计算机系统结构复习(个人总结)
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。
计算机系统结构复习
计算机系统结构复习计算机系统结构是计算机科学中的重要概念，它涉及到计算机的硬件和软件组成部分以及它们之间的相互关系。
本文将回顾计算机系统结构的主要概念和原理，以便读者能够全面理解计算机系统的运行和设计。
一、计算机系统简介计算机系统由硬件和软件两个主要组成部分构成。
硬件包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，软件则包括操作系统、应用程序等。
计算机系统通过硬件和软件的协同工作来完成各种计算任务。
二、计算机系统的层次结构计算机系统可以被划分为多个层次，这种层次结构可以帮助我们理解计算机系统的各个组成部分以及它们之间的联系。
常见的计算机系统层次结构包括：硬件层、指令集架构层、操作系统层、应用层。
1. 硬件层硬件层是计算机系统中最底层的层次，它包括中央处理器、内存、输入输出设备等硬件组件。
这些硬件组件通过电子信号的传递来完成计算和数据存储等任务。
2. 指令集架构层指令集架构层是一个抽象的层次，它定义了计算机系统的指令格式和操作方式。
指令集架构是硬件和软件之间的接口，它规定了软件如何与硬件进行交互。
3. 操作系统层操作系统层负责管理计算机系统的资源，包括处理器的分配、内存的管理、文件的管理等。
操作系统为应用程序提供了一个运行的环境。
4. 应用层应用层是计算机系统中最高层的层次，它包括各种应用程序，如文字处理、网页浏览器、数据库管理等。
应用程序通过操作系统层与硬件进行交互，完成特定的计算任务。
三、计算机系统的设计原则计算机系统的设计需要遵循一些基本原则，以保证系统的高性能、可靠性和可扩展性。
1. 完整性原则计算机系统应当包括所有必要的硬件和软件组件，以满足用户的需求。
2. 一致性原则计算机系统的各个组成部分应当保持一致性，以便用户能够更加容易地理解和使用系统。
3. 性能原则计算机系统应当具有良好的性能，包括处理速度、响应时间等方面。
4. 可靠性原则计算机系统应当具有高度的可靠性，能够在故障发生时进行恢复并保证数据的安全性。
计算机系统结构考试各章总结
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。
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。
计算机系统结构复习总结
1、计算机系统结构：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与功能特性。
透明性: 一种本来存在，有差异的事物和属性，从某种角度上看又好像不存在的现象，被称为是“透明性”2、计算机系统结构、组成与实现三者区别：（1）计算机系统结构-机器语言级的程序员所了解的计算机的属性，即外特性。
（2）计算机组成-计算机系统结构的逻辑实现。
（3）计算机的实现-指其计算机组成的物理实现。
3、计算机按系统的结构分类通常有三种方法：弗林(FLYNN)分类法指令流：指令的传送序列。
数据流：数据传送、加工的序列。
多倍性：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。
4、计算机系统的设计原则: (一) 加速那些使用频率高的部件——提高整个计算机性能(二) Amdahl定律（三）程序访问局部性原理Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种改进的执行方式后，整个系统的性能提高了，其衡量指标为加速比。
加速比=采用改进措施后的性能/采用改进措施前的性能如果系统性能用执行某任务的时间来表示：加速比=采用改进措施前执行某任务所用时间/采用改进措施后执行某任务所用时间Amdahl定律可表示为：Sp = Te/ T0 T0= Te(1 –fe + fe /re)Sp：加速比；Te：采用改进措施前执行某任务系统所用的时间；T0：采用改进措施后所需的时间；fe：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例,改进前可改进部分占用的时间/改进前整个任务执行时间，总是小于1；re: 性能提高的倍数,改进前可改进部分占用的时间/改进后改进部分的时间，总是大于1。
例1：运行60s的程序中，有20s的运算可加速，则：fe=20/60=33.3%例2：系统改进后执行程序，可改进部分花费时间为2s，改进前改进部分花费时间为5s,则：re=5/2=2.5 5、CPI:执行每条指令所需的平均时钟周期数CPI=执行整个程序所需的CPU时钟周期数/程序中指令的总数IPS:含义是每秒执行的指令条数。
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。
计算机系统结构总结汇总
小第一章总结我们用了6个学时对第一章进行讲解，试图对计算机系统结构有一个完整的了解。
下面对第一章的内容进行总结。
一、概念性问题1. 计算机系统的发展（了解）通常是用器件的发展来为计算机分代的，然而也不能忽视计算机系统结构的重要性。
