计算机系统结构期末复习资料
02325计算机系统结构复习资料
第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看，并行级别有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有：相联处理机STARAN，MPP。
全并行的例子有：阵列处理机ILLIACIV。
从加工信息的角度看，并行级别有存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的，采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统，进而采用按内容访问方式，位片串字并或全并行方式，在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统，以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interl eaving )，资源重复(Resou rceReplication)，资源共享(ResourceSharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率，从而提高系统性能。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件，实现一条指令对一个数据的操作。
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第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看，并行级别有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有：相联处理机STARAN，MPP。
全并行的例子有：阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看，并行级别有存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的，采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统，进而采用按内容访问方式，位片串字并或全并行方式，在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统，以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interleaving)，资源重复(ResourceReplication)，资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率，从而提高系统性能。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件，实现一条指令对一个数据的操作。
计算机系统结构复习资料汇总
计算机系统结构复习资料汇总第一章计算机系统结构概述1.P1传统机器语言机器M1<具有L1机器语言（机器指令系统），用微指令程序解释机器指令>研究什么，看到了什么？微程序机器（M0）用硬件实现，传统机器语言机器M1用微程序（固件）实现。
2.P2 系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。
每级都有自己的系统结构。
客观存在的事物或属性从某个角度看不到，简称透明。
不同机器级程序员所看到的计算机属性是不同的，它就是计算机系统不同层次的界面。
系统结构就是要研究对于某级，那些属性是透明的，那些属性不应透明。
透明可以简化该级的设计，但因无法控制，也会带来不利影响。
系统结构-》计算机系统结构-》计算机组成3.P8 软、硬件取舍的基本原则第一：考虑在现有硬、器件（主要是逻辑器件和存储器件）条件下，系统要有高的性能价格比；第二：考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理的限制各种组成、实现技术的采用第三：不仅能从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的进展，还应从“软”的角度把如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计提供更多更好的硬件支持放在首位。
4.P14 软件的可移植性指的是软件不修改或者只经少量修改就可由一台计算机移植到另一台计算机运行，同一软件可以应用于不同的环境。
有以下几个基本技术：统一高级语言采用系列机模拟和仿真5.P24 并行性开发的途径时间重叠是在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠使用同一套硬件设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
如流水线资源重复是在并行性概念中引入空间音速，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。
如双工系统等。
资源共享是用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源来提高资源利用率，相应的也就提高了系统的性能。
例如多道程序分时系统，可以共享CPU，贮存以降低系统价格。
计算机系统结构期末复习
计算机系统机构知识点总结1.名词解释1）翻译：翻译是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上可运行的等效程序，然后再在低一级机器上实现的技术。
