计算机体系结构复习
计算机体系结构期末复习资料
计算机体系结构期末复习资料第一章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。
(Amdahl提出的系统结构实际上指传统机器语言级程序员所能看到的计算机属性。
)2、透明性：原来是存在的事物或属性，但从某种角度看又仿佛不存在的概念称为透明性（transparency），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、系列机的软件兼容方式：软件兼容有（向上兼容）和（向下兼容）之分，又有（向前兼容）和（向后兼容）之分。
系列机软件必须保证（向后兼容），力争（向上兼容）。
兼容机：不同制造商生产的具有相同系统结构的计算机。
系列机：在一个厂家内生产的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。
5. 软件兼容：同一个软件能够不加修改第运行于体系结构相同的各档及其，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间不同。
6、并行性的概念：指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。
只要在时间上相互重叠，就存在并行性。
她是同时性和并发性两种含义。
同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。
并发性：两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。
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。
计算机体系结构必考知识点
计算机体系结构必考知识点一、知识概述《计算机体系结构必考知识点》①基本定义：计算机体系结构呢，简单说就是计算机的各个组成部分，像处理器、内存、输入输出设备等，它们之间是怎么连接的，还有各自的功能怎么协同工作。
就好比一个足球队，每个球员（硬件组件）都有自己的位置（功能），教练（操作系统等软件）怎么安排他们配合踢球（协同工作），这就是大致的概念。
②重要程度：在计算机这个学科里，这可太重要了。
要是不懂体系结构，就好比你盖房子不知道怎么搭框架，那接下来的装修（软件开发之类的）就无从下手。
计算机系统的性能、功能等都和它有很大关系。
③前置知识：得有基本的数字电路知识，像什么是逻辑门之类的。
还有对计算机各个硬件部件有个简单了解，就像你得知道有CPU这个东西，它大致是干啥的。
如果之前学过计算机组成原理那就更好了，就像你是个盖房子的小工，盖了几次小房子（了解简单的硬件组合），再来盖大楼（学习体系结构）就容易些。
④应用价值：实际应用可多了。
比如说设计新的计算机芯片，要考虑体系结构。
像手机厂商想让手机运行得更快，还不那么耗电，那就得优化手机芯片的体系结构。
再比如说云计算中心设计大型服务器集群，也得按照合理的体系结构来，这样才能高效处理海量的数据。
二、知识体系①知识图谱：在计算机学科的大地图里，计算机体系结构是重要的一块。
它连接着计算机硬件底层，向上又影响着操作系统、软件应用的开发。
就好比它是城市里的交通规划（对计算机里的数据等流动起规划作用），其他的建筑物（软件等）得按照这个交通规划来建设。
②关联知识：和计算机组成原理关联紧密，组成原理就像是讲每个部件的详细构造，体系结构就是把这些部件组合起来看。
和操作系统也有很大关系，操作系统的运行依赖于计算机体系结构提供的环境。
就好像演员（操作系统）得在舞台（体系结构）上表演。
③重难点分析：掌握难度在于概念比较抽象，像多级存储体系结构，什么缓存、主存、外存的关系不好理解。
关键点在于要理解各个部件的交互原理。
计算机体系结构复习题
4
(1) 选择适合于流水线工作的算法应先计算A1+B1、
A2+B2、A3+B3和A4+B4； 再计算(A1+B1) ×(A2×B2) (A3+B3) ×(A4+B4)；
然后求总的结果。
(2) 画出时空图 (3) 计算性能
A 段 5
B
C
D
C× D A× B
A× B× C× D
A = A 1＋ B 1 4 3 2 1 输 入 0 1 2 3 4 5 6 7 A B 8 C D 9 10 11 1 2 A× B C× D 13 14 时间 B = A 2＋ B 2 C = A 3＋ B 3 D = A 4＋ B 4
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。一种 体系结构可以有多种组成。一种组成可以有 多种实现。
4、计算机系统设计的量化设计原则有哪些？说 出它们的含义？ 答：加速经常性事件的原则：对经常发生的情 况采用优化方法的原则进行选择，以得到更多 的总体上的改进。 Amdahl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。 CPU性能公式：执行一个程序所需的CPU时间， CPU时间 = 执行程序所需的时钟周期数×时钟 周期时间 程序的局部性原理：程序执行时所访问的80%是 程序代码的20%的部分。
6
7
8
9 A B
1 0 11 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 C D A× B C× D
时间
输 入
A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4
计算机体系结构设计原理复习
