计算机系统结构复习总结
计算机体系结构复习要点
第一章计算机体系结构的基本概念1.计算机系统的层次结构L6应用语言虚拟机L5高级语言虚拟机L4汇编语言虚拟机L3操作系统虚拟机L2机器语言L1微程序机器级：L1~L3级用解释的方法实现，L4~L6级用翻译的方法实现。
翻译和解释是语言实现的两种基本技术。
共同点：都是以执行一串L级指令来实现一跳L+1级指令；不同点：翻译技术是先把L+1级程序全部转换成L 级程序后，再去执行新产生的L级程序，在执行过程中L+1级程序不再被访问；而解释技术则是每当一条L+1条指令被译码后，就直接去执行一串等效的L级指令，然后再去取下一条L+1级的指令，依次重复进行。
一般来说，解释执行比编译后再去执行所花的时间多，但占用的存储空间较少。
2.计算机系统结构的定义计算机系统结构是程序员看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
计算机设计的3个方面：指令集结构、组成、硬件。
计算机系统结构概念的实质是：确定计算机系统中软硬件的界面，界面之上是软解实现的功能，界面之下是硬件实现的功能。
3.计算机组成和计算机实现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，包括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联系。
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。
它着眼于器间技术和微组装技术，其中器件技术在现实技术中起主导作用。
系列机是指由同一厂商生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
4．定量分析技术（计算）Amdahl定律、CPU性能公式（简答）程序的局部性原理：它是指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。
（局部性包括时间局部性和空间局部性。
系统结构知识点总结
系统结构知识点总结一、系统结构的概念系统结构是指系统的总体框架和组成部分之间的相互关系。
在系统工程理论中，系统结构是系统工程的基础，它直接影响到系统的功能、性能、可靠性和成本等方面的设计和实现。
系统结构的优劣决定了整个系统的表现和效果，因此系统结构的设计是系统工程中至关重要的环节。
二、系统结构的特点1. 多样性：不同的系统有不同的结构特点，因此系统结构具有多样性和灵活性。
2. 整体性：系统结构是系统的总体框架，具有整体性和完整性的特点。
3. 层次性：系统结构往往具有层次结构，其中上层结构影响下层结构，下层结构又反过来影响上层结构。
4. 动态性：系统结构是动态变化的，随着系统的发展和演化，系统结构也会发生变化。
三、系统结构的基本原则1. 单一职责原则：一个系统组件只负责一个功能，避免功能交织造成的复杂性和难以维护的问题。
2. 开闭原则：系统结构应该对扩展开放，对修改封闭，使得系统可以灵活地调整和扩展。
3. 依赖倒置原则：系统中的抽象应该不依赖于具体实现，而具体实现应该依赖于抽象。
4. 接口隔离原则：系统中的各个组件应该具有独立的接口，避免不必要的依赖和耦合。
5. 最小化依赖原则：系统结构应该尽量减少模块之间的依赖，降低系统的复杂度和脆弱性。
四、系统结构的设计方法1. 自顶向下设计：先设计系统的整体框架，再逐步细化到具体的模块和组件。
2. 分而治之：将系统分解成若干个相互独立的模块和组件，分别进行设计和实现，最后进行集成测试和验证。
3. 模块化设计：将系统分解成若干个可重用的模块，使得系统具有良好的可维护性和扩展性。
4. 面向对象设计：采用面向对象的设计方法，将系统抽象成一组对象，通过对象间的交互来实现系统的功能和行为。
五、系统结构的常见模型1. 分层结构模型：将系统分解成若干水平层次的模块和子系统，每一层次都有单一的职责和功能。
2. 客户-服务器模型：将系统分为客户端和服务器端两部分，客户端负责用户界面和交互，服务器端负责业务逻辑和数据处理。
计算机系统结构前四章知识总结
计算机系统结构前四章知识总结第一章计算机系统结构的基本概念1、层次结构：计算机系统由硬件/器件和软件组成，按功能划分成多级层次结构。
每一级对应一种机器：第0级和第1级是具体实现机器指定功能的中央控制部分；第2级是传统机器语言及其；第3级是操作系统机器；第4级是汇编语言机器；第5级是高级语言机器；第6级是应用语言机器。
2、计算机系统结构：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。
但按照计算机层次结构，不同程序者所看到的计算机有不同的属性。
主要研究软件、硬件功能分配和对软、硬件界面的确定。
3、计算机组成：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