2）解释：解释是在低一级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高一级机器级上的一条语句或指令的功能，通过对高一级程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
3）CPI：表示执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
4）MIPS：是一个用来描述计算机性能的单位，即每秒执行百万条指令。
5）MFLOPS：是一个用来描述计算机性能的单位，即每秒执行百万次浮点操作。
6）基准程序：是性能测试程序，并假设他能刻画某一类应用问题的处理和数据移动特征。
基准程序用来测量和预测计算机系统的性能，并能提示它们的体系结构的弱点和特点。
7）基准程序组：是一套基准程序的控制测试条件及过程的一组特点规则，包括输入数据，输出结果以及性能指标。
8）基准程序系列：是一套基准程序组。
9）CISC：复杂指令系统计算机。
10）RISC：精简指令系统计算机。
11）加载/存储结构：即只允许LOAD指令和STORE指令执行存储器操作，其他指令均对寄存器进行操作。
12）窗口重叠技术：为了能更简单、直接的实现过程与过程之间的参数传递。
大多数RISC 机器的CPU中都设置有数量较大的寄存器组，让每个过程使用一个有限数量的寄存器窗口，并让调用过程的低位寄存器与被调用的高位寄存器重叠使用。
13）延迟转移技术：将转移指令与其前面的与转移指令无关的一条或几条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令被执行之后发生，从而使预取的指令不作废，同时可节省一个或几个机器周期。
14）退耦CISC/RISC体系结构：在CPU芯片中有一个前端部分，它将x86代码转换成RISC类指令供后端的RISC核心去完成超标量和/或超流水线执行。
15）后RISC：商品化微处理器中存在的一种逆向发展趋势是将越来越多的性能加到RISC微处理器中，某加入的特性仍属于RISC类型，但也有许多加入的特性明显的是非RISC或甚至是属于CISC类型的。
计算机系统结构期末复习
第一章计算机系统结构定义计算机＝软件＋硬件（+网络）两种定义：定义1：Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出：程序员所看到的计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性定义2：计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和对软硬件界面的确定计算机系统的多级层次模型第6级专用应用语言机器特定应用用户（使用特定应用语言）（经应用程序翻译成高级语言）第5级通用高级语言机器高级语言程序员（使用通用高级语言）（经编译程序翻译成汇编语言）第4级汇编语言机器汇编语言程序员（使用汇编语言）（经汇编程序翻译成机器语言、操作系统原语）第3级操作系统语言机器操作系统用户（使用操作系统原语）（经原语解释子程序翻译成机器语言）第2级传统机器语言机器传统机器程序员（使用二进制机器语言）（由微程序解释成微指令序列）第1级微指令语言机器微指令程序员（使用微指令语言）（由硬件译码器解释成控制信号序列）第0级硬联逻辑硬件设计员第0级由硬件实现，第1级由微程序实现，第2级至第6级由软件实现，由软件实现的机器称为：虚拟机从学科领域来划分：第0和第1级属于计算机组织与结构，第3至第5级是系统软件，第6级是应用软件。
它们之间仍有交叉。
第0级要求一定的数字逻辑基础；第2级涉及汇编语言程序设计的内容；第3级与计算机系统结构密切相关。
在特殊的计算机系统中，有些级别可能不存在。
计算机组成：是计算机系统结构的逻辑实现确定数据通路的宽度•确定各种操作对功能部件的共享程度•确定专用的功能部件•确定功能部件的并行度•设计缓冲和排队策略•设计控制机构•确定采用何种可靠性技术计算机实现：是指计算机组成的物理实现处理机、主存储器等部件的物理结构•器件的集成度和速度•专用器件的设计•器件、模块、插件、底版的划分与连接•信号传输技术•电源、冷却及装配技术，相关制造工艺及技术等计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念。
系统结构是计算机系统的软硬件的界面；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。
计算机系统结构 复习要点
计算机系统结构：第一章基本概念填空题、选择题复习：1、从使用语言角度，系统按功能划分层次结构由低到高分别为：微程序机器M0、传统机器M1、操作系统机器M2、汇编语言机器M3、高级语言机器M4、应用语言机器M5.2、计算机系统的设计思路：“从中间开始”设计的“中间”是指层次结构中的软硬件交界面，目前多数在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
3、翻译与解释的区别与联系：区别：翻译是整个程序转换，解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句；联系：都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。
4、模拟与仿真的区别：模拟：用机器语言解释实现软件移植的方法，解释的语言存在主存中；仿真用微程序解释，存储在控制存储器中。
5、解决好软件的可移植性方法有统一高级语言、采用系列机、模拟与仿真。
6、系列机必须保证向后兼容，力争向上兼容。
7、非用户片也称通用片，其功能是由器件厂生产时定死的，器件的用户只能用，不能改；现场片，用户根据需要改变器件内部功能；用户片是专门按用户的要求生产高集成度VLSI器件，完全按用户的要求设计的用户片称为全用户片。
