计算机系统结构
计算机体系结构知识点
第一章计算机体系结构得基本概念1 计算机系统结构得经典定义程序员所瞧到得计算机属性，即概念性结构与功能特性。
2 透明性在计算机技术中，把这种本来存在得事物或属性，但从某种角度瞧又好像不存在得概念称为透明性。
3 系列机由同一厂家生产得具有相同系统结构、但具有不同组成与实现得一系列不同型号得计算机。
4 常见得计算机系统结构分类法有两种：Flynn 分类法、冯氏分类法Flynn 分类法把计算机系统得结构分为4 类：单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)5 改进后程序得总执行时间系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比6CPI(Cycles Per Instruction ):每条指令执行得平均时钟周期数CPI = 执行程序所需得时钟周期数／IC7 存储程序原理得基本点：指令驱动8冯•诺依曼结构得主要特点1 以运算器为中心。
2 在存储器中，指令与数据同等对待。
指令与数据一样可以进行运算，即由指令组成得程序就是可以修改得。
3 存储器就是按地址访问、按顺序线性编址得一维结构，每个单元得位数就是固定得。
4 指令得执行就是顺序得5 指令由操作码与地址码组成。
6 指令与数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。
9 软件得可移植性一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。
差别只就是执行时间得不同。
我们称这两台计算机就是软件兼容得。
实现可移植性得常用方法:采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。
软件兼容：向上（下）兼容：按某档机器编制得程序，不加修改就能运行于比它高（低）档得机器。
向前（后）兼容：按某个时期投入市场得某种型号机器编制得程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场得机器。
向后兼容就是系列机得根本特征。
兼容机：由不同公司厂家生产得具有相同系统结构得计算机。
10 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
计算机体系结构
计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件、软件和数据组成的结构体系。
它涵盖了计算机内部各个部件的组织方式，以及它们之间的连接和交互方式。
计算机体系结构的设计与实现直接影响计算机的性能、可靠性和可扩展性。
I. 介绍计算机体系结构是计算机科学中的重要研究领域，它关注的是在硬件和软件层面上如何组织计算机系统，以实现高性能、可靠性、可扩展性等要求。
计算机体系结构的研究内容广泛，包括指令集架构、处理器设计、内存层次结构、输入输出系统等等。
II. 指令集架构指令集架构是计算机体系结构的核心部分，它定义了计算机的指令集以及执行这些指令的方式。
指令集架构一般分为精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）两种。
RISC架构追求指令集的简洁和规整，通过减少指令的种类和提高指令的执行效率来提高计算机的性能。
而CISC架构则倾向于提供更多且复杂的指令，以方便编程和提高代码的密度。
III. 处理器设计处理器是计算机的核心部件，它执行指令、进行数据处理和控制计算机的各个部分。
处理器设计的目标是提高计算速度和性能，并支持更多的并行计算。
现代处理器常采用流水线、超标量、乱序执行等技术，以提高指令的执行效率。
除了性能，处理器设计还需要考虑功耗、散热等问题。
IV. 内存层次结构计算机的内存层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储等层次。
这些层次的设计目的是提供多级别的存储，以满足不同速度和容量要求的数据访问。
其中，高速缓存是处理器与主存之间的缓冲存储器，它通过存储最常用的数据和指令，减少了处理器对主存的访问次数，提高了数据访问速度。
V. 输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行通信的接口，它负责将数据传输到或从外部设备传输到计算机。
现代计算机的输入输出系统包括各种接口标准和协议，如USB、HDMI、以太网等。
输入输出系统的设计需要考虑数据传输速度、可靠性和兼容性等因素，以满足不同的应用需求。
VI. 发展趋势计算机体系结构领域一直在不断发展和创新。
简述计算机系统的结构
简述计算机系统的结构
计算机系统的结构可以分为以下几个层次：
1. 硬件层：计算机系统的物理设备，包括处理器、内存、硬盘、输入设备和输出设备等。
2. 操作系统层：管理计算机硬件资源的软件，提供文件管理、进程管理、设备管理等基本功能。
3. 应用软件层：运行在操作系统之上的软件，包括办公软件、游戏、浏览器等。
4. 用户界面层：用户与计算机系统交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面等。
5. 网络通信层：支持计算机系统之间的通信和数据交换，包括网络协议、通信接口等。
这些层次之间相互协作，共同构成了一个完整的计算机系统。
其中，硬件层是计算机系统的基础，操作系统层是计算机系统的核心，应用软件层是计算机系统
的功能体现，用户界面层是计算机系统与用户之间的桥梁，网络通信层则是计算机系统与外部世界之间的联系纽带。
计算机系统的逻辑组成结构
计算机系统的逻辑组成结构计算机系统是由硬件和软件两部分组成的。