2. 计算机系统的多级层次结构（1）如何划分成多级层次结构？（2）有哪些层次？（3）划分成多级层次有什么好处？（4）涉及到的概念：翻译、解释、透明性3. 计算机系统结构、组成和实现（1）计算机系统结构的概念（2）计算机系统结构的属性（3）计算机组成和实现的定义（4）计算机系统结构、组成和实现的相互关系4. 计算机系统的软、硬件取舍（1）计算机系统的软、硬件的等效性和不等效性（2）计算机系统的软、硬件取舍原则5. 软件对计算机系统结构的影响（1）软件移植的概念？（2）软件移植的途径有哪些？系列机的概念6. 系统结构中的并行性和弗林分类（1）并行性的概念和含义（2）并行性开发的途径（3）了解弗林分类法二、综合应用类1. 计算机系统的性能评测（1）CPU时间的计算（CPI、指令条数、时钟频率）（2）MIPS和MFLOPS2. 计算机系统的定量设计原理（1）哈夫曼压缩原理（2）Amdahl定律（加速比的计算）（3）程序的局部性原理（4）延伸阅读：第一章总结我们同样用了6个学时对第二章进行讲解，主要对指令系统的设计和优化做了总体讲述。
下面对第二章的内容进行总结。
一、概念性问题1. 数据表示（1）数据表示和数据结构的定义、区别和联系（2）标志符数据表示和数据描述符以及各自的优缺点（3）引入数据表示的原则2. 寻址方式（1）寻址方式在指令中的指明方式（2）静态再定位和动态再定位3. 指令系统设计和优化（1）信息源熵和信息冗余度的概念以及在操作码优化中的作用（2）三种操作码编码方式4. 指令系统的发展和改进（1）CISC和RISC的概念（2）了解按CISC方向发展和改进指令系统的优化实现（3）了解RISC设计的基本原则二、综合应用类操作码编码优化固定长度编码、哈夫曼编码和扩展操作码编码方案，并计算操作码的平均码长。
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。
计算机系统结构学习笔记（期末复习总结）
计算机系统结构学习笔记（期末复习总结）写在前⾯2017 2018/1/8 17:00 ⼜是⼀学期结束了考完系统结构这门课程以后....我现在最⼤的疑惑就是——为什么我背的都没考更不幸的是!考到的⼜都没看到但，这门课程对于计算机专业来说，还是很重要的，⽐如某京⼤学还把它作为考研科⽬之⼀呢（别胡思乱想了，不是北⼤呐）先说⼀下我们学校⽤的这套教材——《计算系统结构(第⼆版)》郑伟民、汤志忠编著清华⼤学出版社PS:完整的课件PPT（前9章）以及学习过程中整理的学习资料、习题答案等详见进⼊正⽂下⾯是我在复习过程中总结出的⼀些这门课程在这套教材下的常见考(问)题...❤标记❤❤标记❤【例题】有5个中断源，其中断优先级1级最⾼，5级最低，正常情况下的中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码如下表所⽰，每个中断源的有5位中断屏蔽码，其中“1” 表⽰该中断源被屏蔽，“0”表⽰该中断源开放。
(1)如果5个中断源同时申请,分别写出使⽤正常的中断屏蔽码和改变后中断屏蔽码时，处理机响应各中断源的中断服务请求的先后次序和实际中断处理次序。
(2)假设处理机从响应中断源的中断服务请求开始，到运⾏中断服务程序中第⼀次开中断所⽤时间为1个单位时间，运⾏中断服务程序的其它部分所使⽤的时间为4个单位时间，那么在执⾏主程序时，有D3、D4和D5同时发出中断服务请求，过了3个单位时间，⼜有中断源D1和D2同时发出中断服务请求，如果使⽤改变后中断屏蔽码，请画出处理机响应中断源的中断服务请求和实际运⾏中断服务程序过程⽰意图。
例1：在⼀个页式⼆级虚拟存贮器中，采⽤FIFO算法进⾏页⾯替换，发现命中率H太低，因此有下列建议：(1) 增⼤辅存容量(2) 增⼤主存容量(页数)(3) 增⼤主、辅存的页⾯⼤⼩(4) FIFO改为LRU(5) FIFO改为LRU，并增⼤主存容量(页数)(6) FIFO改为LRU，且增⼤页⾯⼤⼩试分析上述各建议对命中率的影响情况。
[解答](1) 增⼤辅存容量，对主存命中率H不会有什么影响。
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。
计算机体系结构复习资料(汇总版)
第一章计算机系统结构的基础知识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。
2、透明性:对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。
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、计算机系统的分类：1）Flynn（单/多指令流单/多数据流四种）2)冯氏分类法：最大并行速度.5、程序的局部性：时间局部性（程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息）空间局部性(程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者邻近）。
6、计算机系统设计原理：由上往下设计、由下往上设计、从中间开始设计。
从中间设计的优点：“中间"指层次结构中的软硬件的交界面，目前一般是在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
好处：采用这种方法时,首先要进行软硬件功能分配，确定好这个界面。