一般同一系列内各档机器可分别用通用片、现场片或用户片实现。
8、计算机应用可归纳为向上升级的4类：数据处理、信息处理、知识处理、智能处理。
9、并行性开发的途径有：时间重叠、资源重复和资源共享。
10、并行性是指：同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，并行性包含同时性和并发性二重含义。
11、科学计算中的重大挑战性课题往往要求计算机系统能有1TFLOPS的计算能力、1TBYTE 的主存容量、1TBYTE/S的I/O带宽。
12、并行处理计算机的结构：流水线计算机——时间重叠，阵列处理机——资源重复，多处理机——资源共享。
13、多机系统分多处理机系统和多计算机系统，多处理机系统：多台处理机组成的单一系统，多计算机系统：多台独立的计算机组成的系统。
14、多机系统的耦合度可以分为最低耦合、松散耦合和紧密耦合。
计算机体系结构期末复习资料
第一章1、计算机体系结构：计算机体系结构是程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
(Amdahl提出的系统结构实际上指传统机器语言级程序员所能看到的计算机属性。
)2、透明性：本来是存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性（transparency），在一个计算机系统中，低层机器的属性对高层机器的程序员往往是透明的，如传统机器级的概念性结构和功能特性，对高级语言程序员来说是透明的。
3、计算机系统结构、计算机组成、计算机实现之间的关系：计算机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面，即机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。
计算机组成：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
它着眼于物理机器级内各事件的排序方式与控制方式、各部件的功能以及各部件之间的关系。
计算机的实现：指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
它着眼于器件技术和微组装技术，其中器件技术在实现技术中起主导作用。
4、系列机的软件兼容方式：软件兼容有（向上兼容）和（向下兼容）之分，又有（向前兼容）和（向后兼容）之分。
系列机软件必须保证（向后兼容），力争（向上兼容）。
兼容机：不同制造商生产的具有相同系统结构的计算机。
系列机：在一个厂家内生产的具有相同的体系结构，但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。
5. 软件兼容：同一个软件可以不加修改第运行于体系结构相同的各档及其，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间不同。
6、并行性的概念：指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。
只要在时间上相互重叠，就存在并行性。
他是同时性和并发性两种含义。
同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。
并发性：两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。
计算机系统结构期末知识点总结（DOC）五篇
计算机系统结构期末知识点总结（DOC）五篇第一篇：计算机系统结构期末知识点总结(DOC)单元1 1.系统结构：由程序员设计者所看到的一个计算机系统的属性，及概念性结构和功能特性。
2.层次结构：第0级和第1级具体实现机器指定功能的中央控制部分；第二级是传统机器语言机器；第三级是操作系统机器；第四级是汇编语言机器；第五级是高级语言机器；第六级是应用语言机器；电子线路--微程序机器级--传统机器级--操作系统级---汇编语言级--高级语言级--应用语言级 4.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与这种执行方式的使用频率或占用总执行时间的比例有关。
5.9.CPU时间：一个程序所花的CPU时间（CPU的执行时间，不包括I/O等待时间）。
CPU时间=CPU时钟周期数*时钟周期长度=CPU时钟周期数/频率 CPU时间＝（CPI×IC（指令条数））/ 频率时钟周期：由于计算机的时钟速度是固定的，它的运行周期称为时钟周期。
10.CPI（Cycle Per instruction）：每条指令执行时所花费的平均时钟周期数。
IC：每个时钟周期平均执行的指令条数CPI ＝ CPU时钟周期数 / IC 则 CPU时间＝（CPI×IC）/ 频率11.Te：一个标准测速程序的全部执行时间Ti:其中所有第i种指令的累计时间13.MIPS(每秒百万条指令数):衡量机器性能的唯一可靠的标准就是真正的执行程序的时间，可以用MIPS来作为衡量程序执行时间的一个指标。
优点：直观、方便。
主要缺点:(1)不同指令的执行速度差别很大(2)指令使用频度差别很大（3）有相当多的非功能性指令单元2 2.数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。
例如：定点、逻辑、浮点、十进制、字符、字符串、堆栈和向量等3.数据表示原则：1）缩短程序的运行时间。
2）减少CPU与主存储器之间的通信量。
计算机系统结构复习资料