4、计算机实现：是指计算机组成的物理实现。
5、透明性：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，成为透明性现象。
6、由上往下设计（自上而下设计）：首先确定用户级虚拟机器的基本特征、数据类型和基本命令等，而后再逐级向下设计，直到由硬件执行或解释那级为止。
7、由下往上设计（自下而上设计）：根据硬件技术条件，特别是器件水平，首先把微程序机器级和传统机器研制出来。
在此基础上，再设计操作系统、汇编语言、高级语言等虚拟机器级。
最后设计面向应用的虚拟机器级。
8、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。
9、软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各挡机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。
10、兼容机：不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
11、模拟：是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。
12、仿真：用程序直接解释另一种机器指令系统的方法。
13、虚拟机和宿主机：在A计算机上要实现B计算机的指令系统，通常采用解释方法来完成，即B机器的每一条指令用一段A机器的指令进行解释执行，如同A机器上也有B机器的指令系统一样，A机器称为宿主机，B机器称为虚拟机。
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。
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(TimeInterleaving)，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。
计算机体系结构知识点复习总结
CISC主要目标：增强指令功能，把越来越多功能交给硬件来完成，并且指令数量也越来越多缺点：1.各种指令使用频率悬殊，2.增加时间，成本，3.给超大电路设计增加隔了很多困难4.复杂指令需要复杂操作，费时5.各条指令功能不均衡，不利于采用先进计算机体系结构技术来提高系统性能RISC 基本技术1.重叠寄存器窗口技术2.延迟转移技术3.指令取消技术4.指令流调整技术5.采用认真设计和优化编译系统设计的技术数据相关类型读后写写后读，写后写解决数据相关的方法1.推后处理：推后本条指令的分析，直到所需要的数据写入到相关的存储单元中，再来执行处理这条指令2设置专用路径：不用等待需要数据写入到存储单元中，而是要经过专门设置的数据通路读取所需要的数据总线集中仲裁方式优缺点链式查询：优：连接简单，控制线路少，很容易扩充缺：対查询链的故障很敏感，优先级固定计数器定时查询：优：可改变优先级次序，灵活性好缺：控制线多，扩展性差独立请求方式：优：响应时间快，优先级次序控制灵活缺：控制线数多，控制逻辑复杂流水线技术特点1.把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程都有一个专门的功能部件来完成，因此流水线实际上是把一个大的功能部件分解为多个独立的功能部件并依靠祂的并行工作来提高吞吐率2.流水线各段的时间因尽可能相等，否则会引起流水线阻塞和断流3.流水线每一个前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器4.流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断提供任务，才能充分发挥流水线的效率5.流水线需要有通过时间和排空时间，在这两个时间段中流水线都不是满负荷工作如何评价替换算法好坏一般可使用典型程序运行时产生的页地址流来对该算法进行模拟其页面的替换的过程，通过统计出页面命中率的高低来分析。
页面命中率的高低也所用的页面的替换算法、页面址流、所分配到的实页数、页面大小等多种因素有关存储系统和存储体系区别存储系统：多种不同工艺存储器组织到一起，但从逻辑上不是一个整体存储体系：从程序员角度来看，各种不同工艺存储器在逻辑上看成一个整体解决主存与CPU的速度差对机器性能的影响，可采用哪些解决方法1.设置Cache2.采用并行主存系统Cache存储系统地址映像及交换方法？优缺点？地址映像：把存放在主存中的程序按照某种规则装入Cache中，并建立主存地址与Cache 之间的对应关系地址变换：当程序已经装入Cache之后，在实际运行过程中，把主存地址变成Cache地址。
02325计算机系统结构复习资料全
