计算机系统结构考试各章总结
系统架构设计师考试知识点(新版本)
第一章系统架构师概述1.1.1系统架构师的概念现代信息系统“架构”三要素:构件、模式、规划;规划是架构的基石,也是这三个贡献中最重要的。
架构本质上存在两个层次:概念层,物理层。
1.2.1系统架构师的定义负责理解、管理并最终确认和评估非功能性系统需求,给出开发规范,搭建系统实现的核心架构,对整个软件架构、关键构建、接口进行总体设计并澄清关键技术细节。
主要着眼于系统的“技术实现”,同时还要考虑系统的“组织协调”。
要对所属的开发团队有足够的了解,能够评估该开发团队实现特定的功能需求目标和资源代价。
1.2.2系统架构师技术素质对软件工程标准规范有良好的把握。
1.2.3系统架构师管理素质系统架构师是一个高效工作团队的创建者,必须尽可能使所有团队成员的想法一致,为一个项目订制清晰的、强制性的、有元件的目标作为整个团队的动力;必须提供特定的方法和模型作为理想的技术解决方案;必须避免犹豫,必须具备及时解决技术问题的紧迫感和自信心。
1.2.4系统架构师与其他团队角色的协调系统分析师,需求分析,技术实现系统架构师,系统设计,基于环境和资源的系统技术实现项目管理师,资源组织,资源实现由于职位角度出发产生冲突制约,不可能很好地给出开发规范,搭建系统实现的核心架构,并澄清技术细节,扫清主要难点。
所以把架构师定位在项目管理师与系统分析师之间,为团队规划清晰的目标。
对于大型企业或项目,如果一人承担多个角色,往往容易发生顾此失彼的现象。
1.3系统架构师知识结构需要从大量互相冲突的系统方法和工具中区分出哪些是有效的,那些是无效的。
1.4从开发人员到架构师总结自己的架构模式,深入行业总结规律。
几天的培训不太可能培养出合格的软件架构师,厂商的培训和认证,最终目的是培养自己的市场,培养一批忠诚的用户或产品代言人,而不是为中国培养软件架构师。
《计算机网络基础知识》计算机系统由硬件和软件组成,软件通常分为系统软件和应用软件。
系统软件支持应用软件的运行,为用户开发应用软件提供平台,用户可以使用它,但不能随意修改它。
计算机系统结构复习
n
2
pi (pi 表示第 i 种操作码在程序中出现的概率)
4
Copyright 2011
计算机系统结构复习提纲
© 计 081
固定长编码相对于 Huffman 编码的信息冗余量: R 1 必须知道每种操作码在程序中出现的概率
pi log i
1
n
2
pi
log n
2
扩展编码法
Huffman 操作码的主要缺点: 操作码长度很不规整,硬件译码困难 与地址码共同组成固定长的指令比较困难 扩展编码法:由固定长操作码与 Huffman 编码法相结合形成
存在的问题
以硬件为主固件为辅 固件的主要缺点是: 执行速度低。目前,ROM 的速度低于 SRAM 一条机器指令通常要多条微指令解释执行 固件的主要优点是: 便于实现复杂指令,便于修改指令系统 以硬联逻辑为主来实现指令系统 对于少数复杂的指令,目前的许多处理机也用微程序技术实现。 RISC 对编译器造成的困难主要有: (1)必须精心安排每一个寄存器的用法,以便充分发挥每一个通用寄存器的效率,尽量减少访问主存储器的次数。 (2)做数据和控制相关性分析,要调整指令的执行序列,并与硬件相配合实现指令延迟技术和指令取消技术等。 (3)要设计复杂的子程序库,RISC 的子程序库通常要比 CISC 的子程序库大得多。
2. 数据表示的含义及与数据结构的关系
数据表示的定义: 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 数据类型:文件、图、表、树、阵列、队列、链表、栈、向量、串、实数、整数、布尔数、字符等 确定哪些数据类型用数据表示实现,是软件与硬件的取舍问题
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。
计算机系统结构考点总结
计算机系统结构考点总结计算机系统结构是计算机科学与技术领域的重要分支,涉及计算机硬件和软件的组成及其相互关系。
为了帮助大家更好地掌握这一领域的核心知识,本文将针对计算机系统结构的考点进行详细总结。
一、计算机系统结构基本概念1.计算机系统结构的定义及发展历程2.计算机系统结构的分类:冯·诺伊曼结构、哈佛结构、堆栈式结构等3.计算机系统性能指标:指令周期、CPU时钟周期、主频、缓存命中率等二、中央处理器(CPU)1.CPU的组成:算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)、寄存器组等2.指令集架构:复杂指令集计算机(CISC)、精简指令集计算机(RISC)3.CPU缓存:一级缓存、二级缓存、三级缓存及其工作原理4.多核处理器:核数、并行计算、线程级并行等三、存储系统1.存储器层次结构:寄存器、缓存、主存储器、辅助存储器等2.主存储器:DRAM、SRAM、ROM等3.磁盘存储器:硬盘、固态硬盘、光盘等4.存储器管理:分页、分段、虚拟存储器等四、输入输出系统1.I/O接口:并行接口、串行接口、USB、PCI等2.I/O设备:键盘、鼠标、显示器、打印机等3.I/O控制方式:程序控制、中断、直接内存访问(DMA)等4.I/O调度策略:先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)、扫描算法等五、总线与通信1.总线分类:内部总线、系统总线、I/O总线等2.总线标准:ISA、PCI、PCI Express等3.通信协议:TCP/IP、UDP、串行通信等4.网络拓扑结构:星型、总线型、环型、网状等六、并行计算与分布式系统1.并行计算:向量机、SIMD、MIMD等2.分布式系统:分布式计算、分布式存储、负载均衡等3.并行与分布式编程:OpenMP、MPI、MapReduce等4.并行与分布式算法:排序、搜索、分布式锁等通过以上考点的总结,相信大家对计算机系统结构有了更加全面和深入的了解。
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。
计算机系统结构年串讲及汇总第一部分