计算机系统结构复习资料计算机系统结构复习资料11.透明：客观存在的事物或属性从某个角度看不到，称对它是透明的2.计算机组成：机器级内部数据流和控制流的组成及逻辑设计（时间的排序与控制）3.计算机实现：计算机组成的物理实现（器件的集成度和微组装技术）4.计算机性能如何要看其：硬件，软件，可用性，可靠性等多种指标的综合5.软件移植途径：统一高级语言，系列机，模拟与仿真6.3T性能目标：1TFLOPS计算能力，1TBYTE主存容量，1TBYTE/S的I/O带宽7.为何没有通用的高级语言：人们不愿抛弃惯用的，长期积累且已被证明是正确的语言8.CISC：复杂指令系统计算机RISC：精简指令系统计算机9.程序的动态再定位：程序在实际主存空间中的位置可动态移动的定位技术10.设计指令系统包括：指令功能（操作类型，具体操作），指令格式的确定11.指令：操作码，地址码两部分组成。
12.指令格式的优化：如何用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息13.缩短指令字中地址码长度的方法：加基址，加变址，相对寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址14.操作系统中：过热的高频使用的“机构型”功能适合硬化，频度低的或“策略型”功能不适合硬化15.机构型：基本通用稳定且能定义的功能策略型：不稳定的，会不断改变的功能16.中断源：引起中断的各种事件17.输入输出系统包括：输入输出设备，设备控制器与输入输出操作相关的软硬件18.集中式串行链接方式控制线总数3根，定时查询2+log2N根，独立请求2N+1根19.数据宽度：取得总线后传送数据总量数据通路宽度：一个传送周期传送的信息量20.专用总线：只连接一对物理部件的部线非专用总线：被多个部件所分时共享，同一时一个部件可使用总线通讯21.高速缓冲存储器：为弥补主存速度不足，在处理机和主存之间设置一个高速，小容量的Cache，构成Cache—主存存储层次。
22.阵列处理机特点：利用资源重复；同时性，提高速度；灵活；算法联系紧密。
期末复习1.《计算机系统结构》重点知识总结
《计算机组成原理与结构》重要知识点第一章概论一、基本概念1.冯.诺依曼体制？存储程序方式？冯•诺依曼体制包含三个要点：（1）采用二进制代码表示信息，以便计算机识别；（2）采用存储程序工作方式，才能使计算机自动地对信息进行处理；（3）由存储器、运算器、控制器、输入/输出设备等功能部件组成计算机硬件系统。
存储程序工作方式：事先编制程序，事先存储程序，自动、连续地执行程序。
2.控制流？数据流？控制流：控制计算机工作的信息，即指令或命令。
数据流：计算机加工处理的对象，即数值和非数值数据。
传统的诺依曼机采用控制流（指令流）驱动方式：按指令序列依次读取指令，根据指令所包含的控制信息对数据进行处理，在程序执行过程中，始终由指令流驱动计算机工作。
数据流驱动方式是对传统诺依曼机工作方式的根本改变：只要数据准备好，有关指令就可并行执行，如数据流计算机。
3.模拟信号？数字信号？数字信号有哪两种？模拟信号：在时间上连续变化的电信号，用信号的某些参数模拟信息。
数字信号：在时间上或空间上断续变化的电信号，依靠彼此离散的多位信号的组合表示信息。
数字信号有两种：脉冲信号和电平信号。
脉冲信号：在时间上离散的电信号，利用脉冲的有无表示不同的状态。
电平信号：在空间上离散的电信号，利用信号电平的高低表示不同的状态。
4.总线及其组成？一组能为多个部件分时共享的公共的信息传送线路。
总线由一组传送线与相应控制逻辑构成（包括CPU内设置控制逻辑、总线控制器）。
按照传输的信息类型可分为地址总线、数据总线、控制总线。
5.接口的概念？主机与外设之间的连接逻辑，控制外设的I/O操作。
6.基本字长？一般指参加一次定点运算的操作数的位数。
7.CPU主频？时钟频率？外部频率或基频，也叫系统时钟频率。
CPU主频=外频×倍频系数；CPU主频是指CPU内核的工作频率，即CPU的时钟频率，计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟信号周期完成一步操作，时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。
计算机体系结构期末考试知识点与答案
计算机体系结构期末考试知识点与答案体系结构复习重点.doc1.冯.诺依蔓计算机的特点答：冯·若依曼计算机的主要特点如下：存储程序方式。
指令和数据都是以字的方式存放在同一个存储器中，没有区别，由机器状态来确定从存储器读出的字是指令或数据。
指令串行执行，并由控制器集中加以控制、单元定长的一维线性空间的存储器使用低级机器语言，数据以二进制形式表示。
单处理机结构，以运算器作为中心。
其实，他最大的特点就是简单易操作。
2. T（C）＝<K*K',D*D',W*W'>所描述的三个层次（8页）答：3个层次为控制器、算术逻辑部件、基本逻辑部件3. 计算机系统结构的分类（5页）4. 计算机系统中的数据表示（38页）5. 指令系统设计的原则答：指令系统的设计原则是，应特别注意如何支持编译系统能高效、简易地将源程序翻译成目标代码。
首先是正交性：又称分离原则或互不相干原则。
即指令中各个有不同含义的字段之间，在编码时应互相独立、互不相关。
规整性：对相似的操作数做出相同的规定。
可扩充性：要保留一定余量的操作码空间，为以后的扩展所用。
对称性：为了使编译能更加方便，通常希望操作具有对称性。
6. 流水操作中的相关答：流水操作过程中会出现一下的3个相关：资源或结构相关、数据相关、和控制相关。
资源相关是指当有多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一功能部件所发生的冲突。
数据相关：这是由于流水线中的各条指令的重叠操作使得原来对操作数的访问顺序发生了变化，从而导致了数据相关的冲突。
控制相关主要是转移指令引起的，比起数据相关来，他会使流水线丧失更多的性能。
