件改进后的系统加速比=1/(1-（11.1%+33.3%+38.9%+16.7%）+（11.1%/2+33.3%/1.33+38.9%/3.33+16.7%/4）)=2.169.将计算机系统中某一功能的处理速度加快

5、20倍，但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少。方法一：系统加速比=1/(1-可改进比例+可改进比例/部件加速比)=1/(1-.04+0.4/20)=1.613方法二：系统加速比=改进前的时间/改进后的时间=T/(0.6*T+0.4*T/20)=1.61310.计算机系统有3个部件可以改进，这三个部件的加速比如下：部件加速比S1=30，部件加速比S2=20，部件加速比S3=10，（1）如果部件1和部件2的可改进比例为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统的

6、加速比才可以达到10；不可改进部分部件3部件2部件1（2）如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%、20%，3个部件同时改进，那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少。0.4-xx0.30.3（1）改进后的时间T2=0.3*T/30+0.3*T/20+x*T/10+(0.4-x)*T=T/10求得X=0.36（2）假设改进前系统的执行时间为T，3个部件改进前的执行时间是（0.3+0.3+0.2）*T=0.8T，不可改进部分的执行时间是0.2T。3个部件改进后的时间T2=0.3T/30+0.3T/20

7、+0.2T/10=0.045T改进后整个系统的执行时间T总=0.045T+0.2T=0.245T0.2T/0.245T=0.82即系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是0.82。第二章计算机指令集结构设计1.数据表示指的是机器硬件能识别和引用的数据类型。2.操作码优化的目的是缩短指令字长、减少程序总位数、增加指令字表示的信息。3.机器的运算类指令和运算器结构主要是看机器中应当有什么样的数据表示来确定。4.RISC结构的设计原则：（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令；（2）每条指令的功能应尽可能

8、简单，并在一个机器周期内完成；（3）所有指令长度均相同；（4）只有Load和Store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行；（5）以简单有效的方式支持高级语言。第三章流水线技术1.浮点加法指令让“求阶差”、“对阶”、“尾数加”和“规格化”流水，是属于部件级流水。2.在指令的流水解释过程中