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(TimeInterleaving)，资源重复(Resource Replication)，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 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，
计算机体系结构复习,考点
1.计算机系统结构的定义：计算机系统结构概念的实质是确定计算机系统中软、硬件的界面，界面之上是软件实现的功能，界面之下是硬件和固件实现的功能。
2.计算机组成额计算机实现的二者关系：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。
3.系列机的软件兼容方式4种：向上兼容、向下兼容、向前兼容、向后兼容。
向上（下）兼容指的是按某档计算机编制的程序，不加修改就能运行于比他高（低）档的计算机。
向后（前）兼容指的按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改就能运行于在它之后（前）投入市场的计算机。
向后兼容一定要保证，他是系列机的根本特征。
兼容机：它是指由不同制造商生产的具有相同系统结构的计算机。
4.计算机系统设计的4个常用定量原理：①以经常性事件为重点：这是计算机设计中最重要、使用最广泛的设计原则。
②Amdahl定律：加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速比，受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比。
Amdahl定律可用来计算当对计算机系统中的某个部分进行改进后，系统总体性能可获得多大的提高。
这是通过加速比这个指标来衡量的。
= =，这个加速比依赖于两个因素：在改进前的系统中，可改进部分的执行时间在总执行时间中的比例：可改进部分改进以后性能提高的倍数。
③CPU性能公式：CPU 时间=执行程序所需的时钟周期数X时钟周期时间，引入新参数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／IC IC：所执行的指令条数。
程序执行的CPU 时间可以写成CPU时间= IC ×CPI ×时钟周期时间。
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。
计算机体系结构知识点汇总
第一章电脑体系结构的基本概念1.电脑系统结构的经典定义程序员所看到的电脑属性，即概念性结构与功能特性。
〔电脑组成：指电脑系统结构的逻辑实现。
电脑实现：电脑组成的物理实现〕2.电脑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：在电脑技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好似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.常见的电脑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P m:计算机系统在单位时间内能处理的最大二进制位数〕进行分类。
Flynn分类法把电脑系统的结构分为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.电脑设计的定量原理：1.大概率事件优先原理〔分配更多资源，到达更高性能〕2.Amdahl定理：加速比：S n=T0(加速前）T n（加速后）=1(1−Fe)+Fe/Se(Fe为可改良比例〔可改良部分的执行时间/总的执行时间〕，Se为部件加速比〔改良前/改良后〕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：电脑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。
同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。
计算机系统结构知识点复习考点归纳总结
计算机系统结构知识点复习考点归纳总结令）控制计算机硬件的层次，汇编语言机器级则是用（助记符）来控制计算机硬件的层次。
22、缓存技术是为了（解决处理器与主存速度不匹配的问题）而引入的。
23、DMA访问是指（直接内存访问）技术，可以减少CPU的负担，提高数据传输效率。
24、在多处理机系统中，（任务）级并行性是指多个任务同时执行，（数据）级并行性是指一个任务中的多个数据同时执行。
25、计算机系统中的（指令流水线）技术可以提高CPU 的运行效率，将多个指令的执行过程重叠起来，从而减少CPU的空闲时间。
26、计算机系统中的（虚拟存储器）技术可以将主存和辅存结合起来，使得程序能够访问比主存更大的地址空间，从而提高系统的性能。
27、计算机系统中的（分布式系统）是指将多个计算机连接起来，共同完成一个任务，可以提高系统的可靠性和性能。