7. 向量机中对向量的各种运算可以采用的加工方式（149页）答：向量机中对向量的各种运算可以采用不同的加工方式，但比较有效的加工方式应是尽量避免出现数据相关和尽量减少对向量功能的转换。
一种普通加工方式称为横向加工，它是按向量顺序计算的。
另外一种加工方式称为垂直加工，即它是先纵向加工所有B和C向量中元素对的相加操作。
计算机体系结构期末复习资料
第一章计算机体系结构的基本概念1.层次结构——计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构，每一层以不同的语言为特征。
第一级---微程序机器级。
第二级—机器语言。
第三级—操作系统虚拟机。
第四级—汇编语言虚拟机。
第五级—高级语言虚拟机。
第六级—应用语言虚拟机2.体系结构——程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
3.透明性——在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，从某一角度来看又好像不存在的概念称为透明性。
4.系列机——在一个厂家生产的具有相同的体系结构，但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的机器。
5.软件兼容——同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行的时间不同。
6.兼容机——不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。
7.计算机组成——计算机体系结构的逻辑实现。
8.计算机实现——计算机组成的物理实现。
9.存储程序计算机（冯·诺依曼结构）——采用存储程序原理，将程序和数据存放在同一存储器中。
指令在存储器中按其执行顺序存储，由指令计数器指明每条指令所在的单元地址。
10.并行性——在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。
11.响应时间——从事件开始到结束之间的时间，也称执行时间。
12.测试程序——用于测试计算机性能的程序，可分为四类：真实程序、核心程序、小测试程序、合成测试程序。
13.测试程序组件——选择一个各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用的测试程序集合。
这个通用的测试程序集合称为测试程序组件。
14.大概率事件优先——此原则是计算机体系结构中最重要和最常用的原则。
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。
15.系统加速比——系统改进前与改进后总执行时间之比。
16.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的所占的重要性。
计算机系统结构期末复习资料
第一章层次结构:从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成多级层次结构。
虚拟机：由软件实现的机器，以区别于由硬件/固件实现的物理机器。
1.计算机系统由硬件和软件组成，各级的实现主要由翻译和解释实现。
2.计算机系统结果指传统机器程序员所看得到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
3.计算机组成指计算机系统结构的逻辑实现，计算机实现指的是计算机组成的物理实现。
4.系统结构：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
（Amdahl 定义的或者是传统机器级上的系统结构）5.计算机系统结构的实质：是确定计算机系统中软硬件的交界面，界面之上的是软件实现的功能，界面之下的是硬件和固件实现的功能6.透明性: 在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
7.计算机组成 :计算机系统的逻辑实现。
8.计算机实现:计算机系统的物理实现。
9. 系列机：由同一厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
10. 计算机系统结构的分类：Flynn 分类：按照指令流和数据流的多倍性分类（分为SIMS,SIMD,MISD,MIMD ）.冯氏分类法：用系统的最大并行度来分.Handler ：按并行度和流水线来分。
11. 计算机系统设计的定量原理：1.以经常性事件为重点：在计算机系统的设计中，经常需要在多种不同的方法之间进行折中，这时应按照对经常发生的情况采用方法的原则进行选择，因为这样能得到更多的总体上的改进。
；2. 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。
3.CPU 性能公式：CPU 时间=IC ×CPI ×时钟周期时间，其中，IC 为所执行的指令条数，CPI 为每条指令的平均时钟周期数。
4. 程序的局部性原理：程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。
12.程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址分布不是随机的，而是相对地簇聚。
计算机系统结构期末复习
《计算机系统结构》期末复习一、选择1．汇编语言程序经（）的（）转换成机器语言程序。
A．汇编程序，翻译 B．编译程序，解释C．微指令程序，解释 D．应用程序包，翻译2．（）是计算机实现研究的内容。
A．寄存器组织 B．器件技术C．I/O结构 D．专用部件的设置3．为避免浮点数运算中因对阶造成的精度和有效值的过多损失，在机器中阶码一般采用（）进制。