其中，硬件是指计算机的物理设备，而软件是指运行在计算机上的程序和数据。
计算机系统的逻辑组成结构是指计算机系统中各个组成部分之间的逻辑关系和功能划分。
一、中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）中央处理器是计算机系统的核心，负责执行各种指令和进行数据处理。
它由控制器和运算器两部分组成。
控制器负责指令的解析和执行，运算器负责数据的运算和处理。
中央处理器通过控制总线、数据总线和地址总线与其他硬件设备进行通信。
二、存储器存储器是计算机系统中用于存储数据和程序的设备。
根据存取方式的不同，存储器可以分为随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）。
RAM用于存储临时数据和程序，而ROM用于存储固定的程序和数据。
三、输入设备输入设备用于将外部数据或指令输入到计算机系统中。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
输入设备将输入的数据转化为计算机可以识别和处理的形式，并通过输入接口传输给计算机系统。
四、输出设备输出设备用于将计算机系统处理后的数据或结果输出到外部环境中。
常见的输出设备有显示器、打印机、投影仪等。
输出设备将计算机系统的输出信号转化为人类可以理解的形式，并通过输出接口传输给外部环境。
五、外部存储器外部存储器用于扩展计算机系统的存储容量，可以独立于计算机系统进行数据的存储和读取。
常见的外部存储器有硬盘、光盘、U盘等。
外部存储器通过接口与计算机系统进行数据的传输和交换。
六、总线总线是计算机系统中各个硬件设备之间传输数据和信号的通道。
根据功能和传输速率的不同，总线可以分为数据总线、控制总线和地址总线。
数据总线用于传输数据，控制总线用于传输控制信号，地址总线用于传输设备地址。
七、操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机系统的各个硬件和软件资源。
计算机专业的计算机体系结构
计算机专业的计算机体系结构计算机体系结构是计算机科学与技术中一个重要的领域，它研究计算机的组成、架构和设计原理。
计算机体系结构与计算机组成原理有密切关系，是计算机硬件设计的核心内容之一。
本文将从计算机体系结构的定义、基本原理以及实际应用等方面进行论述。
一、计算机体系结构的定义和目标计算机体系结构是指计算机的硬件和软件组成的总体结构，它包括计算机的处理器、存储器、I/O设备等各个组件以及它们之间的连接方式和控制方式。
计算机体系结构的目标是提供一种满足用户需求的高性能、可靠、可扩展和可移植的计算机系统。
二、计算机体系结构的基本原理1.冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的基本原理之一。
它采用存储程序的概念，将数据和指令存储在同一存储器中，通过控制器和运算器对数据进行处理。
这种体系结构具有指令流和数据流的特点，简化了计算机的设计和程序的编写。
2.并行处理并行处理是指利用多个处理器同时处理多个任务或多个部分任务的技术。
并行处理可以提高计算机的性能和吞吐量，实现更快的数据处理和更高的效率。
常见的并行处理方式包括向量处理、流水线处理和多核处理等。
3.存储器层次结构存储器层次结构是计算机体系结构中的一个重要概念。
它通过不同速度和容量的存储器层次来提供高速缓存和大容量存储器的组合，以满足计算机系统对数据存取的要求。
存储器层次结构的设计需要权衡存储器性能、成本和功耗等因素。
三、计算机体系结构的实际应用1.超级计算机超级计算机是计算机体系结构中性能最高的一类计算机。
它通常由多个处理器、大容量存储器和高性能的I/O设备构成，用于处理科学计算、工程分析和大规模数据处理等高性能计算任务。
2.嵌入式系统嵌入式系统是计算机体系结构中应用广泛的一类系统。
它将计算机技术与各种工程技术相结合，嵌入到各种设备和系统中，具有实时性、稳定性和低功耗的特点。
嵌入式系统广泛应用于智能手机、汽车、医疗设备等领域。
计算机系统体系结构
计算机系统体系结构计算机系统体系结构是指计算机硬件和软件之间的组织结构，它是计算机系统的基础。
计算机系统体系结构包括计算机的组成部分、它们之间的连接方式、数据传输方式、指令集和操作系统等。
计算机系统体系结构的设计和实现对计算机的性能、可靠性、安全性和可维护性等方面都有着重要的影响。
计算机系统体系结构的组成部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备（I/O设备）和总线等。
中央处理器是计算机系统的核心部件，它负责执行指令、控制计算机的运行和处理数据。
内存是计算机系统中存储数据和程序的地方，它是计算机系统的重要组成部分。
输入输出设备是计算机系统与外部世界交互的方式，它包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
总线是计算机系统中各个组成部分之间传输数据和指令的通道，它是计算机系统的重要组成部分。
计算机系统体系结构的连接方式包括并行连接和串行连接。
并行连接是指多个设备同时连接到计算机系统中，它可以提高计算机系统的处理速度和效率。
串行连接是指一个设备连接到计算机系统中，它可以减少计算机系统的复杂度和成本。
计算机系统体系结构的数据传输方式包括同步传输和异步传输。
同步传输是指数据在固定的时间间隔内传输，它可以提高数据传输的稳定性和可靠性。
异步传输是指数据在不固定的时间间隔内传输，它可以提高数据传输的灵活性和效率。
计算机系统体系结构的指令集是计算机系统中的指令集合，它是计算机系统的重要组成部分。
指令集包括操作码和操作数，它可以控制计算机系统的运行和处理数据。
