计算机体系结构概念汇总第8章
【计算机组成原理】基础知识汇总（必背）
【计算机组成原理】基础知识汇总（必背）整理了⼀下超星上的题⽬以及教材《计算机组成原理第3版》——唐朔飞的课后题。
第 1 章计算机系统概论超星题⽬说明计算机系统的层次结构。
说明冯诺依曼体系结构的特点。
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输⼊设备和输出设备5⼤部件组成。
指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址寻访。
指令和数据均⽤⼆进制代码表⽰。
指令由操作码和地址码组成，操作码⽤来表⽰操作的性质，地址码⽤来表⽰操作数在存储器中的位置。
指令在存储器内按顺序存放。
通常，指令是顺序执⾏的，在特定条件下可根据运算结果或根据设定的条件改变执⾏顺序。
早期的冯·诺依曼机以运算器为中⼼，输⼊/输出设备通过运算器与存储器传送数据。
知识点：冯·诺依曼机的基本⼯作⽅式是：控制流驱动⽅式冯·诺依曼机⼯作⽅式的基本特点：按地址访问并顺序执⾏指令什么是机器字长、指令字长、存储字长？机器字长是指CPU⼀次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长是⼀个指令字中包含⼆进制代码的总位数。
指令字长取决于从操作码的长度、操作码地址的长度和操作码地址的个数。
存储字长是⼀个存储单元存储⼆进制代码的位数。
存储字是存放在⼀个存储单元中的⼆进制代码组合存储单元是存放⼀个存储字的所有存储元集合。
其他存放欲执⾏指令的寄存器是：IR⼀个8位的计算机系统以16位来标⽰地址，则该计算机系统中有（65536）个地址空间。
指令流通常是（主存流向控制器）CPU内通⽤寄存器的位数取决于（机器字长）。
课后题什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电⼦线路和物理装置。
计算机软件：计算机运⾏所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺⼀不可，因此同样重要。
解释下列概念：主机、 CPU 、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
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与软件之间的结构和组织方式，包括计算机系统的层次、组件之间的连接方式、数据流以及控制流等。
它是计算机科学中的一个重要概念，对于理解计算机工作原理和优化计算机性能具有重要意义。
一、引言计算机体系结构是计算机科学领域中一项关键内容。
它关注计算机硬件和软件之间的交互和组织方式，是计算机系统设计的基础。
本文将介绍计算机体系结构的基本概念、组成以及它对计算机性能的影响。
二、计算机体系结构的基本概念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础，提出了程序存储器和数据存储器的概念，启发了后来计算机的设计思想。
在冯·诺依曼体系结构中，程序和数据被存储在同一块内存中，通过控制器实现程序和数据的读写。
2. 分布式体系结构分布式体系结构是一种多台计算机相互协作的体系结构，每台计算机具有独立的处理能力，通过通信网络进行数据交换和协作。
分布式体系结构具有高可靠性、高性能和可扩展性等优势，广泛应用于大规模计算和数据处理领域。
3. 多核体系结构多核体系结构是一种将多个处理核心集成到单个芯片上的体系结构。
多核体系结构有助于提高计算机的处理性能和并发能力，适用于并行计算和多任务处理。
三、计算机体系结构的组成1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机体系结构的核心组件，负责执行计算机指令和控制计算机的工作流程。
它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器等。
2. 存储器存储器用于存储计算机的程序和数据，分为主存储器和辅助存储器。
主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），辅助存储器包括硬盘、光盘和闪存等。
3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行信息交互，包括键盘、鼠标、打印机、显示器等。
它们通过输入输出控制器与计算机系统进行数据交换。
四、计算机体系结构的影响因素1. 性能计算机体系结构直接关系到计算机的性能。
计算机体系结构总结（模版）
计算机体系结构总结（模版）第一篇：计算机体系结构总结（模版）计算机体系结构的详尽描述一.计算机系统结构的基本概念1.计算机体系结构的概念1964年G.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出：计算机系统结构是从程序员所看到的计算机属性，即程序员编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解的概念性结构和功能特性。
系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下功能的分配。
系统结构设计主要研究界面的属性的透明性的取舍。
计算机系统结构（体系结构）指的是传统机器级的系统结构。
计算机系统结构研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。