A．十六进制 B．十进制 C．八进制 D．二进制4．低性能单用户计算机I/O系统的设计主要考虑解决好（）在速度上的巨大差距。
A．CPU、主存、I/O设备B．CPU、I/O设备、磁盘控制器C．磁盘控制器、设备控制器、总线控制器D．硬盘、软盘、光盘5．在总线的集中式串行链接方式中，所有部件都经（）向总线控制器发请求信号。
A．总线忙 B．总线空闲 C．总线可用 D．总线请求6．构成存储层次的主要依据是( )。
A．高速存储器件的迅速发展 B．多体交叉存储器的采用C．程序的局部性 D．操作系统的功能扩展7．命中率最高的替换算法是( )。
A．RAND B．FIFO C．LRU D．OPT8．从使用语言角度，计算机系统的层次结构分为六级，其中最高层为（）。
A．应用语言机器级 B．汇编语言机器级C．操作系统机器级 D．高级语言机器级9．使用语言角度，计算机系统的层次结构分为六级，其中最低层为（）。
A．应用语言机器级 B．汇编语言机器级C．传统机器语言机器级 D．微程序机器级10．汇编语言程序经（）的（）转换成机器语言程序。
A．汇编程序，翻译 B．编译程序，解释C．微指令程序，解释 D．应用程序包，翻译11．软件和硬件在（）上是等效的。
A．概念 B．逻辑 C．算法 D．指令12．透明性是指客观存在的事物或属性（）看不到。
A．从软件角度 B．从硬件角度C．从任何角度 D．从某种角度13．用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为（）。
A．仿真 B．翻译 C．模拟 D．解释14．标志符数据表示将（）直接联系在一起。
计算机系统结构期末复习
大题解：平均码长=∑=niPili 12、构造哈弗曼树；写出每条指令的哈弗曼编码；并计算平均码长。
3、写出每条指令的扩展码。
要求码长为：1、2、4,共3种码长，并平均码长尽量短。
并计算平均码长。
≈2.67 计算CPU 的程序执行时间Tcpu 有三个因素，即程序执行的总指令条数IC 、平均每条指令的时钟周期数CPI 、主时钟频率f c 。
这样Tcpu=IC*CPI*1/f c假设系统共有n 中指令，第i 种指令的时钟周期数为CPI i ，第i 种指令在程序中出现的次数为I i ，则Tcpu=fc Ii CPIi ni /1*])*([1∑=这样CPI=IC Ii CPIi ni /)*(1∑=为了反映程序的运行速度，MIPS （百万条指令每秒）MIPS=IC/(Tcpu*106)=f c /CPI*10-6程序的执行时间Tcpu=IC/MIPS*10-6存储层次每位价格C=总价 / 总位数=∑∑==n i n i Si Si Ci 11/)*(=（S1*C1+ S2*C2+ S3*C3）/ (S1 + S2 + S3 )存储层次命中率H=访问M1的次数 / 总访问次数=)/(11∑=n i Ri R =R1/( R1 + R2 +R3 )等效访问时间T=总访问时间 / 总访问次数=∑∑==ni n i Ri Ri Li 11/)*(==（T1*R1+ T2*R2+ T3*R3）/（R1+R2+ R3）访问效率E=一次访问到Mi 中的信息所需的时间/等效访问时间=T1/T=T1*（R1+R2+ R3）/（T1*R1+ T2*R2+ T3*R3）在二级存储体系(M1，M2)中，假设H 为M1的命中率，则存储层次的等效访问时间T A =H*T A1+（1-H ）*T A2集中式总线控制的三种方式：串行链接、定是查询和独立请求。
串行链接的优点：选择算法简单，用于解决总线控制分配的控制线的线数少，只需要3根，且不取决于部件的数量；部件的增减容易，只需要简单地把它连到总线上或从总线上去掉即可，可扩充性好；容易通过重复设置提高可靠性。
计算机系统结构 总复习
∑ 而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算： AiBi i =1
① 画出时空图；（9 分） ② 计算实际的吞吐率、加速比和效率。（6 分） 15. 静态多功能流水线由 6 个功能段组成，如图 E_3 所示。其中，s1、s4、s5、s6 组
成乘法流水线，s1、s2、s3、s6 组成加法流水线，各个功能段时间均为△t，假设 该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以 最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中 i＝1..4，∏为连乘符号） ① 画出时空图；（9 分） ② 计算实际的吞吐率、加速比和效率。（6 分） 16. （20 分）设指令流水线由取指令、分析指令和执行指令 3 个部件构成，每个部件 经过的时间为△t，连续流入 12 条指令。分别画出标量流水处理机以及 ILP 均为 4 的超标量处理机、超长指令字处理机、超流水处理机的时空图，并分别计算它们 相对于标量流水处理机的加速比。 17. （15 分）给定以下的假设，试计算直接映象 Cache 和两路组相联 Cache 的平均访 问时间以及 CPU 时间。 ① 理想 Cache（命中率为 100%）情况下的 CPI 为 2.0，时钟周期为 2ns，平均每条指 令访存 1.2 次。 ② 两种 Cache 容量均为 64KB，块大小都是 32 字节。 ③ 组相联 Cache 中的多路选择器使 CPU 的时钟周期增加了 10%。 ④ 这两种 Cache 的失效开销都是 80 ns。 ⑤ 命中时间为 1 个时钟周期。 ⑥ 64 KB 直接映象 Cache 的失效率为 1.4%，64 KB 两路组相联 Cache 的失效率为 1.0%。
① 画出处理过程的时空图。（9 分） ② 计算其吞吐率、加速比和效率。（6 分） 12. 有一条动态多功能流水线由 5 段组成（如图 E_2 所示），加法用 1、3、4、5 段，