指令集的设计和实现对计算机系统的性能、可靠性和安全性等方面都有着重要的影响。
计算机系统体系结构的操作系统是计算机系统中的软件系统，它是计算机系统的重要组成部分。
操作系统可以管理计算机系统的资源，控制计算机系统的运行和处理数据。
操作系统的设计和实现对计算机系统的性能、可靠性和安全性等方面都有着重要的影响。
计算机系统体系结构是计算机系统的基础，它对计算机系统的性能、可靠性、安全性和可维护性等方面都有着重要的影响。
计算机系统组成是什么
计算机系统组成是什么计算机系统是如何组成的计算机系统是由多个不同组件、部件和技术构成的复杂系统。
每个组件都有特定的功能和目的，合在一起形成了一个完整的计算机系统。
计算机系统的组成主要包括以下几个方面：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、操作系统和应用软件。
1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机系统的核心，负责执行程序和处理数据。
它通常由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指挥和协调系统的各个部件，实现程序的顺序执行，而算术逻辑单元则负责执行算术和逻辑运算。
2. 存储器：存储器用于存储数据和程序。
计算机存储器层次结构分为主存储器和辅助存储器。
主存储器通常是使用半导体材料制造的随机访问存储器（RAM），用于存储当前正在运行的程序和处理的数据。
而辅助存储器（如硬盘、固态硬盘和光盘等）则用于长期存储数据和程序。
3. 输入输出设备：输入输出设备用于与外部世界进行交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等，用于将数据和命令输入到计算机系统中。
而输出设备如显示器、打印机和音频设备等则用于将计算机系统处理的结果反馈给用户。
4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，它协调和管理计算机系统的各个硬件和软件资源。
操作系统负责分配CPU时间、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。
常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。
5. 应用软件：应用软件是用户使用计算机系统解决问题和完成工作的工具。
它包括各种办公软件、娱乐软件、图形设计软件、数据库管理软件等。
应用软件使用户能够利用计算机系统的功能实现各种任务和目标。
计算机系统的组成是一个相互协作的整体。
中央处理器通过存储器获取指令和数据进行处理，然后将结果输出到输出设备中显示给用户。
操作系统负责管理各个组件的资源和协调他们之间的通信。
应用软件则建立在操作系统之上，充分利用计算机系统的硬件和操作系统提供的功能。
另外，计算机系统的组成还涉及到计算机体系结构、总线技术、输入输出控制等方面。
计算机体系结构
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构是指机器语言程序的设计者或是编译程序设计者所看到的计算机系统的概念性结构和功能特性。
Amdahl所定义的体现结构是指程序员面对的是硬件的系统。
所关心的是如何合理的进行软硬件功能的分配。
计算机系统结构是指机器语言级的程序员所了解的计算机的属性，即外特性。
可以包含数据表示，寄存器定义、数量、使用方式，指令系统，中断系统，存存储系统，IO系统等。
计算机组成是计算机结构的逻辑实现。
可以包含数据通路宽度，专用部件设置，缓冲技术，优化处理等。
计算机的实现是指其计算机组成的物理实现。
包括处理机，主存部件的物理结构，器件的集成度，速度的选择，模块、硬件、插件底板的划分和连接。
从使用语言的角度，可以把计算机系统按功能从高到低分为7级：0应用语言机器级、1高级程序语言机器级、2汇编语言机器级、3操作系统机器级、4传统机器语言机器级、5微程序机器级和6电子线路级。
3～6级为虚拟机，其语言功能均由软件实现。
硬件功能分配的基本原则：（1）功能要求。
首先是应用领域对应的功能要求，其次是对软件兼容性的要求；（2）性能要求。
如运算速度，存储容量，可靠性，可维护性和人机交互能力等；（3）成本要求。
体系结构设计的方法有三种：由上而下－从考虑如何满足应用要求开始设计；由下而上－基于硬件技术所具有的条件；由中间开始的方法。
体系设计的步骤：需求分析、需求说明、概念性设计、具体设计、优化和评价。
计算机体系结构的分类：（1）弗林FLYNN分类法：按指令流和数据流将计算机分为4类：①单指令流、单数据流－Single Instruction Stream Single Data Stream，SISD。
计算机，即传统的单处理机，通常用的计算机多为此类，如脉动阵列计算机systolic array；②单指令流、多数据流－Multiple，SIMD。
典型代表是并行处理机。
其并行性在于指令一级。
如ILLIAC、PEPE、STARAN、MPP等；③MISD计算机；④MIMD计算机。
计算机的体系结构
计算机的体系结构计算机的体系结构是指计算机硬件系统整体组成的结构形式，主要包括硬件组成、指令系统、运算方式和数据路径等。
以下将从四个方面详细介绍计算机的体系结构。
1. 硬件组成计算机的硬件组成主要包括输入设备、输出设备、存储设备和中央处理器（CPU）等。
输入设备主要包括键盘、鼠标、扫描仪等，用于将人类活动转化为计算机可以理解的形式。
输出设备主要包括显示器、打印机等，用于将计算机的结果转化为人类可以理解的形式。
存储设备主要包括硬盘、U盘、内存等，用于存储计算机的数据和程序。