2.计算机系统的多级层次结构二.计算机指令集结构设计根据五个因素对计算机指令集结构进行分类：在CPU中操作数的存储方法；指令中显式表示的操作数个数；操作数的寻址方式；指令集所提供的操作类型；操作数的类型和大小。
其中1是最主要的区别根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构。
优缺点？堆栈型（其CPU中存储操作数的主要单元是堆栈）：是一种表示计算的简单模型；指令短小。
不能随机访问堆栈，从而很难生成有效代码；同时，由于堆栈是瓶颈，所以很难被高效地实现。
累加器型（其CPU中存储操作数的主要单元是累加器）：减少了机器的内部状态；指令短小。
由于累加器是唯一的暂存器，这种机器的存储器通信开销最大。
寄存器型（CPU中存储操作数的主要单元是通用寄存器）：易于生成高效的目标代码。
所有操作数均需命名，且要显式表示，因而指令比较长现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，原因：一是寄存器和CPU内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。
寄存器－寄存器型（RR）优点：简单，指令字长固定，是一种简单的代码生成模型，各种指令的执行时钟周期数相近。
缺点：和ALU 指令中含存储器操作数的指令集结构相比，指令条数多，因而其目标代码量较大。
体系结构概总结
第1章计算机系统结构的基本概念层xcc次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
透明性：在计算机技术中，把这种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。
计算机组成：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。
计算机实现：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。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
大概率事件优先原则的基本思想是：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。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
CPI=执行程序所需的时钟周期数/所执行的指令条数CPU性能公式：CPU时间=执行程序所需的时钟周期数×时钟周期时间CPU时间=IC×CPI×时钟周期时间，IC为所执行的指令条数并行性：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。
计算机体系结构基本概念
计算机体系结构基本概念计算机体系结构是指计算机系统中的各个组成部分之间的关系和交互方式。
它是计算机硬件与软件之间的接口，决定了计算机系统的工作方式、性能表现以及可扩展性。
本文将介绍计算机体系结构的基本概念和相关内容。
一、计算机体系结构的概述计算机体系结构是指计算机系统的结构组织，包括硬件和软件。
主要由计算机硬件、指令系统、运算方式和数据流组成。
计算机体系结构的目标是提供高性能、可靠性、可扩展性和高效能的计算机系统。
计算机体系结构的设计通常以指令集架构和微架构为基础。
二、指令集架构指令集架构是计算机体系结构中的一个重要概念。
它定义了计算机系统处理信息的方式。
指令集架构包括计算机的指令集、寄存器、数据类型和地址模式等。
根据指令集的不同，可以将计算机体系结构分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
三、微架构微架构是指计算机体系结构的实现方式。
它包括处理器的内部结构、数据通路、控制流和存储相关的电路设计。
微架构的设计影响着计算机系统的性能和功能。
常见的微架构包括超标量、乱序执行和流水线等。
四、存储结构与存储器层级存储结构是指计算机系统中用于存储数据的层次结构。
存储器层级分为寄存器、高速缓存、内存和辅助存储器等。
不同层级的存储器具有不同的特点，如容量、速度和价格等。
存储结构的设计旨在提高计算机系统的访问速度和运行效率。
五、总线结构总线结构是计算机体系结构中连接各个组件的通信系统。
它包括地址总线、数据总线和控制总线等。
总线结构的设计影响着计算机系统的数据传输速度和可扩展性。
六、并行处理与多核技术并行处理是指多个处理器或计算单元同时执行指令，提高计算机系统的运行速度和性能。
多核技术则是将多个处理核心集成到同一个芯片上，实现并行运算。
并行处理和多核技术在高性能计算、科学计算和图像处理等领域得到广泛应用。
七、虚拟化技术虚拟化技术是指通过软件将计算机资源抽象为多个逻辑实体，实现多个操作系统和应用程序的隔离和共享。
考研计算机体系结构知识点梳理
考研计算机体系结构知识点梳理计算机体系结构是计算机科学与技术中的重要分支，涵盖了计算机硬件和软件之间的接口设计、计算机系统的层次结构、指令集架构等内容。
考研中，对计算机体系结构的掌握是非常重要的，本文将对考研计算机体系结构的知识点进行梳理和总结。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构（Computer Architecture）是指计算机硬件与软件之间接口规格定义的集合，它包括计算机硬件的组成和工作原理，以及指令集架构和计算机系统的层次结构。
1.1 计算机硬件的组成计算机硬件由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入输出设备（I/O）等组成。