28、计算机系统中的（并行计算）技术可以将一个大问题分解成多个小问题，同时在多个处理器上进行计算，从而提高计算速度和效率。
29、计算机系统中的（云计算）是指将计算资源和服务通过网络提供给用户，可以实现资源的共享和高效利用。
4096字节之间）当程序需要访问某一页时。
操作系统会将该页从磁盘上读入主存，然后再进行访问。
这种方式可以提高存储器的利用率，但也会增加访问时间和开销。
并行性是指在同一时间段内完成多项任务的能力。
它可以分为最低耦合、松散耦合和紧密耦合三种类型，取决于物理连接的紧密度和交叉作用能力的强弱。
开发并行性的途径有时间重叠、资源重复和资源共享。
并行性的开发需要综合考虑硬件、软件、语言、算法和性能评价等因素。
资源重复是指通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。
最典型的例子是双工系统。
资源重复不仅可以提高可靠性，而且可以进一步用多计算机或机群系统来提高系统的速度性能。
并行处理技术的研究需要综合考虑硬件、软件、语言、算法和性能评价等因素。
沿时间重叠技术途径发展的异构型多处理机系统的典型结构代表是流水线处理机。
计算机系统结构复习个人总结
第一章:计算机系统的层次结构：（按照计算机语言从低级到高级）微程序机器，传统机器语言机器，操作系统机器，汇编语肖机器，高级语言机器和应用语言机器。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性•即概念属性和功能特性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包括物理机器级中的数据流和控制流的组成和逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机，主存等物理结构及整机装配技术。
（器件技术和微组装技术）透明性：在讣算机技术中，把这种本来存在的事物和属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性0Flynn分类法是依旧：指令流和数据流的多倍性进行分类的。
冯氏分类发：是按照计算机系统的最大并行度来分类的。
计算机系统设计的定量原则：以经常性事件为重点：在il•算机系统中对于经常发生的事件.赋予它优先的处理权和系1.统使用权。
2, Amdahl定律：加快某部件的执行速度所获得的系统性能的加速比。
S… = —（注F5改进时间比例，2性能提高倍数）心“3, 4, CPU性能公式：执行一个程序所需要的CPU时间=IC*CPI*时钟周期时间（CPI指令平均时钟周期二执行程序所需要的时钟周期数/所执行的指令数）cpi=sr=i （CPh煜〉J C程序的局部属性：程序执行时，所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对簇聚的0包括时间局部性和空间局部性。
计算机系统设计者的主要任务：r确定用户对il•算机系统的功能，价格和性能的要求。
2,软硬件功能的分配。
3,设讣出生命周期长的系统结构。
软件兼容：一台计算机上的程序不加修改或只需要少量的修改就可以由一台计算机一宜到另一台计算机上运行，差别只是执行时间的不同从中间开始设计:这里的“中间”是指层次结构中软硬件的交界而“采用这种方法，首先进行软硬件功能的分类，确定好这个界面，然后从这个界而开始往上或往下设让。
好处：软件和硬件并行设ih缩短了设计时间，而且设汁的过程中可以互相协调•是一种交互式很好的设il •方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机系统结构复习总结计算机系统结构复习总结一、计算机系统结构概念1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。
*注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。
1.2 计算机系统的层次结构现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。
现代计算机结构图*注意：计算机结构的层次模型依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。
从语言层次上画分可得下图：计算机结构的层次模型1.3计算机系统结构组成与实现计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系：计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。
因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。
计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。