CPU是计算机的核心部件，主要负责计算、控制和存储数据等操作。
2. 指令系统指令系统是计算机执行程序的基础，它决定了计算机可以执行哪些操作以及如何执行。
不同的计算机有不同的指令系统，但它们大多都包括算术逻辑指令、数据传送指令、控制指令等。
算术逻辑指令主要用于完成数值运算和逻辑运算，数据传送指令用于将数据从一个位置传送到另一个位置，控制指令用于控制程序的执行流程。
3. 运算方式计算机的运算方式主要包括定点运算、浮点运算、矢量运算和并行运算等。
其中，定点运算主要用于整数运算，浮点运算用于实数运算，矢量运算用于计算向量和矩阵等复杂数据结构，而并行运算则可以同时执行多个指令，提高计算机的运算速度。
4. 数据路径数据路径是指计算机中用于传输数据和指令的路径。
它由总线、寄存器、运算器等组成。
总线主要用于将计算机各部件之间的数据传输，寄存器用于存储指令和数据，运算器用于执行指令操作。
在数据路径中，还有许多重要的部件如ALU（算术逻辑单元）、Cache（高速缓存）、MMU（内存管理单元）等等，它们的设计和性能都对计算机的整体性能有着决定性的影响。
综上所述，计算机的体系结构是计算机硬件系统整体组成的结构形式，主要包括硬件组成、指令系统、运算方式和数据路径等。
对于计算机发展和应用的推动具有重要意义，同时，也能够为我们理解计算机的工作原理提供重要帮助。
计算机体系结构
计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。
以下是一些主要的知识点：
1. 存储程序计算机（冯诺依曼型）：这种类型的计算机包括运算器、存储器、输入输出设备和控制器四部分。
它以运算器为中心，采用存储程序原理，即程序（指令）和数据放在同一存储器中。
此外，存储器按地址访问，控制流由指令流产生，指令由操作码和地址码组成，数据以二进制代码表示。
2. 程序员所看到的机器属性：这包括数据表示，即硬件能直接辨认和处理的数据类型；寻址规则，包括最小寻址单元，寻址方式及其表示；寄存器定义，包括各种寄存器的定义，数量和使用方式。
3. 指令系统：指令系统是计算机中用来计算和控制的命令集合。
4. 流水线技术：这是一种提高处理器执行指令速度的技术，将指令执行过程分解为多个阶段，并让各阶段的操作重叠进行。
5. 存储层次：存储层次是指把内存划分为不同的等级，以满足不同的存储需求。
6. 输入输出系统：这是负责计算机与外部信息交互的部分。
7. 多处理机和非冯-洛依曼型计算机：这些是计算机体系结构中的高级主题。
计算机体系结构
计算机体系结构
计算机体系结构是指计算机系统中由硬件和软件组成的总体架构，它是计算机系统结构的核心。
其组成部分有如下：
一、中央处理单元(CPU)：
CPU是计算机系统的核心单元，它负责执行程序指令、执行运算、管理程序的运行等功能。
CPU可以分为两个部分，一部分是控制单元，另一部分是运算单元。
控制单元负责管理指令的执行，运算单元负责计算和记录数据。
二、主存储器：
主存储器是计算机内部最重要的一部分，它把程序和数据存储在一个可以轻易访问的位置。
主存储器中存储的数据和指令会被CPU提取，然后被执行。
三、输入设备：
输入设备是将外部信息传入到计算机系统中的设备，它可以帮助用户将文字、图片、声音、视频等信息输入到计算机系统中。
常见的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪、摄像头等。
四、输出设备：
输出设备是将计算机中处理后的结果传送到外部的设备，它可以帮助用户将文字、图片、声音、视频等信息输出到外部。
常见的输出设备有显示器、打印机、喇叭等。
五、存储设备：
存储设备是一个用于存储数据或信息的设备，它能够在计算机系统和外部之间进行数据的传输，以便保存和备份数据。
常见的存储设备有U盘、硬盘、闪存盘等。
六、网络设备：
网络设备是一种连接计算机网络的电子设备，它可以帮助构建和维护网络。
由于网络设备可以提高网络的可靠性和安全性，所以它也被称为“神奇的桥梁”。
常见的网络设备有路由器、交换机、集线器等。
计算机体系结构是一种复杂而完备的系统架构，它具有功能完善、稳定可靠、计算能力强等特点。
以上就是计算机体系结构的主要组成部分。
计算机体系结构的基础知识
计算机体系结构的基础知识计算机体系结构是计算机科学的核心概念之一，它描述了计算机硬件和软件之间的关系，以及数据在计算机中的处理方式。
本文将介绍计算机体系结构的基础知识，包括计算机硬件组成、指令集架构和存储体系结构等方面。
一、计算机硬件组成计算机硬件是构成计算机体系结构的基本组成部分，主要包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备等。
中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和进行数据处理。
内存是计算机的临时存储器，用于存放程序和数据。
输入输出设备用于和外部环境进行数据交互。
存储设备用于长期保存程序和数据。
二、指令集架构（ISA）指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口规范，定义了硬件对软件提供的指令集。
指令集架构分为两种类型：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
CISC架构的指令集较为复杂，一条指令可以完成多个操作，而RISC架构的指令集较为简单，每条指令只能完成一个操作。
三、存储体系结构存储体系结构是指计算机中用于存储程序和数据的组织方式。
常见的存储体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
冯·诺依曼体系结构将指令和数据存储在同一个存储器中，而哈佛体系结构则将指令和数据分开存储在不同的存储器中。