其中，中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
1.2 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构包括硬件层次结构和软件层次结构。
硬件层次结构包括处理器、存储器、总线等组成部分；软件层次结构包括操作系统、编译系统、应用软件等。
1.3 指令集架构指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA）定义了计算机系统的指令集合和指令的编码格式。
常见的指令集架构包括精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
二、计算机的性能指标在计算机体系结构中，常用的性能指标有时钟周期、时钟频率、执行时间和吞吐量等。
2.1 时钟周期和时钟频率时钟周期是指计算机系统中最小的时间单位，是计算机进行一次简单操作所需要的时间。
时钟频率是指计算机系统每秒钟进行时钟周期的次数。
2.2 执行时间执行时间是指计算机完成一个程序的时间，它等于指令执行的总周期数乘以时钟周期。
执行时间是衡量计算机性能的重要指标，通常以秒为单位。
2.3 吞吐量吞吐量是指计算机系统在单位时间内完成的任务数量。
吞吐量大表示计算机系统的处理能力强，可以同时处理更多的任务。
三、指令的执行流程计算机处理器执行指令的流程包括指令获取、指令译码、指令执行和结果写回等步骤。
3.1 指令获取指令获取是指计算机从存储器中获取指令的过程。
计算机体系结构概述
计算机体系结构概述计算机体系结构是指计算机硬件与软件之间的组织和交互方式。
它定义了计算机系统内部各个组成部分的功能、连接方式以及数据传输的路径等。
计算机体系结构的设计直接影响了计算机性能、可扩展性和能效等方面的表现。
本文将概述计算机体系结构的基本概念、发展历程和常见结构类型。
一、基本概念计算机体系结构是计算机系统的“蓝图”，可以将其比作大楼的设计图。
它包括了各个部分之间的功能划分、数据传输和操作方式等。
计算机体系结构主要由以下几个方面组成：1. 处理器：负责执行计算机指令，包括算术逻辑运算、控制逻辑和数据处理等功能。
2. 存储器：用于存储程序和数据。
常见的存储器有主存储器和辅助存储器，如内存和硬盘等。
3. 输入输出设备：用于与用户进行信息交互，如键盘、鼠标、显示器等。
4. 总线：用于连接各个组件之间的数据传输通路。
主要包括数据总线、地址总线和控制总线。
二、发展历程计算机体系结构随着计算机技术的发展而不断演变和完善。
以下是计算机体系结构的三个主要发展阶段：1. 单指令流单数据流(SISD)：早期计算机采用的体系结构，指令和数据都从单一的内存存取，处理器按照指令序列依次执行，没有并发操作。
2. 单指令流多数据流(SIMD)：在SISD的基础上，引入多个处理器核心，它们可以同时处理不同的数据，但执行的指令序列相同。
3. 多指令流多数据流(MIMD)：当前普遍采用的体系结构，具有多个独立的处理器核心，可以同时执行不同的指令和处理不同的数据。
三、常见结构类型根据计算机体系结构的特点和应用需求，发展出了多种常见的结构类型。
以下是几种常见的计算机体系结构：1. 冯·诺依曼结构：由冯·诺依曼于20世纪40年代提出的经典计算机结构。
它以存储程序的概念为基础，包含了用于指令和数据存取的存储器、算术逻辑单元(ALU)、控制单元和输入输出设备等。
2. 流水线结构：将指令执行划分为多个阶段，并行处理不同的指令。
计算机体系结构总结
第1章计算机系统结构的基本概念多级层次结构：第一级：微程序机器级；机器语言（传统机器级）；操作系统虚拟机；汇编语言虚拟机；高级语言虚拟机；应用语言虚拟机计算机系统结构：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
经典计算机系统结构的实质：计算机系统中软、硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。
硬件和软件在功能实现上是等效的，即一种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。
在实现性能上是不等效的。
软件实现的优点是设计容易、改进简单；硬件实现的优点是速度快语言实现的两种基本技术：翻译，解释翻译和解释是语言实现的两种基本技术。
它们都是以执行一串Ｎ级指令来实现N+1级指令，但二者存在着差别：翻译技术是先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。
而解释技术是每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级的指令，依此重复进行。
在这个过程中不产生翻译出来的程序，因此解释过程是边变换边执行的过程。
软件兼容同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。
软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。
其中向后兼容是软件兼容的根本特征。
向上(下)兼容：按某档计算机编制的程序，不加修改的就能运行于比它高（低）档的计算机。
向前(后)兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场的机器。
兼容机：不同厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