第一章计算机系统结构的基本概念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:1应用语言机器级 2高级语言机器级 3汇编语言机器级 4操作系统机器级 5传统机器语言机器级 6微程序机器级;2. 应用程序语言经应用程序包的翻译成高级语言程序;3. 高级语言程序经编译程序的翻译成汇编语言程序;4.汇编语言程序经汇编程序的翻译成机器语言程序;5.在操作系统机器级,一般用机器语言程序解释作业控制语句;6.传统机器语言机器级,是用微指令程序来解释机器指令;7.微指令由硬件直接执行;8. 在计算机系统结构的层次结构中,机器被定义为能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体;9.透明指的是客观存在的事物或属性从某个角度看不到,它带来的好处是简化某级的设计,带来的不利是无法控制10.翻译:先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成底一级机器级上行将的程序,然后在低一级机器级上实现的技术11.解释:在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能,通过高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;12硬件取舍原则:1应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;2要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地限制各种组成、实现技术的采用;3不能仅从“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;13. 计算机系统的设计思路:1由上往下2由下往上3由中间开始14. 软件的可移植性:指的是软件不修改或只经少量修改就可由一台机器搬到另一台机器上运行,同一软件可应用于不同的环境;15. 实现欠件移植的几个基本技术:1统一高级语言 2采用系列机 3模拟与仿真16. 为什么没有对各种应用真正通用的语言1不同的用途要求语言的语法、语义结构不同;2人们对语言的基本结构看法不一;3即使同一种高级语言在不同厂家的机器上也不能完全通用;4受习惯势力阻挠,人们不愿意抛弃惯用的语言;17 模拟:用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为模拟;需经二重解释,速度低,实时性差模拟灵活,可实现不同系统间的软件移植,系统差异太大时效率速度急剧下降18 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;速度上损失小,但不灵活,只在差别不大的机器上使用,两种机器差别太大时,就很难仿真19 模拟与仿真的区别:仿真是用微程序解释,其解释程序存入在控制存储器中;而模拟是用机器语言程序来解释,其解释程序存放在主存中;20 并行性:把解题中具有可以同时进行运算或操作的特性;并行性包括1同时性和2并发性同时性:指两个或多个事件在同一时刻发生并发性:指两个或多个事件在同一时间间隔内发生21开发并行性途径:1时间重叠 2资源重复 3资源共享时间重叠:让多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分,加快硬件周围来赢得速度;资源重复:通过得利设置硬件资源来提高可靠性或性能;资源共享: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其利用率,相应也就提高了系统的性能;第二章数据表示与指令系统1.数据表示:指的是能由机器硬件直接识别昨引用的数据类型;2.数据结构反映了应用中要用的各种数据元素或信息单元之间的结构关系; 数据表示是数据结构的组成元素;3.数据结构和数据表示是软、硬件的交界面;数据表示的确定实质是软、硬件的取舍;4.高级数据表示:1自定义数据表示 2微量数组数据表示 3堆栈数据表示5.标志符数据表示:将数据类型和数据本身直接联系到一起;合存于同一存储单元中6.标志符数据表示的优点:1简化了指令系统和程序设计2简化了编译程序3便于实现一至性校验4能由硬件自动变换数据类型5支持了数据库系统的实现与数据类型无关的要求6为软件调试和应用软件开发提供了支持7.标志符数据表示可能带来的问题:1每个数据字因增设标志符,会增加程序所占的主存空间2采用标志符会降低指令的执行速度8.规模机器的特征:(1)有高速寄存器组成的硬件堆栈,并附加控制电路让它与主存中的堆栈区在逻辑上构成整体,使堆栈的访问速度是寄存器,容量是主存的(2)有丰富的堆栈操作指令且功能很强,直接可对堆栈中的数据进行各种去处和处理(3)有力地支持高级语言程序的编译(4)有力地支持子程序的嵌套和递归调用9.引入数据表示的原则:(1)看系统的效率有否提高,即是否减少了实现时间的存储空间(2)看引入这种数据表示后,其通用性和利用率是否高10.浮点数尾数的下溢处理方法:1截值法 2舍入法 3恒置1法 4查表舍入法11.寻址方式:指的是指令按什么方式寻长或访问到所需的操作数或信息;12.寻址方式在指令中的两种指明方式:1 占有操作码中的某些位 2在地址码部分专门设置寻址方式位字段指明13.逻辑地址是程序员编程用的地址;物理地址是程序在主存中的实际地址;14.静态再定位:在目的程序装入主存时,由装入程序用软件方法把目的程序的逻辑地址变换成物理地址15.动态再定位:在执行每条指令时才形成访存物理地址的方法16.指令由操作码和地址码两部分构成;操作码指明操作种类和所用操作数的数据类型;地址码包括操作数的地址、地址的附加信息、寻址方式等;17.指令格式的优化:指的是如何用最短的倍数来表示指令的操作信息和地址信息,使程序中指令的平均字长最短;18.操作码的优化表示,主要是为了缩短指令字长,减少程序总位数及增加指令字能表示的操作信息和地址信息;19.哈夫曼压缩概念的基本思想:当各种事件发生的概率不均等时,采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数时间来表示处理,而对出现概率较低的,允许用较长的位数时间来表示处理,这样,就会导致表示处理的平均时间的缩短;20.操作码的表示方式通常有下列三种:1固定长度编码法 2哈夫曼编码法 3扩展操作码编码法21.指令系统的设计、发展和改进上的两种不同方向:1CISC 2RISC22.CISC:进一步增强原有指令的功能以及设置更为复杂的新指令取代原先由软子程序完成的功能,实现软件功能的硬化;23.CISC复杂指令系统计算机的优化实现:1 面各目标程序的优化2 面向高级语言的优化3 面向操作系统的优化24.面向目标程序的优化1 对存贮器语言程序及其执行情况进行统计各种指令和指令串的使用频度来加以分析和改进;静态使用频度:对程序中统计出的指令及指令串使用频度着眼于减少目标程序所占用的储存空间动态使用频度:在目标程序执行过程中对指令和指令串统计出的频度着眼于减少目标程序的执行时间2 增设强功能复合指令来取代原先是由常用宏指令或子程序实现的功能,用微程序解释实现;25.面向高级语言优化实现改进尽可能缩短高级语言和机器语言的语义差距,支持高级语言编译,缩短编译程序长度和编译时间1 通过对源程序中各种高级语言语句的使用频度进行统计来分析改进;2 如果面向编译,优化代码生成来改进;3 设法改进指令系统,使它与各种语言间的语义差距都有同等的缩小;4 让机器具有分别面向各种高级语言的多种指令系统、各种系统结构;5 发展高级语言计算机或称高级语言机器26.面向操作系统的优化1 对常用指令和指令串的使用频度进行统计分析来改进;改进指令系统2 考虑如何增设专用于操作系统的新指令;改进指令系统3 把操作系统中频繁使用的对速度影响大的某些软件子程序硬化或固化,改为直接用硬件或微程序解释实现;4 发展让操作系统由专门的处理机来执行的功能分布处理系统结构;27.CISC存在的问题:1 指令系统庞大,一般在200条指令以上;许多指令功能异常复杂;2 由于许多指令的繁杂,执行速度很低;3 指令系统庞大,故高级语言编译程序选择目标指令的范围大太,难以优化生成高效机器语言程序,编译程序也太长太复杂;4 由于指令系统庞大,各种指令的使用频度都不会太高,具差别很大,其中相当一部分指令的利用率很低;28.