四、并行处理并行处理是指同时进行多个任务或操作的计算方式，可以提高计算机的处理能力。
常见的并行处理方式包括向量处理、多处理器和多核处理器等。
向量处理将一组数据作为一个向量进行操作，多处理器同时执行不同的任务，而多核处理器则将多个处理器集成在一个芯片上。
五、存储器层次结构存储器层次结构描述了不同速度和容量的存储器之间的关系，从高速缓存到主存再到辅助存储器。
高速缓存是位于CPU内部的小容量、速度较快的存储器，主要用于缓存CPU频繁使用的数据和指令。
主存是存放程序和数据的主要存储器，辅助存储器是存放大容量数据和程序的外部存储器。
六、总线结构总线结构是计算机中用于数据传输的通信系统，将不同组件之间的数据进行传送。
计算机系统结构
1.系统结构基础知识1.1有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分4级。
每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。
若执行第1级的一条指令需Kns时间，则执行第2、3、4级的一条指令各需要多少时间？【分析】注意“上一级”与“下一级”的关系，上一级程序在下一级上的实现不是经翻译完成，只能是解释。
【参考答案】解：执行第1级的一条指令需Kns时间执行第2级的一条指令需KNns时间执行第3级的一条指令需KN2ns时间执行第4级的一条指令需KN3ns时间执行第n级的一条指令需KN n-1ns时间1.2有一计算机系统，可以按功能划分4级。
每一级的指令互不相同。
每一级的指令都比下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段程序在第1级上运行需要Ks，问在第2、3、4级上一段等效的程序各需要运行多长时间？【分析】从指令功能意义上讲，每级的单条指令需下级N条指令来完成，从效能意义上讲，每级的指令都比下一级的指令强M倍，若某级上运行需Ks，则下一级上运行需KN/Ms。
【参考答案】解：在第2级上一段等效的程序需要运行时间为: (N/M)Ks在第3级上一段等效的程序需要运行时间为: (N/M)2Ks在第4级上一段等效的程序需要运行时间为: (N/M)3Ks1.3什么是透明性概念？对于计算机系统结构，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？存储器的模m交叉存取、浮点数据表示、I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式、数据总线宽度、字符行运算指令、阵列运算部件、通道是采用结合型还是独立型、PDP-11系列的单总线结构、访问方式保护、程序性中断、串行、重叠还是流水控制方式、堆栈指令、存储器最小编址单位、Cache存储器。
【分析】凡是属于编写机器语言和汇编语言程序所必须面对的内容，都是不透明的。
或者说有关系统结构属性所包括的内容，对系统结构都不透明。
计算机体系结构
第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。
第0级由硬件实现，第1级由微程序（固件）实现，2—6级机器由软件实现。
2、透明性现象：一种本来存在的有差异的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。
3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。
4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第随不同机器而变化的，且三者之间的界限越来越模糊。
5、系统结构分类①按“流”分：SISD单指令流单数据流，SIMD单指令流多数据流，MISD多指令流单数据流，MIMD多指令流多数据流。
Flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数）概念进行分类。
缺点：对于标量及向量流水计算机应属于哪一类系统，不是很明确。
②按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件PCU的个数是K，算术逻辑部件ALU/处理部件PE的个数是d，每个ALU包含基本逻辑线路ELC 的套数是w。
T系统型号=（k，d，w）。
③按“并行度”分类：WSBS字串位串，WPBS字并位串，WSBP字串位并，WPBP字并位并。
6、*Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高取决于这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。
实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。
加速比与两个因素有关：一是计算机执行某个人物的总时间中可被改进部分的时间所占的百分比，Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间，它总小于1；二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于1。
计算机系统结构(ComputerArchitecture)
02 中央处理器(CPU)
CPU的基本组成
运算器
执行算术和逻辑运算操作，处理数据。
寄存器
存储数据和指令，提供快速访问。
控制器
控制计算机各部件协调工作，发出控制信号。
指令集
一组指令集合，用于实现计算机的基本操作。
CPU的主要功能
数据处理
执行算术和逻辑运算，处理数据。
指令执行
解释和执行程序中的指令。