系列机：是指在一个厂家内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。
它的出现较好地解决了软件要求环境稳定和硬件、器件技术迅速发展之间的矛盾。
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象不存在。
响应时间从事件开始到结束之间的时间，也称为执行时间。
计算机体系结构概念总汇5-8章
第5章存储层次存储器的三个主要指标从用户的角度来看，存储器的三个主要指标是：容量、速度和价格。
多级存储层次由若干个采用不同实现技术的存储器构成的存储器系统。
各存储器处在离CPU不同距离的层次上。
其目标是速度接近于离CPU最近的存储器的速度，容量达到离CPU最远的存储器的容量。
失效开销CPU向第二级存储器发出访问请求到把这个数据块调入第一级存储器所需的时间。
平均访问时间T AT A＝命中时间＋失效率×失效开销“Cache－主存”层次在CPU和主存之间增加一级速度快、但容量较小而每位价格较贵的高速缓冲存储器。
借助于辅助软硬件，它与主存构成一个有机的整体，以弥补主存速度的不足。
“主存－辅存”层次“主存—辅存”层次的目的是为了弥补主存容量的不足。
它是在主存外面增加一个容量更大、每位价格更便宜、但速度更慢的存储器。
它们依靠辅助软硬件的作用，构成一个整体。
全相联映像当把一个块从主存调入Cache时，它可以被放置到Cache中的任意一个位置。
直接映像当把一个块从主存调入Cache时，它只能被放置到Cache中唯一的一个位置。
组相联映像当把一个块从主存调入Cache时，它可以被放置到Cache中唯一的一个组中的任何一个位置（Cache被等分为若干组，每组由若干个块构成）。
n路组相联在组相联映像中，如果每组中有n个块，则称该映像规则为n路组相联。
目录表目录表所包含的项数与Cache的块数相同，每一项对应于Cache中的一个块，用于指出当前该块中存放的信息是哪个主存块的。
候选位置一个主存块可能映像到Cache中的一个或多个Cache块位置，这些Cache块位置称为候选位置。
写直达法在执行“写”操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。
写回法按写分配法写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。
不按写分配法写失效时，直接写入下一级存储器中，而不把相应的块调入Cache。
计算机体系结构知识点汇总情况
第一章计算机体系结构的基本概念1.计算机系统结构的经典定义程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
（计算机组成：指计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现：计算机组成的物理实现）2.计算机系统的多级层次结构：1.虚拟机：应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器2.物理机：传统机器语言机器->微程序机器3.透明性：在计算机技术中，把这种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。
4.编译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序5.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都转去执行低一级机器上的一段等效程序。
6.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、氏分类法（按系统并行度P P:计算机系统在单位时间能处理的最大二进制位数）进行分类。
Flynn分类法把计算机系统的结构分为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)IS指令流，DS数据流，CS（控制流），CU（控制部件），PU（处理部件），MM，SM（表示存储器）7.计算机设计的定量原理：1.大概率事件优先原理（分配更多资源，达到更高性能）2.Amdahl定理：加速比：P P=P0(加速前）P P（加速后）=1(1−PP)+PP/PP(Fe为可改进比例（可改进部分的执行时间/总的执行时间），Se为部件加速比（改进前/改进后）3.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将使用的信息很可能是目前使用的信息。
空间局部性：即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间上相邻或相近。
4.CPU性能公式：1.时钟周期时间2.CPI：CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC3.IC(程序所执行的指令条数)8.并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔进行多种运算或操作。
同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。
计算机系统结构概要归纳
计算机系统结构复习第一章 计算机系统结构基本概念1.1计算机系统结构计算机系统层次结构·计算机系统结构主要研究软件、硬件功能分配和对软件硬件界面的确定，即哪些功能由软件完成、哪些功能由硬件完成。