然后从这个界面开始,软件设计者往上设计操作系统、汇编、编译系统等，硬件设计者往下设计传统机器级、微程序机器级等。
软件和硬件并行设计可以缩短设计周期，设计过程中可以交流协调，是一种交互式的、很好的设计方法。
7、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。
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。
计算机系统结构复习总结
*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。
（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
计算机系统的设计必须考虑硬件和软件的合理分配，同时还应该考虑设计的复杂性及软硬件实现的难易程度。
（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。
答：
主要目标：
增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现，并且指令的数量也是越来越多。缺点：(1) CISC结构的指令集中，各种指令的使用频率相差悬殊。
（2）CISC结构指令的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研
*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
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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，汇编语言机器，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：在计算机技术中，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。
Flynn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：1，以经常性事件为重点：在计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 n=11−F e+F ee （注：Fe=可改进时间比例，Se=性能提高倍数）3，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=执行程序所需要的时钟周期数/所执行的指令数）CPI=（CPI i∗IC iIC ）ni=14，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。
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：1，确定用户对计算机系统的功能，价格和性能的要求。
2，软硬件功能的分配。
3，设计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直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面。
，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，然后从这个界面开始往上或往下设计。
好处：软件和硬件并行设计，缩短了设计时间，而且设计的过程中可以互相协调，是一种交互式很好的设计方法。
冯诺依曼结构及其主要特点：它是由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备5个部件组成。
主要特点：1，计算机以运算器为中心。
2，在存储器中指令和数据同等对待。
3，存储器是按地址访问，是按顺序线性编址的一位结构，每个单元的位数都是固定的。
4，指令的执行时顺序的，一般按照指令在存储器中的存放位置。
5，指令由操作码和地址码组成。
6，指令和数据都以二进制编码表示，采用二进制运算。
实现可移植性的3种发法：1，统一高级语言；2，采用系列机；3，模拟与仿真。
系列机：是指由同一厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的计算机。
系列机的软件兼容有：向上兼容（争取具备），向下兼容，向前兼容，向后兼容（必须具备）模拟和仿真的区别模拟：用软件的方法在一台计算机中实现另一台计算机的指令系统。
仿真：是用计算机中的微程序去解释实现另一台计算机的指令系统。
主要区别：在于执行所用的语言不同。
模拟是用机器语言程序执行，程序存放在主存中；而仿真则是运用微程序执行，其解释程序存放在控制存储器中。
由此可知：仿真的运行速度要快于模拟，但仅适合在系统结构差别不大的计算机之间使用。
并行性：并行性是指计算机在同一时间或同一时间间隔内进行多次操作或运算。
只要时间上重叠，就存在并行性。
同时性：两个或两个以上的时间在同一时刻发生。
并发性：两个或两个以上的时间在同一时间间隔内发生。
提高并行性的方法有：时间重叠，，资源共享，，资源重复。
耦合度：是用来反应多机系统中各计算机之间物理连接的紧密程度和交互作用的强弱。