通道方式：通过独立的通道处 理输入输出操作，提高系统的 效率。
I/O设备的发展趋势
高速化
提高设备的传输速度，满足大数据处理的需 求。
智能化
设备具有更高的自主性和智能性，能够自动 完成更多的任务。
网络化
设备通过多个设备共享物理设备 的资源，提高设备的利用率。
CPU的发展趋势
多核化
通过增加核心数量提高处理能力。
并行化
采用多线程、多进程等技术提高并行 处理能力。
微处理器定制化
根据特定应用需求定制处理器。
节能环保
降低功耗，提高能效比，实现绿色计 算。
03 存储器系统
存储器的基本组成
数据存储单元
用于存储二进制数据，通常由晶体管组成。
地址存储单元
用于存储存储单元的地址，通过地址码来识别存 储单元。
计算机系统结构 (computerarchitecture)
contents
目录
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 计算机系统结构的发展趋势
01 计算机系统概述
计算机系统的基本组成
01
02
03
硬件
包括中央处理器、存储器、 输入输出设备等，是计算 机系统的物理基础。
计算机系统的组成
计算机系统的组成计算机系统是现代社会不可或缺的一部分，它由多个组件组成，包括硬件和软件。
本文将详细介绍计算机系统的组成，包括其硬件和软件两个方面。
一、硬件组成1.中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心，负责执行计算机程序中的指令。
它由控制器和运算器组成，控制器负责指令的解码和执行，运算器负责算术和逻辑运算。
2.存储器存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的部分。
它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储正在运行的程序和数据，而ROM则存储计算机启动时需要的程序和数据。
3.输入设备输入设备是用户与计算机系统交互的接口，它将用户输入的数据传输到计算机系统中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等。
4.输出设备输出设备是计算机系统向用户展示结果的设备，它将计算机处理后的数据以可视化的形式展示给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
5.总线总线是计算机系统中各个组件之间传输数据的通道。
它包括数据总线、地质总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地质总线用于传输内存地质，控制总线用于传输控制信号。
二、软件组成1.操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，它负责管理计算机硬件资源，提供用户与计算机硬件交互的接口，以及执行计算机程序。
常见的操作系统包括Windows、Linux和macOS等。
2.应用软件应用软件是为满足用户特定需求而设计的软件。
它包括办公软件、图像处理软件、视频播放软件等。
应用软件通常运行在操作系统之上，利用操作系统的资源来完成特定的任务。
3.编程语言和开发工具编程语言和开发工具是计算机系统的重要组成部分，它们为开发者提供了编写、测试和调试程序的环境。
常见的编程语言包括C、Java、等，常见的开发工具包括Eclipse、VisualStudio等。
4.驱动程序驱动程序是计算机系统中用于控制硬件设备的软件。
它负责将操作系统和硬件设备之间的通信进行转换，使得操作系统可以正确地识别和使用硬件设备。
计算机系统结构大纲
计算机系统结构大纲计算机系统结构的大纲通常包括以下几个方面：1. 计算机硬件：介绍计算机系统的硬件组成部分，如中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
包括硬件的功能和特点，以及它们之间的连接方式和数据传输原理。
2. 指令系统和编程语言：介绍计算机的指令系统和编程语言，包括指令的分类、指令的执行过程、寻址方式、寄存器的使用等。
同时还可以介绍常用的编程语言和编程范式。
3. 存储系统：介绍计算机的存储器层次结构，包括主存储器、辅助存储器和缓存等。
涵盖存储器的组织方式、存取速度、容量等方面的知识。
4. 输入输出系统：介绍计算机系统与外部设备进行数据交互的过程，包括输入设备、输出设备和存储设备等。
可以涉及输入输出接口的工作原理、数据传输方式等。
5. 中断系统和异常处理：介绍计算机系统中的中断机制和异常处理机制，包括中断的分类、中断向量表的建立、中断服务程序的执行流程等。
同时还可以介绍异常处理的原理和常见的异常类型。
6. 性能评价与优化：介绍计算机系统性能评价的方法和指标，如响应时间、吞吐量等。
同时可以介绍性能优化的技术和策略，如流水线技术、并行处理等。
7. 多核与并行处理：介绍多核处理器和并行处理的概念、原理和应用。
包括多核处理器的架构、并行算法和并行程序设计等。
8. 系统总线和输入输出设备：介绍计算机系统中的总线结构和输入输出设备的工作原理。
涉及总线的分类、总线传输方式和输入输出设备的接口标准等知识。
9. 操作系统支持：介绍操作系统对计算机系统结构的支持，包括进程管理、内存管理、文件系统等方面。
可以涉及操作系统的基本原理和常见的操作系统类型。
以上仅为计算机系统结构大纲的一些主要内容，具体的大纲会根据教学目标和课程安排可能有所不同。
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计算机系统结构课后习题第一章计算机系统结构的基本概念5.从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生器；条件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器。