·软件与硬件实现的特点：硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少。
软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多。
·计算机组成的任务是在计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后，研究各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。
·系统结构是计算机系统的软硬件界面；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。
·计算机系统结构的分类：①Flynn 分类法：指令流：机器执行的指令序列。
数据流：由指令调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
多倍性：在系统最受限制的元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。
按照数据流和指令流的组织方式分为：SISD 、SIMD 、MISD 、MIMD 。
②冯氏分类法：用最大并行度分类，最大并行度：计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。
分为：1、字串位串WSBS ；2、字并位串WPBS ；3、字串位并WSBP ；4、字并位并WPBP 。
③Handler 分类法：根据并行度和流水线分类，把计算机的硬件结构分成三个层次：1、程序控制部件（PCU ）的个数k ；2、算术逻辑部件（ALU ）或处理部件PE 的个数d ；3、每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路（ELC ）的套数w 。
1.2计算机系统设计技术·计算机系统设计的定量原理：①、加快经常性时间的处理速度；②、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总执行时间的比例有关。
加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施性能）=（没有采用改进措施前执行某任务的时间）/（采用改进措施后某任务执行时间）。
第八章 多计算机系统
MPP系统特征： 超强的并行处理能力。 每个结点相对独立，并拥有一个或多个微处理器（P/C）
MPP的各个结点均拥有各自的操作系统映像 各个结点间的内存模块相互独立，且不存在全 局内存单元的统一硬件编址 容错能力，MPP会有专门的监督系统，确定故 障并恢复，使整个系统稳定的运行 SVM（共享的虚拟存储）存储系统 将分布于各个节点的内存进行逻辑上的统一编 址， 这样不仅能系统结构更灵活，更易扩展， 还可以简化上层应用的程序的编写，具有较好 的可移植性
4. 集群系统资源管理和调度 集群操作系统 是在各结点的操作系统之上再构建一层操作系 统来管理整个集群，即建立一个全局UNIX， 用来解决集群系统中所有资源管理，包括组调 度、资源分配和并行文件系统等。这就是集群 操作系统。集群操作系统须具有以下特性：
单一系统映像（Single System Image，SSI） 1.单一入口点：用户连接到集群而不是某个具体结点； 2.单一文件系统：用户看到单个目录和文件层次； 3.单一作业管理系统：用户可以透明地从任一结点提 交作业，作业能在整个集群系统中透明地竞争资源。 4.单控制点：用户可以从控制工作站单点控制管理整 个系统，实现系统的安装、监督和配置、系统操作、 用户管理等功能。
PVM系统支持多用户及多任务运行，多个用户 可将系统配置成相互重叠的虚拟机，每个用户 可以同时执行多个应用程序。 系统提供一组便于使用的通信原语，可以实现 一个任务向其它任务发消息、向多个任务发消 息，以及阻塞和非阻塞收发消息等功能，用户 编程与网络接口分离。系统还实现了通信缓冲 区的动态管理机制。 PVM支持进程组，可以把一些进程组组成一个 组，一个进程可属于多个进程组，而且可以在 执行时动态变改变。 支持异构计算机联网构成并行虚拟计算机系统。 具有容错功能。当一个节点出现故障时，PVM 会自动将其从虚拟机中删除。
计算机体系结构概述
第 1 章系统结构的基本概念1.1计算机系统的多级层次结构1.从使用语言的角度，可以将系统看成是按功能划分的多个机器级组成的层次结构，由高到低分别为应用语言机器级、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和微程序机器级。
2.各机器级的实现方法：翻译（变换成低一级等效程序）或解释（仿真高级机器级语句或指令）3.通过多层次结构的观点可以得出，软件的功能可以由硬件实现，硬件的功能也可用软件模拟实现。
1.2计算机系统结构、组成与实现1. 透明：客观存在的事物或属性从某个角度看不到的。
2. 计算机系统结构指的是传统机器级的系统结构；它是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言、汇编语言程序设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到和遵循的计算机属性。
数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、IO结构、保护方式和机构。
2.计算机组成：是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及逻辑设计等。
