计算机系统结构复习要点

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1、计算机系统结构复习要点计算机系统结构是研究软件、硬件和固件的功能分配，确定软件和硬件的分界面，即哪些功能用硬件实现，哪些功能用软件实现。计算机组成（ComputerOrganization）：也称计算机组织，是在明确计算机系统结构分配给硬件的功能与概念性结构之后，研究硬件系统各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器语言级指令的功能与特性。计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部数据流和控制流的组成及其逻辑设计等。计算机实现（ComputerImplementation）:是计算机组成的

2、物理实现。目前，计算机实现所涉及的主要内容包括：（1）处理机、主存等部件的物理结构（2）器件的集成度和速度（3）器件、模块、插件、底板的划分与连接（4）专用器件的设计、微组装技术（5）信号传输、电源、冷却及整机装配技术以及有关的制造工艺和技术等系列机指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列不同型号的计算机。系列机的概念就是指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法。并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。

3、系列机必须保证用户看到的机器属性一致。冯·诺依曼计算机的主要特点如下：（1）机器以运算器为中心。（2）采用存储程序原理。（3）存储器是按地址访问的、线性编址的空间。（4）控制流由指令流产生。（5）指令由操作码和地址码组成。（6）数据以二进制编码表示，采用二进制运算。冯·诺依曼结构两个最重要特征：Ø指令驱动计算机内部的信息流动Ø计算机应用主要面向数值计算和数据处理Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类：Ø单指令流单数据流(SISD)Ø单指令流多数据流(SIMD)Ø多指令流单数据流(MISD)Ø多指

4、令流多数据流(MIMD)四种定量分析技术的概念，及其相关计算：运用Amdahl定量的计算，CPI的计算大概率事件优先原则：对于大概率事件（最常见的事件），赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。Amdahl：优化某部件所获得的系统性能的改善程度，取决于该部件被使用的频率，或所占总执行时间的比例。T0为改进前的系统的总执行时间；Fe表示可改进部分比例；Se表示改进部分的加速比。【例1.2】若将计算机系统中某一部件的处理速度提高8倍，该部件处理时间占整个系统运行时间的60%。试问该部件的处

5、理速度提高后，整个系统的性能提高了多少？解：根据题意，Se=8，Fe=60%，则CPI=执行程序所需的时钟周期数／ICIC：所执行的指令条数CPU时间=IC×CPI×时钟周期时间数据表示：能由机器硬件直接识别、可以被指令系统直接调用的数据类型。通常是最常用，相对比较简单的、用硬件实现相对比较容易数据类型。数据结构：面向系统软件、应用领域所需要处理的各种数据类型。研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应的算法。数据表示和数据结构都是数据类型的子集。浮点数：sm：是尾数的符号位，占用一

6、位；se：是阶码的符号位，占用一位；e：是阶码的值，占用q位；m：是尾数的值，占用p位。指令格式优化设计标准：（1）节省程序的存储空间。（2）指令字格式具有规整性，对相似的操作做相同的规定。（3）指令格式的对称性。（4）指令的高效性。指令格式：操作码+地址码指令分类：零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令。操作码的设计方法：固定操作码、Huffman编码，扩展编码RISC计算机的特点：（1）大量使用通用寄存器。（2）精简指令书目并简化其结构。（3）优化的编译系统。（4）芯片大量使用硬布线逻辑

7、。（5）为了保证指令可以不间断地传送给cpu，很多采用RISC技术的系统都设置有高速缓存。存储器是计算机的核心部件，其性能关系到整个计算机系统性能的高低存储器层次的三个性能：S──容量TA──访问时间C──每位价格虚拟存储器的工作原理：把程序分割成若干较小的段或页，用映像表指明该程序的某段或页是否已装入主存。程序执行时，查映像表将程序虚地址变换成实际主存地址。针对页式虚拟存储器判断页面的失效情况，并能够计算出虚-实地址的对应关系页式虚拟存储器的性能分析提高虚拟存储器性能关键在于主存的命中率H的提高。

8、对于某道程序来说，影响主存命中率H的主要因素包括：a．程序在执行过程中的页地址流的分布情况；b．所采用的页面替换算法；c．页面的大小：当页大小增加到一定值时，命中率反而降低，这是因为页数减少了。d．主存容量：当主存容量增加到一定时，主存容量对命中率H的提高影响不大了。e：页面调度算法  调度方式：（1）分页方式：一次装入运行，命中率为100%，但主存的利用率会降低。（2）请求页式：当需要时才从硬盘装入主RAM。这种方法RAM的利用率高，但命中率不太高。 （3）预取式＋