答：透明的有：指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先进先出链、移位器、主存地址寄存器。
6.下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲寄存器。
答：对系统程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；Cache存储器；指令缓冲寄存器；对应用程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；Cache存储器；指令缓冲寄存器；虚拟存储器；程序状态字；“启动I/O”指令。
note:系列机各档不同的数据通路宽度、Cache存贮器、指令缓冲寄存器属于计算机组成，对系统和程序员和应用程序员都是透明的。
虚拟存贮器、程序状态字、“启动I/O”指令，对系统程序员是不透明的，而对应用程序员却是透明的。
“执行”指令则对系统程序员和应用程序员都是不透明的。
8. 实现软件移植的主要途径有哪些?分别适用于什么场合?各存在什么问题?对这些问题应采取什么对策?如果利用计算机网络实现软件移植,计算机网络应当如何组成?第二章数据表示与指令系统1.数据结构和机器的数据表示之间是什么关系？确定和引入数据表示的基本原则是什么？答：数据表示是能由硬件直接识别和引用的数据类型。
数据结构反映各种数据元素或信息单元之间的结构关系。
数据结构要通过软件映象变换成机器所具有的各种数据表示实现，所以数据表示是数据结构的组成元素。
不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性不同。
数据表示和数据结构是软件、硬件的交界面。
除基本数据表示不可少外，高级数据表示的引入遵循以下原则：（1）看系统的效率有否提高，是否养活了实现时间和存储空间。
（2）看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否高。
3.堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么？堆栈型机器系统结构为程序调用哪些操作提供了支持？答：通用寄存器型机器对堆栈数据结构实现的支持是较差的。
表现在：(1)堆栈操作的指令少，功能单一；(2)堆栈在存储器内，访问堆栈速度低；(3)堆栈通常只用于保存于程序调用时的返回地址，少量用堆栈实现程序间的参数传递。
而堆栈型机器则不同，表现在：(1)有高速寄存器组成的硬件堆栈，并与主存中堆栈区在逻辑上组成整体，使堆栈的访问速度是寄存器的，容量是主存的；(2)丰富的堆栈指令可对堆栈中的数据进行各种运算和处理；(3)有力地支持高级语言的编译；(4)有力地支持子程序的嵌套和递归调用。
堆栈型机器系统结构有力地支持子程序的嵌套和递归调用。
在程序调用时将返回地址、条件码、关键寄存器的内容等全部压入堆栈，待子程序返回时，再从堆栈中弹出。
7.变址寻址和基址寻址各适用于何种场合？设计一种只用6位地址码就可指向一个大地址空间中任意64个地址之一的寻址机构。
答：基址寻址是对逻辑地址空间到物理地址空间变换的支持，以利于实现程序的动态再定位。
变址寻址是对数组等数据块运算的支持，以利于循环。
将大地址空间64个地址分块，用基址寄存器指出程序所在块号，用指令中6位地址码表示该块内64 个地址之一，这样基址和变址相结合可访问大地址任意64个地址之一。
比如地址空间很大，为0-1023，只用6位地址码就可以指向这1024个地址中的任意64个。
剖析：比如地址空间很大，1024，就是分成16个块，块号放在寄存器中，块内地址放在地址位中，寄存器内容和地址位结合，就能达到要求了。
题2.8指令中常用下列寻址方式来得到操作数：立即操作数、间接寻址、直接寻址、寄存器寻址、自相对寻址。
请分别说明这些寻址方法的原理，井对它们在如下4个方面进行比较：可表示操作数的范围大小；除取指外，为获得操作数所需访问主存的最少次数；为指明该操作数所占用指令中的信息位数的多少；寻址复杂性程度。
[解答] 指令为寻找或访问到所需操作数的某种寻址方式，其含义在不同的计算机中会有所差别。
下面，我们以大多数计算机中的情况来定义。
立即操作数的寻址原理是，操作数以常数形式直接存放在指令中操作码的后面。
一旦指令被取出，操作数也被取得，立即可以使用。
立即操作数由于受机器指令字长的限制，可表示数的范围小一般为8位或16位的二进制常数。
指令取出后，为获得操作数不需要再访存，即访存0次。
操作数所占用指令中的信息位数是立即数在可表示最大值范围时所要占用的二进位位数。
寻址的复杂性程度相对最低。
间接寻址可以有寄存器间接寻址和存贮器间接寻址两种。
其寻址原理是，在指令的操作数地址字段上只给出存放操作数在内存中物理地址的寄存器号或存贮单元地址。
先由指令操作数地址字段，从寄存器或存贮单元中取出数在存贮器中的地址。
再按此地址访存，才能间接取得所要的操作数。
有的计算机在存贮器间接寻址时，还可以有多重间接寻址，即从存贮单元中取出的内容作为地址。
再去访有时得到的并不是操作数，而只是操作数在内存中的地址，或是地址的地址。
如此顺序递推。
间接寻址访问到的操作数范围大，可以是主存中能访问到可表示数值范围最大的数。
除取指外，获得所需操作数所需访问主存的最少次数，对于奇存器间接寻址为一次对于存贮器间接寻址为两次。
为指明该操作数所占用指令中的信息位数，对于寄存器间接寻址来说，只是为寄存器编号所占用的二进位位数，这种位数一般很短(例如，16个通用寄存器的编号只需用4位二进位)；而对于存贮器间接寻址来说，需占访存逻辑地址所需的全部位数。