设计RISC的原则:1 只选择那些使用频度很高的指令,再增加少量其他功能的指令,使之一般不超过100条2 减少指令系统寻址方式各类,一般不超过两种,并让全部指令都是相同的长度;3 让所有指令都在一个机器周期内完成4 扩大通用寄存器数,尽量减少访存;仅存store、取load指令访存,其他指使一律对寄存器操作;5 大多数年指令都用硬联控制实现,少数指令用微程序实现;6 精简指令和优化设计编译程序,简单有效地支持高级语言的实现;29.设计RISC结构用的基本技术:1 按RISC一般原则设计2 逻辑实现用硬联和微程序结合3 用重叠寄存器窗口4 指令用流水和延迟转移5 优化设计编译系统30.采用RISC技术带来的好处:1 简化指令系统设计,适合VLSI实现2 提高机器的执行速度和效率3 设计成本,提高了系统的可靠性4 可直接支持高级语言的实现31.RISC的不足:1 由于指令少,一条CISC指令能完成的某些功能需要多条RISC指令才能完成,加重了汇编各方程序设计的负担,增加了机器语言程序的长度,占用在座空间多,加大了指令的信息流量;2 对浮点去处执行的虚拟存储器的支持虽有很大加强,但仍显不足;3 RISC机器的编译程序比CISC的难写;第三章总线、中断与输入输出系统1.输入输出系统包括输入输出设备、设备控制器及与输入输出操作有关的软硬件2.I/O系统设计主要考虑解决好CPU、主存和I/O设备在速度上的巨大差距;3.输入输出系统发展经历了三个阶段:1程序控制I/O 2直接存储器访问 3I/O处理机方式a.通道 b.外围处理机方式4.总线类型:按信息传送方向分:1单向传输 2双向传输按用法分:1专用 2非专用相关介绍及优缺点见P635.非专用总线总线控制方式:集中式控制:总线控制机构基本上集中在一起; 分布式控制:总线控制逻辑分散在各个部件中 P646.集中式总线控制:1串行链接控制 2定时查询方式 3独立查询方式P647.集中式串行链接式的总线分配过程:1.部件发总线请求;2.总线不忙时,总线控制器返回总线响应总线可用信号;3.没发总线请求信号的部件传送总线响应信号,发的部件截留响应信号;4.截留后,发总线忙状态,撤销请求,开始占用总线;5.传送结束撤销总线忙;6.总线不忙后,撤销总线响应;8.优点: 1.选择算法简单,控制线线数少; 2.部件增加容易,可扩充性好; 3.容易通过重复设置提高可靠性;9.缺点: 1.对“总线可用”线及其有关电路的失效敏感; 2.优先级是线连固定,不灵活; 3.限制了总线的分配速度;10.集中定时查询方式的总线分配过程:1.部件发总线请求;2.总线不忙时,总线控制器的查询计数器开始计数;3.定时查询各部件;4.部件接收计数值,并判断,若与部件号一致,则发总线忙,撤销请求,并占用总线;5.总线控制器收到总线忙,停止计数,停止查询;6.传送结束撤销总线忙;11.优点: 1.优先次序可用程序控制,灵活性强; 2.可靠性高;12.缺点: 1.总线线数较多; 2.部件数受限于定时查询线线数; 3.控制较为复杂; 4.总线分配的速度不能提高;13.集中式独立请求方式的总线分配过程:1.部件发总线请求;2.总线不忙时,按某种算法,发一个总线响应;3.被响应部件发总线忙状态,撤销请求,开始占用总线;4.传送结束,撤销总线忙;5.总线不忙后,撤销总线响应;14.优点:1.总线分配速度快; 2.可用选定的方式确定响应的部件; 3.能方便的隔离失效部件的请求;15.缺点:1.控制线数量过大; 2.总线控制器要复杂的多;16.总线的传送方式分为:1同步通信 2异步通信17.同步通信:两个部件之间的信息传送是通过定宽定距的系统时标进行同步的受同步时钟的控制18.同步通信的优点:信息传送速率高,受总线的长度影响小;19.同步通信的缺点:但会因时钟在总线上的时滞而造成同步误差, 且时钟线上的干扰信号易引起误同步;20.异步通信:用于I/O总线,连接不同速度的I/O设备;又可分为a.单向控制和b.双向请求/回答控制两种1单向控制:指的是通信过程只由目的或源部件中的一个单一控制;单向控制又有源控制和目的控制两种;优点:简单,高速;缺点:未能保证下一数据传送之前让所有数据线和控制线的电平信号恢复成初始状态,从而可能造成错误;2请求/回答双向控制:由源和目共同控制;特点:增加了信号总线来回传送的次数,使控制硬件变得复杂,但它能适应各种不同速度的I/O设备,保证数据传送的正确性,有较高的数据传送率;21.数据宽度:是I/O设备取得I/O总线使用权后在一次I/O总线分配期间内,所传送数据的总量;22.数据通路宽度:数据总线的位数,是数据传送的物理宽度;即一个时钟周期所传送的信息量,它直接取决于数据总线的线数;23.总线的线数越多,成本越高、干扰越大、可靠性越低、占用的空间也越大,当然传送速度和流量也越高;为此,越是长的总线,其线数就应尽可能减少;24.减少线数的方法:1同一根线多个功能复用; 2并/串—串/并转换 3编码25.中断源:引起中断的各种事件; 中断请求:中断源向中断系统发出请求中断的申请; 中断响应:允许中断请求中断CPU现行程序的运行,转去对该请求进行预处理,包括保存好断点现场,调出有关处理该中断的中断处理程序,准备运行;26.中断分类的目的:中断源数量很多,若形成单独入口,硬件复杂,代价大,故进行分类,把性质相近的中断源归为一类;同一类中断共用一个中断入口地址,再由软件形成实际入口地址;27.中断的分类:1机器校验中断第一级:设备故障,电源故障,主存出错;2管理程序调用访管中断第二级:访管指令;3程序性中断第二级:溢出,除数为零,数据格式错;4外部中断第三级:定时器,外部信号;5输入/输出中断第四级:I/O请求;6重新启动中断第五级:启动另一个程序;28.中断分级的目的:解决多个中断请求同时发生时的响应次序问题;29.分级原则: 1同一类的优先次序由软件管理一般情况下,同类同级,不同类不同级2不同类的中断根据中断的轻重缓急分成不同的级别;30.中断嵌套原则: 1禁止同级或低级中断; 2允许高级中断;31.中断响应次序和处理次序中断响应次序用排队器硬件实现,次序是由高到低定死的,但可以根据需要用软件改变实际的中断处理完次序简称中断处理次序;中断级屏蔽位的作用:决定某级中断请求能否进入排队器只要能进入,还是按上面讲的优先级次序由高到底响应中断中断响应次序由硬件定死;而处理次序由中断屏蔽位决定;32.中断系统的功能包括:中断请求的保存与清除,确定优先级,保护断点,保护现场,中断源分析,中断处理,中断返回等;33.中断系统的软、硬件功能分配实质是中断处理程序软件和中断响应硬件的功能分配;34.中断系统的软件与硬件的功能分配主要考虑如下两个因素:1中断响应时间 2灵活性;35.通道的功能:1接受CPU的输入输出操作指令,按指令要求控制外设接受指令2从主存读取通道程序,并执行即向设备控制器发送各种指令执行程序3组织和控制数据在内存与外设之间的传送操作传送数据4读取外设的状态信息,形成整个通道的状态信息,提供给CPU或保存在主存中通道状态5向CPU发出输入输出操作中断请求中断请求36.