它着眼于机器级内的各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能及各部件间的联系。
近40年里，计算机组成设计主要围绕提高速度，着重从提高操作的并行度、重叠度、以及功能的分散和设置专用功能部件来设计的。
(1)数据通路宽度；(2)专用部件的设置；(3)各种操作对部件的共享程度；(4)功能部件的并行度；(5)控制机构的组成方式；(6)缓冲和排队技术；(7)预估、预判技术；(8)可靠性技术。
3.计算机实现：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，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着主导作用。
4. 计算机系统结构、组成、实现三者互不相同，但又相互影响。
计算机系统结构名词解释汇总八
计算机系统结构名词解释汇总八1．计算机体系结构：计算机体系结构包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容。
2．透明性：在计算机技术中，对这种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)。
3．程序访问的局部性原理：程序总是倾向于访问最近刚访问过的信息，或和当前所访问的信息相近的信息，程序对信息的这一访问特性就称之为程序访问的局部性原理。
4. RISC精简指令集计算机。
5. CP 指令时钟数(Cycles per Instructiorj)。
6．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。
7.系列机：在一个厂家内生产的具有相同的指令集结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
8.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，而且它们所获得的结果一样，差别只在于有不同的运行时间。
9．基准程序：选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成的一个通用测试程序集合，用以测试计算机系统的性能10．合成测试程序：首先对大量的应用程序中的操作进行统计，得到各种操作的比例，再按照这个比例人为制造出的测试程序。
11. Benchmarks：测试程序包，选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成的一个通用测试程序集合。
12.核心程序：从真实程序提取出来的用于评价计算机性能的小的关键部分。
13.通用寄存器型机器：指令集结构中存储操作数的存储单元为通用寄存器的机器，称之为通用寄存器型机器14．Load/Store 型指令集结构：在指令集结构中，除了Load/Store 指令访问存储器之外，其它所有指令的操作均是在寄存器之间进行，这种指令集结构称之为Load/Store 型指令集结构。
15.虚拟机器：(virtual machine),由软件实现的机器16．操作系统虚拟机：直接管理传统机器中软硬件资源的机器抽象，提供了传统机器所没有的某些基本操作和数据结构，如文件系统、虚拟存储系统、多道程序系统和多线程管理等。
计算机体系结构知识点汇总
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（计算机组成：指计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现：计算机组成的物理实现）2.计算机系统的多级层次结构：1.虚拟机：应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器2.物理机：传统机器语言机器->微程序机器3.透明性：在计算机技术中，把这种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。
4.编译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序5.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都转去执行低一级机器上的一段等效程序。
6.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、冯氏分类法（按系统并行度）进行分类。
Flynn分类法把计算机系统的结构分为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)IS指令流，DS数据流，CS（控制流），CU（控制部件），PU（处理部件），MM，SM（表示存储器）7.计算机设计的定量原理：1.大概率事件优先原理（分配更多资源，达到更高性能）2.Amdahl定理：加速比：(Fe为可改进比例（可改进部分的执行时间/总的执行时间），Se为部件加速比（改进前/改进后）3.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将使用的信息很可能是目前使用的信息。
空间局部性：即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间上相邻或相近。