应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。
1.4 计算机系统结构的分类计算机结构分类方式主要有三种：（1）按“流”分类按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。
指令流是指机器执行的指令序列，数据流是指指令流调用的数据序列。
多倍性是指在计算机中最受限制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单位中，最多可并行执行的指令条数或处理的数据个数。
*注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻辑结构类型：①SISD计算机②SIMD计算机③MISD计算机④MIMD计算机（2）按“并行性”和“流水线”分类（3）按计算机系统结构的最大并行度进行分类1.5计算机系统的设计与实现随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件间界限已经变得模糊了。
因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可由软件来完成。
对于某一功能是采用硬件方案还是软件方案，取决于期间价格、速度、可靠性、储存容量、变更周期等因素。
*计算机系统的设计原则：（1）加快经常性事件的速度------这是最重要也是被广泛采用的设计准则使经常性事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能（2）Amdahl定律Amdahl定律：系统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。
主要应用：改善“系统瓶颈”性能。
Amdahl定律定义了加速比：n个处理器加速因子S=n/[1+(n-1)f]:f为非平行百分比，n越大，S不能超过1/f（3）访问局部性原理程序访问局部性原理说明了计算机在程序执行过程中呈现出的一种规律，即程序往往重复使用它刚刚使用过的数据和指令。
局部性分为时间上的局部性和空间上的局部性两种。
所谓时间局部性是指近期被访问的代码，很可能不久又将再次被访问；空间局部性是指地址上相邻近的代码可能会被连续地访问。
*计算机系统设计的主要任务：（1）确定用户定计算机系统的功能、价格和性能要求功能要求包括：应用领域、软件兼容性、操作系统的要求、各种通用国际标准的要求。
价格要求：考虑用户或市场对计算机功能和性能要求的前提下，尽量降低成本。
性能要求包括：速度、容量、输入/输出的种类、可靠性、可维护性、安全性、容错能力、人机交互的能力等。
（2）软硬件的平衡硬件实现：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（3）设计出符合今后发展方向的系统结构一个成功的系统结构应该能经得起软、硬件技术的发展以及应用的变化。
因此设计者必须特别注意计算机应用和计算机技术的发展趋势，这样才能延长一种机器的使用寿命。
发展趋势：硬件实现的比例越来越高，软件所占的成本越来越高1.6计算机系统性能评测（1）CPU性能CPU的性能是指CPU执行程序所用的时间，也就是CPU连续地执行一条条指令的时间，不包括I/O等待时间。
CPU的性能取决于三个要素：①时钟频率f②每条指令所花的时钟周期数CPI③指令条数IC其中，Ii 表示i指令在程序中执行的次数，CPIi表示i 指令所需的平均时钟周期数，n为指令种类数。
（2）MIPS和MFLOPS1）MIPS表示每秒百万条指令数，对于一个给定的程序MIPS的定义为：程序的执行时间为：其中：Te为程序执行时间，CPI 为每条指令的平均时钟周期，时钟频率为美妙周期数即每周期的时间的倒数。
极其愈快其MIPS值愈高，但MIPS对指令系统和程序的依赖性很大，在某些情况下不能准确反映系统的性能2）MFLOPS表示每秒百万次浮点操作次数MFLOPS的定义为：，MFLOPS用于衡量机器浮点操作的性能，同一程序在不同机器上执行的指令可能不同，但执行的浮点运算却是完全相同的。
但MFLOPS不能体现机器的整体性能，MFLOPS取决于机器和程序两个方面，不同机器浮点运算集不同，因此不同浮点操作的时间也不同。
1.7 计算机系统结构的演变早期的计算机以运算器为中心。
以后50多年逐步演变以存储器为中心，并采用流水线、多处理器、多处理机的并行处理技术，使其功能得到不断地提高。
1.8 并行处理技术并行处理技术是提高计算机性能的最佳途径，也是计算机未来的发展方向。
并行处理以发展多处理器和并行计算为基础，出现了阵列机和多处理机系统；随着计算机网络的发展，又发展各种适应于网络环境的计算机，以便更大范围地实现并行处理与资源共享。
①采用多处理器：以支流水线和并行处理技术，加快指令的执行和数据处理的速度，比如产生了针对向量运算的向量机、脉动阵列机等。