通道的工作过程:1用户在目态中安排广义I/O指令;包括访管指令和参数2当目态程序执行到访管指令后,产生访管中断;3CPU响应中断,第一次访管态,运行管态程序;4管理程序编制通道程序;根据参数:设备号、主存地址、信息长度等通道程序放在主存中,由通道执行5执行“启动I/O”指令:选择通道,校验第一条通道指令格式,选择设备并启动通道及设备;6通道启动后,<1>CPU退出管态,运行目态程序;<2>通道与设备开始传送数据;7通道传送结束后,向CPU发I/O中断;8CPU 响应中断,第二次转管态,对刚才的通道作“善后”处理;9返回目态,运行目态程序;37. 通道的种类:(1) 字节多路通道:适用于大量的像光电机等字符类低速设备;数据宽度:单字节多设备交叉(2) 数组多路通道:适合于连接多台像磁盘等调整设备;数据宽度:定长块多设备交叉(3) 选择通道:适合于优先级高的磁盘等调整设备,让它独占通道,只执行一台通道程序;数据宽度:可变长块独占38. 通道流量:通道在数据传送期内,单位时间内传送的字节数字节传输速率;它能达到的最大流量称通道极限流量;重要参数: TS : 选择一次设备的时间; TD :传送一个字节的时间; K :定长块的字节长度; N :传送的全部字节个数;39. 通道极限流量:字节多路通道:f max ·byte = 1/TS+TD 每选择一台设备,只传送一字节 数组多路通道:f max ·block = K/TS+K ·TD= 1/TS/K+TD 每选择一台设备,传送定长K 字节 选择通道: f max ·select = N/TS+N ·TD= 1/TS/N+TD显然,若通道的TS 、TD 一定, 且N>K 时,字节多路方式工作时所能达到的极限流量最小,数组多路方式工作的居中, 选择方式工作的最大;40. 如果通道上所挂p 设备都被启动,则设备对通道要求的的实际最大流量分别为:字节多路通道应为该通道所接各设备的字节传送速率之和, 即而对于其他两种类型的通道应为所接各设备的字节传送速率中之最大的那个, 即41. 保证第j 号通道上所挂的设备在满负荷的最坏情况下都不丢失信息的条件: 设备最大流量 <= 极限流量 ∑=⋅⋅=j p i j i j byte f f 1。
计算机系统结构复习总结
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。
自考02325计算机系统结构考点笔记
第一章概论第一节计算机系统的层次结构计算机系统=硬件/固件+软件计算机语言从低级到高级发展:高一级语言的语句相对于低一级语言来说功能更强,更便于应用,但又都以低级语言为基础。
层次结构由高到低依次为:应用语言机器级M5、高级语言机器级M4、汇编语言机器级M3、OS机器级M2、传统机器语言机器级M1、微程序机器级M0。
虚拟机:由软件实现的机器。
语言实现的两种基本技术:翻译:先把N+1级程序全部转换成N级后,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。
解释:每当一条N+1级指令被译码后,就直接去执行等效的N级指令,然后再去取下一条N+1级指令,以此重复执行。
第二节计算机系统结构、计算机组成和计算机实现一、计算机系统结构的定义和内涵定义:它是软件和硬件/固件的交界面,即机器语言程序员看到的机器物理系统的抽象。
实质:确定计算机系统中软、硬件的界面,界面之上是硬件和软件实现的功能,界面之下是硬件和固件实现的功能。
透明性:在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性从某个角度看不到,则称对它是透明的。
二、计算机组成与计算机实现的定义和内涵1.计算机组成定义:计算机系统结构的逻辑实现,包括机器级内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
2.计算机实现定义: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、模块的划分与连接,专用器件的设计。
三、计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响1)相同系统结构,可以有不同的组成;2)一种组成可以有多种不同的实现方法;3)采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异;4)组成也会影响结构。
第三节计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理一、软硬件取舍的基本原则软、硬件功能的分配比例对计算机性能的影响:提高硬件功能的比例可提高解题速度,减少程序所需的存储空间,但会增加硬件成本,降低硬件利用率和计算机系统的灵活性级适应性;而提高软件功能的比例可降低硬件成本,提高系统的灵活性、适应性,但解题速度会下降,软件设计费用和所需的存储器用量增加。
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。
计算机系统结构(必过版)
4、 虚拟存储器的工作原理、地址空间、种类 原理:把主存储器、磁盘存储器和虚拟存储器都划分成固定大小的页,主存储器的页称 为实页,虚拟存储器中的页称为虚页,把虚拟地址空间映射到主存地址空间 三种地址空间:虚拟地址空间、主存储器地址空间、辅存地址空间 三种虚拟存储器:页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器 5、 段式虚拟存储器与页式虚拟存储器的优缺点 地址映象方法:每个程序段都从 0 地址开始编址,长度可长可短,可以在程序执行过程
对于写回法: 大多数操作只需要写 Cache,不需要写主存; 当发生块失效时,可能要写一个块到主存; 即使是读操作,也可能要写一个块到主存。 对于写直达法: 每次写操作,必须写、且只写一个字到主存。 实际上: 写直达法的写次数很多、每次只写一个字; 写回法是的写次数很少、每次要写一个块。 (3) 控制的复杂性, 写直达法比写回法简单。 对于写回法: 要为每块设置一个修改位,而且要对修改位进行管理; 为了保证 Cache 的正确性,通常要采用比较复杂的校验方式或校正方式。 对于写直达法: 不需要设置修改位; 只需要采用简单的奇偶校验即可。由于 Cache 始终是主存的副本,Cache 一 旦有错误可以从主存得到纠正。 (4) 硬件实现的代价, 写回法要比写直达法好。 对于写直达法: 为了缩短写 Cache 流水段的时间,通常要设置一个小容量的高速寄存器堆 (后行写数缓冲站) , 每个存储单元要有数据、 地址和控制状态等 3 部分组成。 每次写主存时,首先把写主存的数据和地址写到高速寄存器堆中。 每次读主存时,要首先判断所读数据是否在这个高速寄存器堆中。 写回法不需要设置高速缓冲寄存器堆。 13、预取算法有如下几种: (1) 按需取。当出现 Cache 不命中时,才把需要的一个块取到 Cache 中。 (2) 恒预取。无论 Cache 是否命中,都把下一块取到 Cache 中。 (3) 不命中预取。当出现 Cache 不命中,把本块和下一块都取到 Cache 中。 14、解决 Cache 与主存不一致的主要方法: (1) 共享 Cache 法。能根本解决 Cache 不一致,共享 Cache 可能成为访问的瓶颈,硬件 复杂 (2) 作废法。当某一处理机写局部 Cache 时,同时作废其他处理机的局部 Cache。 (3) 播写法。把写 Cache 的内容和地址放到公共总线上,各局部 Cache 随时监听公共总 线 (4) 目录表法。在目录表中存放 Cache 一致性的全部信息。 (5) 禁止共享信息放在局部 Cache 中。Cache 对系统程序员不透明。