计算机体系结构设计原理复习一、引言计算机体系结构是计算机科学中的重要分支，它关注计算机硬件和软件之间的接口，以及计算机如何组织和运行。
在计算机体系结构设计中，有许多原理和方法需要掌握。
本文将回顾计算机体系结构设计原理，并提供相应的答案和解析。
二、冯·诺依曼体系结构原理1. 什么是冯·诺依曼体系结构？冯·诺依曼体系结构是一种基于存储程序概念的计算机体系结构，它采用了存储程序控制、指令和数据存储器的统一结构。
2. 冯·诺依曼体系结构的特点是什么？冯·诺依曼体系结构的特点包括指令和数据存储器的统一、按顺序执行指令、以及能够通过地址寻址方式访问存储器等。
3. 冯·诺依曼体系结构的优点和缺点分别是什么？冯·诺依曼体系结构的优点是结构简单、易于实现和程序存储器的可程序性。
缺点是存储器带宽有限、存在存储器访问瓶颈等。
三、指令系统设计原理1. 什么是指令系统？指令系统是指计算机硬件所支持的所有指令的集合，它决定了计算机能够执行的操作和处理的数据类型。
2. 指令系统设计的原则是什么？指令系统设计的原则包括功能完备性、指令的规整性、指令的简介性、以及指令的兼容性等。
3. 什么是指令的格式？指令的格式是指指令在存储器中的布局方式，通常包括操作码、寻址方式和操作数等。
四、寻址方式设计原理1. 什么是寻址方式？寻址方式是指计算机如何定位和访问操作数的方式，常见的寻址方式包括立即寻址、直接寻址、间接寻址等。
2. 立即寻址和直接寻址的区别是什么？立即寻址是指操作数直接包含在指令中，而直接寻址是指操作数存储在指定的存储单元中。
3. 间接寻址和相对寻址的区别是什么？间接寻址是指操作数存储在指定地址所指向的存储单元中，而相对寻址是指操作数相对于指令地址的偏移量。
五、流水线设计原理1. 什么是流水线技术？流水线技术是指将计算机指令的执行过程划分为多个阶段，并同时执行不同指令的不同阶段，以提高计算机的性能。
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第一章计算机体系结构的基本概念1.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。
2.体系结构——程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
3.透明性——在计算机技术中，对木来存在的事物或属性，从某一角度来看乂好像不存在的概念称为透明性。
4.系列机——在一个厂家生产的具冇相同的体系结构，但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的机器。
5.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上，1WK 它们所获得的结果一样，差别只在于运行的吋间不同。
6.兼容机——不同厂家牛产的、具有相同体系结构的计算机。
7.计算机组成——计算机体系结构的逻辑实现。
8.计算机实现一一计算机组成的物理实现。
9.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。
指令在存储器中按其执行顺序存储，由指令计数器指切每条指令所在的单元地址。
10.并行性——在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T 作。
11.响应时间——从事件开始到结束之间的时间，也称执行时间。
12.测试程序——用于测试计算机性能的程序，可分为四类：真实程序、核心程序、小测试程序、合成测试程序。
13.测试程序组件一一选择一个各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用的测试程序集合。
这个通用的测试程序集合称为测试程序组件。
14.大概率事件优先——此原则是计算机体系结构中最重要和最常用的原则。
对于大概率事件（最常见的事件），赋了它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。
15. 系统加速比——系统改进前少改进后总执行吋间Z 比。
16. Amdahl 定律一一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。
17. 程序的局部性原理一一程序在执行时所访问的地址不是随机的，而是相对簇聚；这 种簇聚包括指令和数据两部分。
18. CPT ---- 扌旨令时钟数(Cycles per Instruction )。
计算机体系结构-复习题(附答案)-vip专享
《计算机体系结构》复习题一、填空题1. 推动计算机系统结构发展的主要动力是( 计算机应用 )。
2. ( 器件 )的发展是促使计算机系统结构不断发展的最活跃因素。
3. 衡量计算机系统性能可采用各种尺度，但最为可靠的衡量尺度是( 时间 )。
4. CPI表示执行每条指令所需的( 平均时钟周期数 )。
5. 计算机系统中的数据表示是指可由硬件直接辨认的( 数据类型 )。
6. 在向量处理中经常会遇到稀疏向量，为了节省存储空间和处理时间( 压缩向量 )的表示方法。
7. 在当今的RISC机的指令系统中，全都是( 定字长 )指令格式。
8. 增强向量流水处理性能的方法主要有：多功能部件并行操作和采用( 链接 )技术。
9. 数组多路通道与设备之间的数据传送的基本单位是( 数据块 )。
10. 数据流系统结构是基于数据驱动和( 消息传送 )的计算模型。
11. 现代计算机系统是由（硬件/固件）和（软件）组成的十分复杂的系统。