②采用多个处理机：构成并行处理机系统，如设置浮点运算协处理机、I/O处理机等，以提高整机的数据处理能力和I/O速率；在此基础上，发展为多个处理机的并行处理机系统。
③网络计算机：各种计算机都配置了调制解调器，以便联网，以实现更大范围的多机并行处理和资源共享。
*特别关注：冯·诺依曼计算机是一种控制驱动方式，它的基本原理是程序存储。
他的组成及工作原理如下图：1.9 应用需求对计算机系统结构的影响（1）应用需求对计算机系统结构的影响由于社会的应用需求，产生了第一台电子计算机，同时，也正是应用需求，一直在推动计算机发展。
为了满足应用需求对计算机性能的需要，计算机系统结构一直处于发展和变化之中，主要表现在运算速度、存储器容量和I/O吞吐率等方面。
①为满足科学计算和大量数据信息的处理，计算机有小型机发展到中型机、大型机乃至于巨型机，在系统结构上产生了浮点运算器、阵列机、并行处理机以及各种多处理机系统等；②为满足自动控制、信号传输与通信的需要，产生了包括I/O处理机在内的各种专用计算机；③为实现智能化的控制与管理，出现了模糊处理机和模糊存储器；④为适应智能仪器仪表的发展，嵌入式计算机芯片大量地涌现了出来。
（2）选择合理的性能价格比为了满足不同领域的特殊需求，需要为之设计高效率系统结构的计算机。
主要的应用领域有：a.高结构化的数值运算：流体力学、气象模型、有限元分析等；b.非结构化的数值运算：蒙特卡洛模拟、稀疏矩阵等；c.实时多因素处理：语音识别、图形图像处理、计算机视觉等；d.大容量及高I/O密度的处理：数据库系统、事务处理、大容量交换机等；e.人工智能：面向知识系统、推理系统、自学习系统、智能管理与控制等。
如果让一台计算机具有上述所有的功能，成本太高，使用效率不高。
因此，可把专用系统结构与通用系统结构结合起来，确定一个合理的价格比。
2.0 器件对计算机系统结构的影响在计算机中，器件的类型非常多，通常起主要作用的主要表现在以下几个方面：①逻辑电路的综合功能在不断地提高，单个芯片中晶体管的数量以每年（60%~80%）的速率在增长，CPU的速度在不断地提高.②动态存储器DRAM的芯片的密度每年以（50%~60%）的速率在增长，存储周期大约10年下降1/3。
③磁盘密度每年大约以50%的速率增长，三年增长4倍，存取时间大约10年下降1/3.除此之外，其他器件、外围设备的性能，也在大幅度地提高。
这些对计算机系统结构的发展也起到很大的处境作用。
（1）提高主频主频是计算机的一项主要参数。
如今期间发展了，速度提高了，一方面可简化具体的电路；另一方面，可容易地提高CPU的速度。
（2）对系统结构的影响由于构成计算机的器件发展为大规模和超大规模集成电路，每一个芯片中包含有数以千万计的晶体管电路，可为CPU配置大量的寄存器，构成寄存器窗口；为主CPU配置浮点计算器、I/O处理器；构成多CPU阵列、多处理机系统等。
（3）对性能价格比的影响随着大规模、超大规模集成电路的发展，器件的规模不断扩大，功能不断增强，体积不断减小，可高兴不断提高。
使得大型机的功能向中小型机上转移，中小型机上的功能向微型机上转移，微型机的功能缩小为单片机、嵌入式微程序控制器等。
同时，使用LSI/VLSI技术还可使各类器件芯片的研发成本、生产成本下降。
因此其性能价格比提高。
二、名词概念虚拟机：用软件实现的机器叫做虚拟机，但虚拟机不一定完全由软件实现，有些操作可以由硬件或固件（固件是指具有软件功能的固件）实现。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
兼容机：它是指由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
流水线技术：将一个重复的时序过程，分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行。
单功能流水线：指流水线的各段之间的连接固定不变、只能完成一种固定功能的流水线。
多功能流水线：指各段可以进行不同的连接，以实现不同的功能的流水线。
顺序流水线：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序完全相同。
乱序流水线：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同，允许后进入流水线的任务先完成。
这种流水线又称为无序流水线、错序流水线、异步流水线。
吞吐率：在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。
指令的动态调度：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。
是由硬件在程序实际运行时实施的。
指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。