计算机系统结构(章节知识点)
1、计算机高性能发展受益于:(1)电路技术的发展;(2)计算机体系结构技术的发展。
2、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。
第六级:应用语言虚拟机->第五级:高级语言虚拟机->第四级:汇编语言虚拟机->第三级:操作系统虚拟机->第二级:机器语言(传统机器级) ->第一级:微程序机器级。
3、计算机体系结构:程序员所看到的计算机的属性,即概括性结构与功能特性。
4、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。
5、Amdahl提出的体系结构是指机器语言级程序员所看见的计算机属性。
6、经典计算机体系结构概念的实质3是计算机系统中软、硬件界面的确定,也就是指令集的设计,该界面之上由软件的功能实现,界面之下由硬件和固件的功能来实现。
7、计算机组织是计算机系统的逻辑实现;计算机实现是计算机系统的物理实现。
8、计算机体系结构、计算机组织、计算机实现的区别和联系?答:一种体系结构可以有多种组成,一种组成可以有多种物理实现,体系结构包括对组织与实现的研究。
9、系列机:是指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。
10、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机器,而且它们所获得的结果一样,差别只在于运行时间的不同。
11、兼容机:不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。
12、向后兼容是软件兼容的根本特征,也是系列机的根本特征。
13、当今计算机领域市场可划分为:服务器、桌面系统、嵌入式计算三大领域。
14、摩尔定律:集成电路密度大约每两年翻一番。
15、定量分析技术基础(1)性能的评测:(a)响应时间:从事件开始到结束之间的时间;计算机完成某一任务所花费的全部时间。
(b)流量:单位时间内所完成的工作量。
(c)假定两台计算机x、y;x比y快意思为:对于给定任务,x的响应时间比y少。
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。
计算机系统结构自考笔记
计算机系统结构自考笔记一、计算机系统结构概述。
1. 计算机系统的层次结构。
- 从底层到高层:硬件、操作系统、系统软件、应用软件。
- 各层次的功能及相互关系。
例如,硬件为软件提供运行平台,软件控制硬件资源的使用等。
2. 计算机系统结构的定义。
- 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。
- 包括指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机制等方面的属性。
3. 计算机系统结构的分类。
- 按指令流和数据流的多倍性分类。
- 单指令流单数据流(SISD):传统的单处理器计算机。
- 单指令流多数据流(SIMD):如阵列处理机,适合进行数据并行处理。
- 多指令流单数据流(MISD):较少见的结构。
- 多指令流多数据流(MIMD):多处理器系统,如对称多处理机(SMP)。
- 按存储程序原理分类。
- 冯·诺依曼结构:程序和数据存储在同一存储器中,按地址访问。
- 哈佛结构:程序存储器和数据存储器分开,有各自独立的地址空间。
二、数据表示与指令系统。
1. 数据表示。
- 数据类型。
- 数值型数据(整数、浮点数):不同的表示格式,如定点数的原码、反码、补码表示;浮点数的IEEE 754标准表示。
- 非数值型数据(字符、字符串、逻辑数据等)。
- 数据的存储方式。
- 大端存储与小端存储:大端存储是高位字节存于低地址,小端存储是低位字节存于低地址。
2. 指令系统。
- 指令格式。
- 操作码:表示指令的操作类型,如加法、减法等操作。
- 地址码:指出操作数的地址或操作数本身。
有零地址、一地址、二地址、三地址等指令格式,每种格式的特点及适用场景。
- 指令类型。
- 数据传送指令:在寄存器、存储器等之间传送数据。
- 算术运算指令:加、减、乘、除等运算。
- 逻辑运算指令:与、或、非等逻辑操作。
- 控制转移指令:如无条件转移、条件转移、子程序调用与返回等,用于改变程序的执行顺序。
三、存储系统。
1. 存储器层次结构。
- 高速缓冲存储器(Cache) - 主存储器 - 辅助存储器的层次结构。
02325计算机系统结构背诵资料
念1.1计算机系统的多级层次结构1.2计算机系统结构、组成与实现1.2.1结构、组成、实现的定义与内涵1.2.2计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响1.3软硬件取舍与计算机系统设计思路1.3.1软硬件取舍的基本原则1.3.2计算机系统的设计思路1.4结构设计要解决好软件的可移植性1.4.1统一高级语言1.4.2采用系列机1.4.3模拟与仿真1.5应用与器件的发展对系统结构的影响1.5.1应用的发展对系统结构的影响1.5.2器件的发展对系统结构的影响1.6系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类1.6.1并行性概念1.6.2并行处理系统的结构与多机系统的耦合度1.6.3计算机系统的分类第2章数据表示与指令系统2.1数据表示2.1.1数据表示与数据结构2.1.2高级数据表示2.1.3引入数据表示的原则2.1.4浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择2.2寻址方式2.2.1寻址方式分析2.2.2逻辑地址与主存物理地址2.3指令格式的优化设计2.3.1操作码的优化2.3.2指令字格式的优化2.4按CISC方向发展与改进指令系统2.4.1面向目标程序优化实现改进2.4.2面向高级语言优化实现改进2.4.3面向操作系统优化实现改进2.5按RISC方向发展与改进指令系统2.5.1 RISC的提出2.5.2设计RISC的原则2.5.3设计RISC结构用的基本技术2.5.4 