4.CPU性能公式：1.时钟周期时间2.CPI：CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC3.IC(程序所执行的指令条数)8.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。
计算机系统结构的基本概念
第一章 计算机系统结构的基本概念♦ 14．计算机系统设计的定量原理(1) 加快经常性事件的速度(Make the common case fast)。
(2) 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总执行时间的比例有关。
Fe 表示（改进前可改进部分占用的时间）/（改进前整个任务的执行时间），Se 表示（改进前改进部分的执行时间）/（改进后改进部分的执行时间），则：♦ 改进后的整个任务的执行时间为：)1(0Se Fe Fe T T n +-=, 其中0T 为改进前的整个任务的执行时间。
♦ 改进后的整个系统加速比为： SeFe Fe T T S n n /)1(10+-== （3）CPU 性能公式。
CPU 时间=CPU 时钟周期数/频率；CPU 时间=CPU 时钟周期数*时钟周期长；平均时钟周期数CPI=CPU 时钟周期数/IC （指令的条数）；CPU 时间=（IC*CPI ）/频率f ；)(CPU 1i n i i I CPI ⨯=∑=的时钟周期数（4）访问的局部性原理。
时间局部性、空间局部性。
5. 计算机系统设计者的主要任务(1) 确定用户对计算机系统的功能、价格和性能的要求。
(2) 软硬件的平衡。
(3) 设计出符合今后发展方向的系统结构。
6. 计算机系统设计的主要方法(1) “由下往上”（bottom-up ）设计。
(2) “由上往下”（top-down ）设计。
(3) “由中间开始”（middle-out ）设计。
)()(11IC I CPI IC I CPI CPI i n i i n i i i ⨯=⨯=∑∑==7. 系统结构的评价标准(1) 性能♦ MIPS （Million Instructions Per Second ）MIPS = 610*执行时间指令条数=610*CPI f ♦ MFLOPS （Million FLoating point Operations Per Second ）MFLOPS = 610*执行时间程序中的浮点操作次数 ♦ 用基准测试程序来测试评价机器的性能。
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第8章多处理机
集中式共享存储器结构
由几个到几十个处理器构成的MIMD机器。
各处理器通过大容量的Cache和总线互连，共享一个单独的物理存储器。
又称为对称式共享存储器结构机器或者UMA机器。
分布式存储器结构
处理器的规模较大，存储器分布到各个处理器上，而非采用集中式。
系统中每个结点包含了处理器、存储器、I／O以及互连网络接口。
通信延迟
通信延迟＝发送开销＋跨越时间＋传输延迟＋接收开销
跨越时间
数字信号从发送方的线路端传送到接收方的线路端所经过的时间。
传输时间
全部的消息量除以线路带宽。
分布式共享存储器或可缩放共享存储器体系结构
物理上分离的多个存储器作为一个逻辑上共享的存储空间进行编址，如果一个处理器具有访问权，就可以访问任何一个其他的局部存储器。
共享存储器机器
共享地址空间的机器。
利用load和store指令中的地址隐含地进行数据通信。
消息传递机器
多个地址空间的机器。
数据通信要通过处理器间显式地传递消息来完成。
私有数据
供一个单独的处理器使用的数据。
共享数据
供多个处理器使用的数据。
共享数据的迁移
把远程的共享数据项副本放在本处理器局部的Cache中使用，从而降低了对远程共享数据的访问延迟。
共享数据的复制
把多个处理器需要同时读取的共享数据项的副本放在各自局部Cache中使用。
复制不仅降低
了访存的延迟，也减少了访问共享数据所产生的冲突。
Cache一致性协议
对多个处理器维护Cache一致性的协议。
写顺序化
写操作顺序化，使得对同一存储器单元所进行的写操作顺序在所有处理器看来都是相同的。
目录
用一种专用的存储器所记录的数据结构，它记录着可以进入Cache的每个数据块的访问状态、该块在各个处理器的共享状态以及是否修改过等信息。
监听法
当物理存储器中的数据块被调入Cache时，其共享状态信息与该数据块一起放在该Cache 中。
系统中没有集中的状态表。
这些Cache通常连在共享存储器的总线上，各个Cache控制器通过监听总线来判断它们是否有总线上请求的数据块。
写作废协议
在一个处理器写某个数据项之前保证它对该数据项有唯一的访问权。
写更新协议
当一个处理器写某数据项时，通过广播使其他Cache中所有对应的该数据项副本进行更新。
宿主结点
存放有存储器块和对应地址目录项的结点。
原子交换
将一个存储单元的值和一个寄存器的值进行交换，且交换是不可分的。
旋转锁
指处理器环绕一个锁不停地旋转而请求获得该锁。
栅栏同步
并行循环程序中一个常用的同步操作。
栅栏强制所有到达该栅栏的进程进行等待，直到全部的进程到达栅栏，然后释放全部的进程，从而形成同步。
栅栏的典型实现是用两个旋转锁：一个用来记录到达栅栏的进程数，另一个用来封锁进程直至最后一个进程到达栅栏。
细粒度多线程技术
在每条指令之间都能进行线程的切换，从而导致多个线程的交替执行。
通常以时间片轮转的方法实现这样的交替执行，在轮转的过程中跳过当时处于停顿的线程。
粗粒度多线程技术
线程之间的切换只发生在时间较长的停顿出现时。
同时多线程技术
简称SMT。
它是一种在多流出、动态调度的处理器上同时开发线程级并行和指令级并行的技术，是对多线程技术的一种改进。