计算机系统结构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。

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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

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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：（1）CISC （2）RISC

22. 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。