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第1章计算机系统结构概论1．计算机系统的多级层次结构的划分及其意义使用语言的角度划分：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、传统机器语言机器级（用微指令程序解释机器指令，固件实现，是实际机器）和微程序机器级（微指令语言由硬件直接执行，是实际机器）意义：有利于正确理解软件、硬件、固件在计算机系统中的地位和作用；推动了计算机系统结构的发展2．计算机系统结构的定义及研究对象定义：指程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
是对计算机系统中各机器级之间的界面的划分和定义,以及对各级界面上、下的功能进行分配。
特定含义：多级层次结构中传统机器级的系统结构，界面之上为软件，界面之下为硬件/固件。
研究内容：软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。
属性范围：数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断结构、机器状态的定义和切换、I/O结构、信息保护3．计算机组成与实现计算机组成定义: 指计算机系统结构的逻辑实现,包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
着眼点:机器级内各事件的排序方法与控制结构、各部件的功能及各部件间的联系。
计算机实现：定义：指的是计算机组成的物理实现。
着眼点：器件技术和微组装技术。
涉及范围：处理机、主存等部件的物理结构、器件的集成度和速度、器件、模块、插件、底板的划分与连接、专用器件的设计、微组装技术、信号传输、电源、冷却及整机装配技术计算机系统结构、组成和实现的相互关系一种计算机系统结构可以有多种计算机组成不同计算机系统结构可以使采用的组成技术产生差异计算机组成对系统结构的反作用（微程序控制）一种计算机组成可以有多种计算机实现计算机实现对系统结构和组成的反作用4*．软硬件取舍的基本原则P8软件和硬件逻辑功能的等效性5．计算机系统的设计方法由上向下的设计方法过程：从系统最高层次开始设计，向下进行问题：机器用途单一，机器成为专用计算机由下向上的设计方法过程：从系统最低层开始设计，向上进行问题：软硬脱节，对软件缺乏足够的支持由中间开始的设计方法过程：从中间开始，向两个方向推进起点的选择：软硬件界面6．实现软件移植的基本技术软件的可移植性定义:指一台机器的软件不加修改或只需经少量修改就能运行于另一台机器上.必要性: 充分利用已有的系统软件和应用软件.实现软件的可移植的基本技术:统一高级语言、采用系列机思想、模拟与仿真统一高级语言：解决结构相同或完全不同的机器间的软件移植。
目前只能相对统一系列机：同一系列内软件兼容，目前普遍，约束系统结构难以发展。
模拟：灵活，实现不同系统间的软件移植。
但结构差异大时，效率和速度下降。
仿真：速度损失小，不灵活，用于差别不大的系统结构，否则需与模拟结合。
7．模拟和仿真技术的作用、实现方法及区别作用：解决系统结构不同机器的软件移植模拟：用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为模拟（Simulation）宿主机、虚拟机模拟程序：所有为各种模拟所编制的程序.模拟对象：机器语言（指令系统）存储体系I/O系统控制台的操作操作系统缺点：运行速度显著降低，实时性差应用场合：运行时间短，使用次数少，时间关系上没有约束和限制的软件.仿真：用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法称为仿真（Emulation）宿主机、目标机仿真程序：为仿真所编写的解释微程序。
仿真对象：机器语言（指令系统）存储体系I/O系统控制台的操作特点：速度快，结构差异过大的机器难以仿真。
模拟与仿真的区别：模拟用机器语言解释，存储在主存，仿真用微程序解释，存储在控制存储器。
模拟与仿真的过程：建立映象，实施操作、仿真过程举例8．并行性的含义与级别并行性: 问题中具有可以同时进行运算或操作的特性.同时性: 两个或多个事件在同一时刻发生.并发性: 两个或多个事件在同一时间间隔内发生.并行性的等级分类:执行程序的并行性、处理数据的并行性、计算机信息加工的并行性并行性开发的途径：时间重叠: 引入时间因素,如流水线资源重复：引入空间因素,如并行处理机资源共享：由软件控制定期轮流使用同一套资源，如多道程序（分时系统）并行处理的方法和达到的目的——发现和利用并行性并行性的开发和并行处理技术的研究: 硬件、软件、语言、算法、性能评价等方面的研究的综合. 9．计算机系统的分类（弗林分类法）按指令流和数据流的多倍性对计算机进行分类指令流(Instruction Stream): 指机器执行的指令序列数据流(Data Stream): 指由指令流调用的数据序列多倍性：指在系统性能瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数.分类：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）10．基本概念：透明性/软件兼容/模拟/仿真/系列机/并行性/并发性/同时性/机器/虚拟机器透明性：本来存在的事物或属性，从某个角度看却好象不存在一样，我们称之为透明性软件兼容：按照系列机的相同机器属性编制的机器语言程序和编译程序都能不加修改地通用于各档机器，称这种情况下的各档机器是软件兼容的。