RISC技术的发展第3章总线、中断与输入输出系统3.1输入输出系统的基本概念3.2总线设计3.2.1总线的类型3.2.2总线的控制方式3.2.3总线的通讯技术3.2.4数据宽度与总线线数3.3中断系统3.3.1中断的分类和分级3.3.2中断系统的软硬件功能分配3.4通道处理机3.4.1工作原理3.4.2通道流量的分析第4章存储体系4.1存储体系概念与并行主存系统4.1.1发展存储体系的必要性4.1.2并行主存系统频宽的分析4.1.3存储体系的形成与分支4.1.4存储体系的性能参数4.2虚拟存储器4.2.1不同的虚拟存储管理方式4.2.2页式虚拟存储器的构成4.2.3页式虚拟存储器实现中的问题4.3高速缓冲(Cache)存储器4.3.1基本结构4.3.2地址的映象与变换4.3.3替换算法的实现4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析第5章重叠、流水和向量处理机5.1重叠方式5.1.1基本思想和一次重叠5.1.2相关处理5.2流水方式5.2.1基本概念5.2.2流水线处理机的主要性能5.2.3流水机器的相关处理和控制机构5.3向量的流水处理与向量流水处理机5.3.1向量的流水处理5.3.2向量流水处理机5.4指令级高度并行的超级处理机5.4.1超标量处理机5.4.2超长指令字(VLIW)处理机5.4.3超流水线处理机第6章阵列处理机6.1阵列处理机原理6.1.1阵列处理机的基本构形6.1.2阵列处理机的特点6.2阵列处理机的并行算法6.2.1 ILLIACⅣ的处理单元阵列结构6.2.2阵列处理机的并行算法举例6.3 SIMD计算机的互连网络6.3.1互连网络的设计目标及互连函数6.3.2基本的单级互连网络6.3.3多级互连网络6.4并行存储器的无冲突访问6.5并行处理机举例6.5.1 MPP位平面阵列处理机6.5.2 CM连接机第7章多处理机7.1多处理机的特点及主要技术问题7.2多处理机的硬件结构7.2.1紧耦合和松耦合7.2.2机间互连形式7.3程序并行性7.3.1并行算法7.3.2程序并行性的分析7.3.3并行程序设计语言7.4多处理机的性能7.4.1任务粒度与系统性能7.4.2性能模型与分析7.5多处理机的操作系统7.5.1主从型操作系统7.5.2各自独立型操作系统7.5.3浮动型操作系统第8章其它计算机结构8.1脉动阵列机8.1.1脉动阵列结构的原理和特点8.1.2通用的脉动阵列结构8.2大规模并行处理机MPP与机群系统8.2.1大规模并行处理机MPP8.2.2机群系统8.3数据流机8.3.1数据驱动的概念8.3.2数据流程序图和语言8.3.3数据流计算机的结构8.3.4数据流机器存在的问题8.4归约机8.5智能机8.5.1智能信息处理与智能机正的实处理机代替虚拟机器;可以增加存储寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、逐级往以上方法存在的问题是软、硬件脱语义同一语言在不同机器上不通用;程序员的习惯但到一定时还可采用模拟仿困难;重新设计软件经济上不划处理单络设计,数据在存储器中的分布算进程间的同步间调度。
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。
计算机体系结构各章简答题及答案
第一章计算机体系结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构?2. 硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上是不等效的?3. 经典计算机系统结构的实质是什么?4. 语言实现的两种基本技术是什么?5. 对于通用寄存器型机器来说,机器语言程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些?6. 什么是软件兼容?软件兼容有几种?其中哪一种是软件兼容的根本特征?7. 什么是系列机?它的出现较好地解决了什么矛盾?8. 对计算机发展非常关键的实现技术有哪些?9. 实现软件移植的主要途径有哪些?10. 试以系列机为例,说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。
11. 存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么?12. 从系统结构的发展情况看,新型系统结构的设计主要从哪两方面着手?13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么?14. 计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个方面?15. 一种计算机系统结构的生命周期是怎样的?16. 商品的标价(价格)由哪些因素构成?17. 对计算机系统成本产生影响的主要因素有哪些?18. 用户CPU时间由哪三个因素决定?19. 目前常用的测试程序分为哪五类?20. 什么叫测试程序组件?在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个?21. SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件?22. 测试基于Microsoft公司的Windows系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些?23. 常用的专门的性能指标测试程序有哪些?24. 计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么?25. 根据Amdahl定律,系统加速比由哪两个因素决定?26. 从执行程序的角度看,并行性等级从低到高可分为哪几级?27. 从处理数据的角度,并行性等级从低到高可以分为哪几级?28. 计算机系统中提高并行性的技术途径有哪三种?29. 多机系统的耦合度可以分为哪几类?30. 单机系统和多机系统中,都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机?31. 三种类型的多处理机(同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统)的主要区别是什么?1. 什么是计算机系统的多级层次结构?从计算机语言的角度,把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构:2. 硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上是不等效的?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。
计算机体系结构知识点总结