间接寻址的复杂性一般最高。
其中，寄存器间接寻址较存贮器间接寻址简单，最复杂的是存贮器多重间接寻址。
直接寻址的原理是，由指令中操作数地址码字段给出存放操作数在内存中的有效地址或物理地址。
直接寻址可表示操作数值的范围大，可以是主存中能访问的可表示值范围最大的数。
除取指外，为获得所需操作数，需要再访问一次主存。
为指明操作数所占用指令中的信息位数，是访存单元的有效地址或物理地址所需要的位数。
直接寻址的复杂性较寄存器寻址的大，而它较寄存器间接寻址要简单些。
寄存器寻址的原理是，指令的操作数地址码宇段给出存放操作数所用的寄存器号。
可表示操作数的范围大小取决于存放操作数所用的寄存器的二进位位数。
除取指外，为获得操作数不用访存，即访存0次。
为指明操作数所占用指令中的信息位数，只是寄存器编号所占的二进位位数，很短。
例如，16个寄存器编号只需4位二进位。
寄存器寻址简单，其取数的时间要比访存的时间短很多。
自相对寻址方式主要用于转移指令形成转向目标地址，有的也用于访问存贮器找操作数。
以访问存贮器操作数寻址为例，指令中操作数字段给出所访问操作数存放在主存中相对于指令计数器当前值的位移地址。
自相对寻址所寻址的操作数可表示值范围大，可以是主存中能访问的可表示值范围最大的数。
除取指外，为获得操作数所需访存的次数为1次。
为指明该操作数所占用指令中的信息位数取决于允许的最大相对位移量大小。
寻址复杂性较直接寻址的略复杂些。
9经统计，某机器14条指令的使用频度分别为：0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0. 01,0.13,0.15,0.14,0.11,0.03。
分别求出用等长码、Huffman码、只有两种码长的扩展操作码3种编码方式的操作码平均码长。
解：等长操作码的平均码长=4位;Huffman编码的平均码长=3.38位;只有两种码长的扩展操作码的平均码长=3.4位。
1415.设计RISC机器的一般原则及可采用的基本技术有那些?答：一般原则：(1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能的指令；(2)减少寻址方式种类，一般不超过两种；(3)让所有指令在一个机器周期内完成；(4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数；(5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现；(6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。
基本技术：(1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。
编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。
(2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。
即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。
(3)用重叠寄存器窗口。
即：为了减少访存，减化寻址方式和指令格式，简单有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存嚣，井让各过程的寄存器窗口部分重叠。
(4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。
另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。
(5)优化设计编译系统。
即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。
不仅要利用常规手段优化编译，还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。
16简要比较CISC机器和RISC机器各自的结构特点，它们分别存在哪些不足和问题?为什么说今后的发展应是CISC和RISC的结合?答： CISC结构特点：机器指令系统庞大复杂。
RISC结构特点：机器指令系统简单，规模小，复杂度低。
CISC的问题：(1)指令系统庞大，一般200条以上；(2)指令操作繁杂，执行速度很低；(3)难以优化生成高效机器语言程序，编译也太长，太复杂；(4)由于指令系统庞大，指令的使用频度不高，降低系统性能价格比，增加设计人员负担。
RISC的问题；(1)由于指令少，在原CISC上一条指令完成的功能现在需多条RISC指令才能完成，加重汇编语言程序设计负担，增加了机器语言程序长度，加大指令信息流量。
(2)对浮点运算和虚拟存储支持不很强。
(3)RISC编译程序比CISC难写。
由于RISC和CISC各有优缺点,在设计时，应向着两者结合，取长补短方向发展。
第三章3. 对中断进行分类的根据是什么?这样分类的目的是什么?1MB370机把申断分为几类?答案：中断分类是把中断源按性质相近、申断处理过程类似的归为同一类。
分类的目的是为了减少中断处理程序的入口，每一类给一个中断服务程序总入口，可以减少中断服务程序入口地址形成的硬件数量。
IBM370计算机将中断类分为机器校验、访管、程序性、外部、输入/输出、重新启动6类4,为什么要将中断类分成优先级?如何分级?IBM370的中断响应优先次序是什么?在计算机系统中，不同的中断源可能在同一时刻向CPU发出不同的中断信号，也可能前一中断尚未处理完，紧接着又发生了新的中断。
此时，存在谁先被响应和谁先被处理的优先次序问题。