（Software Compatibility）系列机:在一个厂家生产的具有相同系统结构的各档机器构成的系列(Family Machine).——计算机发展史上的一个重要里程碑.兼容机:不同厂家生产的具有同一系统结构计算机被称为兼容机(Compatible Machine).机器:能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体虚拟机器: 以软件为主实现的机器称为虚拟机器翻译:先用转换程序将高一级机器上的程序全部变换成低一级机器上可运行的等效程序,然后再在低一级机器上去实现的技术.解释: 在低一级机器上,用它的一串语句或指令来仿真高一级机器级上的一条语句或指令的功能,通过对高一级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
第2章 数据表示与指令系统1．数据表示定义、分类、确定原则定义: 数据表示指的是机器硬件直接识别和引用的数据类型.实质上是软硬件界面及其取舍。
种类:定点数 浮点数 逻辑数 二-十进制数据表示 确定原则（系统的效率、通用性和利用率） 数据表示与数据结构数据结构: 数据的组织形式,可分为抽象数据结构和内部存储结构 二者关系：数据表示是数据结构的组成元素 相互影响：数据表示为数据结构提供支持 数据表示的实质：软硬件界面及其取舍 2．自定义数据表示及其分类自定义数据表示分类：带标志符的数据表示和数据描述符 (1) 带标志符数据表示高级语言与机器语言的语义差距分析,由编译程序建立 优点：简化指令系统和程序设计；简化编译程序；便于实现一致性校验,提供类型安全环境； 可由硬件自动完成数据类型的变换；支持数据库系统的实现与数据类型无关的要求；为软件调试和应用程序开发提供了支持-----软件定义的捕捉标志位设置断点 可能产生的问题：由于数据字增加了标志符,程序占用主存空间可能增加采用标志符会降低指令的执行速度2) 数据描述符必要性:向量数组的特性描述符 数据好处:比变址方法实现方便,便于越界检查 2’. 向量数组数据表示向量指令格式：向量编址的参数: 向量长度 基地址 起始地址（基地址+位移） 向量有效长度 位移量 优点: 快速形成元素地址,成块元素预取一条指令可以处理整个向量、数组 可以实现越界检查 高速高效方便处理稀疏矩阵 编译程序简单3. 寻址方式（面向寄存器/堆栈/存储器） 各有特点，适用性不同，没有最好。
3’. 主存、寄存器和堆栈的编址方式统一编址方式:无单独的I/O 指令独立编址方式:存储空间大,需要专门的指令寻址方式在指令中的指明方式：占用操作码、不占用操作码4．逻辑地址与主存物理地址及关系逻辑地址: （汇编）程序员编写程序时使用的地址主存物理地址: 程序在主存中的实际地址逻辑地址空间: 由全部逻辑地址构成物理地址空间: 全部主存实地址构成名称空间: 汇编源程序等使用的符号、标号的名称总称当程序装入主存的时候，需要进行逻辑地址到物理地址的转换（程序的定位）5．程序再定位技术逻辑地址空间到主存物理地址空间的转换✧静态再定位：程序在执行过程中物理地址不发生变化的定位技术。
由软件在程序运行前把逻辑地址变换成物理地址（软件实现）问题：破坏程序可再入性、与指令不可修改规则相违背✧动态再定位：执行每条指令时候才形成访存物理地址“基址寻址”（硬件实现）6. 信息整数边界存储的方法和意义信息在主存中存放的地址必须是该信息宽度（字节、半字……）的整数倍例如：字节信息地址为X...XXXX 半字信息地址为X (XXX0)单字信息地址为X...XX00 双字信息地址为X (X000)保证访问速度，让信息用一个存储周期访问到7．指令格式的优化1)指令功能:操作类型/寻址方式/具体操作指令格式:指令操作码/地址码Huffman压缩概念及应用场合：当各种事件发生的概率不均等时,采用的优化技术对发生概率最高的事件用最短位数来表示,对发生概率较低的事件用较长的位数来表示,就会导致表示的平均位数的缩短.2)定长操作码：[log2 N]3)Huffman树操作码编码方法：【例题】P52 全Huffman编码是最优化的编码4)扩展操作码编码方法【例题】操作码的长度不是定长的，但是只有有限的几种码长5)信息源熵：信息源所包含的平均信息量H=-∑pilog2pi平均编码长度=∑pili信息冗余量=(实际平均码长-H)/实际平均码长6)指令字格式的优化：用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息a)采用扩展操作码b)多种寻址方式，缩短地址码长度c)多地址制，增强指令功能d)多地址形式，每种地址字段可以有多种长度，长地址码与段地址码组合e)整数边界存储原则下，采取多指令长度IBM370解决短地址码表示长地址的方法基址寻址：16位地址码，可形成24位物理地址：基址加变址寻址：20位地址码，可形成24位地址其他形式：IBM-PC(8086) : 16位地址码，可形成20位物理地址CISC复杂指令系统计算机(Complex Inseuction Set ComputerRISC 精简……(Reduced第3章中断、总线与输入输出系统1．输入输出系统的构成与功能构成：IO设备、设备控制器与IO操作有关的软硬件。
功能：对指定的外设进行输入输出操作, 并完成其他管理和控制: 确定设备、主存存储区，建立连接，发送数据，格式转换，形成状态控制信息，通过中断系统传送给操作系统处理和分析设计: 软件硬件两个方面面向操作系统透明性: 对于应用程序员透明2．中断的分类与分级1)中断：CPU中止正在执行的程序，转去处理随机提出的请求，待处理完后，再回到原先被打断的程序继续恢复执行的过程中断系统：响应和处理各种中断的软硬件总体中断分为：内部中断（CPU内的异常引起）、外部中断（中断信号引起，分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断）和软件中断（自陷指令）。