计算机体系结构知识点总结————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: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、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:S n=T0(加速前)T n(加速后)=1(1−Fe)+Fe/Se(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。
计算机系统结构考点总结
计算机系统结构考点总结计算机系统结构是指计算机硬件和软件之间的组织关系,它决定了计算机系统的性能、可靠性和可扩展性。
它是计算机科学中的一个重要领域,涉及到计算机的各个方面,包括中央处理器、存储器、输入输出设备以及各种通信和控制设备。
计算机系统结构的考点主要包括以下几个方面:1.中央处理器(CPU):中央处理器是计算机系统的核心部件,负责执行计算机程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成,控制单元负责指令的解码和执行,算术逻辑单元负责执行算术运算和逻辑运算。
中央处理器的性能取决于其时钟频率、指令集和缓存结构等因素。
2.存储器:存储器用于存储计算机程序和数据。
计算机系统通常包括主存储器和辅助存储器。
主存储器是CPU直接访问的存储介质,其速度较快但容量较小;辅助存储器用于长期存储数据,容量较大但速度较慢。
存储器的组织和访问方式对计算机系统的性能有重要影响。
3.输入输出设备:输入输出设备用于与外部环境进行信息交换。
常见的输入设备包括键盘、鼠标和扫描仪等,输出设备包括显示器、打印机和音频设备等。
输入输出设备的种类和性能对计算机系统的使用体验和功能扩展能力有重要影响。
4.总线和通信:总线是计算机系统中各个组件之间进行数据传输的通道。
它包括地址总线、数据总线和控制总线等,用于传输指令、数据和控制信号。
通信是计算机系统中各个计算机之间进行数据交换的方式,常见的通信方式包括以太网、无线网络和蓝牙等。
5.操作系统:操作系统是计算机系统的核心软件,负责管理计算机的资源和控制计算机的运行。
它提供了文件管理、进程管理、内存管理和设备管理等功能,为用户提供了友好的接口和良好的使用体验。
6.并行计算和分布式系统:并行计算是指多个处理器同时进行计算,以提高计算速度和处理能力。
分布式系统是指多台计算机通过网络相互连接,共同完成计算任务。
并行计算和分布式系统在科学计算、大数据处理和人工智能等领域具有重要应用。
7.虚拟化和云计算:虚拟化是指将一个物理资源划分为多个逻辑资源,使多个用户可以共享物理资源。
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。
- 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)。
第一章1.计算机系统层次结构:第0级和第1级是具体实现机器指令功能的中央控制部分,第2级是创痛机器语言机器,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.计算机系统结构式AMDAHL等人在1964年提出的,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,哪些由硬件完成。
3.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。
4.Flynn分类法:指令流:机器执行的指令序列。
数据流:由指令流调用的数据序列,包括输入数据而后中间结果。
多倍性: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。
分为:单指令流单数据流,单指令流多数据流,多指令流单数据流,多指令流多数据流。
5.访问的局部性原理:实质是:根据程序的最近情况,可以精确地预测出最近的将来将要用到哪些指令和数据。
局部性分为:时间上的局部性和空间上的局部性。
时间上的局部性是指最近访问过得代码是不久将被访问的代码。
空间上的局部性是指那些地址上相邻的代码可能会被一起访问。
6.系统结构的评价标准:性能和成本。
第二章1.数据表示研究的是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。
数据结构研究的是面向系统软件,面向应用领域所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。
2.浮点数的表示方式两个数值:m:数制(小数或整数)和码制(原码或补码);阶码e:整数, 移码(偏码、增码、余码)或补码。
两个基值:尾数基值rm:2、4、8、16和10进制等;阶码基值re:通常为2进制。
两个字长:长度和物理位置,均不包括符号位尾数长度p:尾数部分按基值计算的长度。
阶码长度q:阶码部分的二进制位数。
性质有:表示范围:表示精度:表示效率:3.主要的寻址方式:立即数寻址,寄存器寻址,主存寻址(包括直接寻址,间接寻址,变址寻址),堆栈寻址。
4.Huffman原理最短码长度公式为:5.RISC的特点如下:(1)大多数指令在单周期内完成2)LOAD/STORE结构3)硬布线控制逻辑4)减少指令和寻址方式的种类5)固定的指令格式6)注重编译的优化。
RISC的关键技术:延时转移技术;指令取消技术;重叠寄存器窗口技术;指令流调整技术;以硬件为主固件为辅第三章1. 直接相联映象主要优点:1)硬件实现很简单, 不需要相联访问存储器。
2)访问速度也比较快, 实际上不做地址变换。
主要缺点: 块的冲突率较高。
组相联映象优点:1)块的冲突概率比较低。
2)块的利用率大幅度提高。
3)块失效率明显降低。
缺点:实现难度和造价要比直接映象方式高。
段相联映象主要优点:1)段表比较简单,实现的成本低。
2)如一个容量为256KB的Cache,分成8个段,每段2048块,每块16B。
在段表存储器中只需要存储8个主存地址的段号S。
而其它映像方式在块表中要存储8×2048个区号(相当于段号),两者相差2000多倍。
主要缺点:当发生段失效时,要把本段内已经建立起来的映象关系全部撤消。
2. 几种页面替换算法1.随机算法;算法最简单,而且容易实现2.先进先出算法;3.近期最少使用算法;4.最久没有使用算法;5.最优替换算法;在虚拟存储器中,实际上采用的只有FIFO和LFU两种算法。
3. 三种地址映像和变换及特点。
段式虚拟存储器页式虚拟存储器段页式虚拟存储器4. 地址映像和地址变换的概念地址映象:把虚拟地址空间映象到主存地址空间地址变换:在程序运行时,把虚地址变换成主存实地址(内部地址变换)或磁盘存储器地址(外部地址变换)。
外部地址变换和内部地址变换的含义。
内部地址变换:在程序运行时,把虚地址变换成主存实地址。
外部地址变换:在程序运行时,把虚地址变换成磁盘存储器地址。
第四章1. 3种基本输入输出方式是什么,有什么特点。
1.程序控制输入输出方式;特点:1)何时对何设备进行输入输出操作受CPU控制2)CPU要通过指令对设备进行测试才能知道设备的工作状态。
3)数据的输入和输出都要经过CPU4)用于连接低速外围设备,如终端、打印机等2.中断输入输出方式;特点:1)CPU与外围设备能够并行工作。