紧密耦合度：一般通过总线或高速开关互联，，可以共享主存。
松散耦合的：一般通过通道或通信线路互联，，可以共享外部存储设备。
习题：7,9,10,11第二章：指令系统的结构分类：指令系统的结构主要分为：堆栈性结构，累加器性结构，通用寄存器性结构。
通用寄存器结构又可以分为3种：寄存器-寄存器型，寄存器-存储器型，存储器-存储器型。
通用寄存器结构的优点主要在于：1， 寄存器的访问速度比存储器要快。
2， 对编译器而言，能更容易，有效的分配和使用寄存器。
3， 寄存器可以用来存放变量。
指令系统设计的基本原则完整性，规整性，正交性，高效性，兼容性。
什么是操作码的信息熵操作码的优化程度可以用信息熵H= - P i n i=1log 2P i 它表示用二进制对n 个码点编码时，理论上的最短平均编码长度。
什么是CISC ？全称是什么？存在的问题有哪些？CISC 全称：复杂指令集计算机。
主要目标是增强指令功能，把越来越多的功能交给硬件来完成，并且指令的数目也越来越多。
存在的问题：1，各指令的使用频率相差悬殊，有些指令很少用到。
2， 指令系统庞大，指令数量很多，功能也比较复杂，导致控制器硬件占用大量芯片面积，且增加了研发时间和成本，并且容易犯错。
3， 许多指令操作比较复杂，占用大量CPI ，运行速度较慢4， 由于指令功能庞大，规整性不好，不利于流水线技术来提高性能。
什么是RISC ，原则是什么：RISC 全称：精简指令集计算机。
原则：1，指令条数少，功能简单。
2，采用简单而又统一的指令结构，减少寻址方式。
3，指令的执行在单周期内完成。
4， 采用load-store 结构。
5， 大多数指令都采用硬连逻辑来实现。
6， 强调优化编译器，为高级语言程序生成优化的代码。
7， 充分利用流水技术来提高性能。
例2.1，习题2.11.第三章：流水线：将一个重复的时序过程分解为若干个子过程，且每个子过程都可以在其专用功能段上与其他子过程同时工作。
流水线的基本特点：1，流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，且每一个子过程都由一个专门的功能部件来实现。
2，流水线各段的时间应尽可能相等，否则会造成流水线的阻塞和断流。
3，流水线的每一个段后面都有一个缓冲寄存器，叫做流水寄存器。
4，流水线技术适用于处理大量重复的时序过程5，流水线需要有通过时间和排空时间。
流水线的分类：1，按流水线技术应用于计算机系统的等级可分为：部件级流水线，处理器级流水线和系统级流水线。
2，按流水线的功能可以分为：单功能流水线，多功能流水线（静态流水线，动态流水线）。
3，按流水线是否存在反馈回路可以分为：线性流水线和非线性流水线。
线性流水线：各段串行连接，没有反馈回路。
非线性流水线：除各段串行连接外，还存在反馈回路的流水线。
4，按流水线中任务的输入流和输出流的顺序是否相等可分为：顺序流水线和乱序流水线。
流水线中的相关和冲突：流水线中的相关有：数据相关，名相关和控制相关；流水线的冲突有：数据冲突，结构冲突和控制冲突。
流水线的吞吐率：是指在单位时间内，流水线所完成的任务数量和处理结果的数量。
作业：3.6 3.9 3.10例题p65第四，五，六，七章：向量处理机的结构：存储器-存储器结构：适用于纵向处理方式；寄存器-寄存器结构：适合分组处理方式。
指令并行的硬件方法：1，指令的动态调度：在程序执行过程中，依靠专门的硬件对代码进行调度。
2，动态分支预测技术：用硬件的方法进行分支处理。
1>预测分支是否成功。
2>尽快找到分支的目标地址，避免控制相关造成的流水线停顿。
3，多指令流出技术。
循环展开和指令调度时要注意的及格方面：1，保证正确性，2，注意有效性3，使用不同寄存器4，删除多余的测试指令和分支指令5，注意对存储器数据的相关性分析6，注意新的相关性。
存储器系统的性能参数有哪些：存储容量S，命中率H，存储系统的平均每位的价格C，平均访问时间T A。
三级存储系统：Cache+主存+辅存Cache+主存：用于弥补主存速度的不足。
辅存+主存：用于弥补主存容量的不足。
映像规则：全相联映射（冲突概率最低），直接映射（冲突概率最高），组相联映射（组内全相联，组外直接映射）改进Cache性能的方法：1，降低不命中率2，减少不命中开销3，减少命中时间。
三种类型的不命中：1,强制性不命中2，容量不命中3，冲突不命中。
降低不命中时间的措施：1，容量小结构简单的Cache 2，虚拟Cache 3，Cache访问流水线4，踪迹Cache降低不命中开销的措施：1，采用两级Cache 2，让读不命中优先于写3，写缓冲合并4，请求字处理技术5，非阻塞Cache技术。
第八，九章：同步总线和异步总线各有什么优缺点：同步总线：所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。
优点：成本低，不需要设备之间互相确定时序的逻辑。
缺点：总线操作必须以相同的速度运行。
异步总线：设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。
优点：容易适应更广的设备类型，扩展时不必担心时钟时序和时钟同步问题。
缺点：在传输时，异步总线需要额外的同步开销，速度慢与同步总线三种通道：1，字节多通道2，数组多通道3，选择通道。
基本的互联函数有哪些：1，恒等函数2，交换函数3，均匀洗牌函数。