2)能够处理例外事件。
3)数据的输入和输出都要经过CPU。
4)用于连接低速外围设备。
3.直接存储器访问方式;特点:1) 外围设备的访问请求直接发往主存储器,数据的传送过程不需要CPU 程序的干预。
2) 全部用硬件实现,不需要做保存现场和恢复现场等工作,工作速度快。
3)DMA 控制器复杂,需要设置数据寄存器、设备状态控制寄存器、主存地址寄存器、设备地址寄存器和数据交换个数计数器及控制逻辑等。
4)在DMA 方式开始和结束时,需要处理机进行管理。
2. 中断屏蔽的实现方法主要有两种:方法一:每级中断源设置一个中断屏蔽位。
方法二:改变处理机优先级例4.3:有四个中断源D1、D2、D3和D4,它们的中断优先级从高到低分别是1级、2级、3级和4级。
这些中断源的正常中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码见下表。
每个中断源一位,共4位屏蔽码。
解:如果4个中断源都使用正常的中断屏蔽码,处理机的中断服务顺序将严格按照中断源的中断优先级进行。
如果改变中断屏蔽码,当D1、D2、D3和D4这4个中断源同时请求中断服务时,处理机实际为各个中断源服务的先后次序就会改变。
处理机响应的顺序是D1、D2、D3、D4实际服务的顺序是D4、D3、D2、D13. 通道种类:字节多路通道,选择通道和数组多路通道。
理解3种通道的流量计算公式,会计算通道的实际流量。
Ts :设备选择时间。
TD :传送一个字节的时间。
P :一个通道上的设备数。
n :每个设备传送的字节数。
K :一个数据块中的字节数。
为保证通道不丢失数据,通道的实际流量应不大于通道最大流量:fBYTE ≤fMAX·BYTE fSE LETE≤fMAX·SELETE fBLOCK≤fMAX·BLOCK4. 了解例4.5:一个字节多路通道连接D1、D2、D3、D4、D5共5台设备,这些设备分别每10us 、30us 、30us 、50us 和75us 发出一次数据传送请求。
(1)计算这个通道的实际流量和工作周期。
(2)如果这个字节多路通道的最大流量正好等于通道实际流量,并假设数据传输率高的设备,其优先级也高。
5台设备在0时刻同时向通道发出第一次传送数据的请求,并在以后的时间里按照各自的数据传输率连续工作。
画出通道分时为各台设备服务的时间图,并计算处理完各设备的第一次请求的时刻。
(3)从时间图中发现什么问题?如何解决?解:(1) 通道的实际流量为:秒字节秒字节秒字节+=+//1)/(//1)/(/1)(...D S D S BLOCK MAX D S D S SELETE MAX D S D S BYTE MAX T k T n p T k T n p f T n T n p T n T n p f T T n p T T n p f +=⋅⋅+⋅=+=⋅⋅+⋅=⋅⋅⋅=fBYTE =(1/10+1/30+1/30+1/50+1/75)MB/S=0.2MB/S通道的工作周期为:t =1/fBYTE=5us(2)处理完各设备这个第一次请求的时间:D1:5us ;D2:10us ;D3:20us ;D4:30us 。
D5的第一次请求没有响应,数据丢失。
(3) D5的第一次请求没有得到响应的原因分析对所有设备的请求时间间隔取最小公倍数,在这一段时间内通道的流量是平衡的。
可以采取下列方法:方法一:增加通道的最大工作流量。
例如,把通道的工作流量增加到0.25MB/S (工作周期为4us )。
方法二:动态改变设备的优先级。
例如,在30us 至70us 之间临时提高设备D5的优先级。
方法三:增加缓冲存储器。
例如,只要为设备D5增加一个数据缓冲寄存器,它的第一次请求可以在第85us 处得到响应,第二次请求可以在第145us 处得到响应。
第五章1. 流水线的特点:a.在流水线的每个功能部件后面都要有一个缓冲寄存器,或称为锁存器,闸门寄存器等,作用是保存本流水段的执行结果。
b.流水线中各段的时间应尽量相等,否则将引起堵塞断流等。
C.只有连续不断的提供同种任务才能充分发挥流水线的效率,d.流水线需要有装入时间和排空时间。
2. 流水段相等时,加速比、效率和吞吐率的关系,计算。
吞吐率:t n k n TP ∆-+=)1( 加速比:1-+⋅=n k n k S 效率:1-+=n k n E 关系:E=TP· Dt ,S=k·E3. 非线性流水线的调度非线性流水线调度的任务是要找出一个最小的循环周期,按照这周期向流水线输入新任务,流水线的各个功能段都不会发生冲突,而且流水线的吞吐率和效率最高。
例5.3:一条4功能段的非线性流水线,每个功能段的延迟时间都相等,它的预约表如下:(1)写出流水线的禁止向量和初始冲突向量。
(2)画出调度流水线的状态图。
(3)求最小启动循环和最小平均启动距离。
(4)求平均启动距离最小的恒定循环。
解:(1)禁止向量为:(2,4,6)初始冲突向量:S = 101010(2)构造状态图S 逻辑右移2、4、6位时,不作任何处理,逻辑右移1、3、5和大于等于7时:S 右移1位之后:010101∨101010=111111,S 右移3位之后:000101∨101010=101111,S 右移5位之后:000001∨101010=101011,S 右移7位或大于7位后:还原到它本身。
101111右移5位之后:000001∨101010=101011,101011右移3位之后:000101∨101010=101111,101011右移5位之后:000001∨101010=101011。
简单循环:状态图中各种冲突向量只经过一次的启动循环。
(3)最小的启动循环为(1,7)和(3,5),平均启动距离为 4。
4. 条件分支对流水线性能的影响计算。
假设条件转移指令在一般程序中所占的比例为p ,转移成功的概率为qn 条指令的总的执行时间是: TK-IF=(n+k-1)∆t+npq(k-1)∆t有条件转移影响的流水线吞吐率为: 有条件转移影响的流水线最大吞吐率为: TPMAX-IF= 流水线吞吐率下降的百分比为: D= 流水线各段执行时间不相等的情况解决瓶颈:一是将“瓶颈”流水段细分(如果可分的话),二是将 “瓶颈”流水段重复设置。
5. 乱序流动方式中的数据相关。
写读相关 读写相关 写写相关6. 三种主流处理机:超标量处理机超流水线处理机超标量超流水线处理机7. 多流水线的调度主要有三种方法:顺序发射顺序完成t k npq t k n n TP IF ∆-+∆-+=)1()1(t k pq ∆-+))1(1(1)1(1)1(-+-=--k pq k pq TP TP TP MAX IF MAX MAX顺序发射乱序完成乱序发射乱序完成第六章1. 向量处理机的结构主要采用两种方法:存储器-存储器结构多个独立的存储器模块并行工作处理机结构简单对存储系统的访问速度要求很高硬件结构简单, 造价低;速度相对较低寄存器-寄存器结构运算通过向量寄存器进行需要大量高速寄存器对存储系统访问速度的要求降低2. 向量链接技术(chaining)当前一条指令的结果寄存器可以作为后继指令的操作数寄存器时,多条有数据相关的向量指令并行执行,这种技术称为两条流水线的链接技术。