12. 计算机系统应能支持软件可移植，实现可移植性的常用方法有3种，即（采用系列机），（仿真和模拟），统一高级语言。
13. 可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型，即（ RM结构）、（ RR结构）和存储器-存储器型指令集结构。
14.MIPS指令DADDIU R14，R5，#6属于（ I ）类型的指令格式；MIPS指令SD R4，300（R5）属于（ I ）类型的指令格式。
15.描述流水线的工作，常采用时空图的方法。
在时空图中，横坐标表示（时间），纵坐标代表（空间或流水线各段）。
16.在MIPS指令实现的简单数据通路中，在WB周期中，有两大类指令执行操作：（ Load ）和（ ALU ）指令。
17.存储器的层次结构中，“Cache－主存”层次是为了弥补主存（速度）的不足，“主存－辅存”层次是为了弥补主存（容量）的不足。
18.Cache实现的映像规则有全相联映像、（直接）和（组相联）三种。
计算机体系结构优化复习
计算机体系结构优化复习一、引言计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的关系以及它们共同协作的方式。
优化计算机体系结构可以提升计算机的性能和效率，从而满足用户的需求。
本文将介绍计算机体系结构优化的相关知识点，并给出相应的答案和解析。
二、体系结构基础知识1. 什么是计算机体系结构？计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的关系以及它们共同协作的方式。
2. 计算机体系结构的组成部分有哪些？计算机体系结构由中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和总线等组成。
3. 什么是指令集架构？指令集架构是指计算机的指令集合以及相应的编码和操作方式。
4. 什么是计算机的主频？计算机的主频是指计算机能够完成一个时钟周期所需要的时间。
5. 什么是流水线处理？流水线处理是指将任务分成多个子任务，并同时进行，以提高执行效率。
三、体系结构优化1. 如何提高计算机的运行速度？可以通过以下方式来提高计算机的运行速度：- 使用更高主频的处理器；- 增加缓存大小；- 优化算法，减少计算量。
2. 如何提高计算机的并行处理能力？可以通过以下方式来提高计算机的并行处理能力：- 使用多核处理器；- 使用向量指令集；- 使用并行计算算法。
3. 如何减少功耗？可以通过以下方式来减少计算机的功耗：- 优化电源管理；- 采用低功耗的硬件设备；- 使用节能的算法和数据结构。
4. 如何提高存储系统的性能？可以通过以下方式来提高存储系统的性能：- 增加缓存大小；- 使用高速缓存技术；- 使用并行存储访问技术。
四、题目答案和解析根据以上内容，我们给出以下题目的答案和解析：1. 什么是计算机体系结构？答案：计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的关系以及它们共同协作的方式。
解析：计算机体系结构是计算机科学中的重要概念，理解计算机体系结构的基本概念对于深入了解计算机相关知识具有重要意义。
2. 提高计算机的运行速度有哪些方法？答案：提高计算机的运行速度可以通过使用更高主频的处理器、增加缓存大小和优化算法等方法。
计算机体系结构复习指南
计算机体系结构复习指南1、计算机体系结构概念：答：这个词是GM.Amdahl 等人在1964年提出的。
他们提出的计算机体系结构是程序员看到的计算机属性，即程序员为编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解的机器概念性结构和功能特性。
一般定义：机器语言程序员所必须了解的机器概念性结构和功能特性。
2、计算机体系结构与计算机组成原理以及实现之间的关系？第一：计算机体系结构、计算机组成原理和实现是3个不同的概念。
计算机体系结构是计算机系统软件与硬件的界面；计算机组成原理是计算机体系结构逻辑实现，计算机实现是计算机组成的物理实现；它们各自的目的、任务和包括的内容不同。
第二：计算机体系结构、计算机组成原理和实现相互影响。
计算机体系结构决定组成，但相同体系结构的计算机，可能因为速度不同而采取不同的组成。
同样，组成决定实现，但同一种计算机组成可有多种不同的实现。
第三：计算机体系结构、计算机组成原理和实现的边界内容模糊。
一是：计算机体系结构、组成和实现包含的具体内容是随不同的机器变化而变化的。
二是：计算机体系结构、组成和实现的内容界限，难以明确区分。
3、计算机两大体系结构：普林斯顿结构和哈佛结构普林斯顿结构，也称冯·诺伊曼结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。
程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。
1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理。
后来被称为“冯·诺伊曼结构”，冯·诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。
使用RISE指令集。
冯·诺曼结构处理器具有以下几个特点：必须有一个存储器；必须有一个控制器；必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。
在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。
计算机体系结构复习题(有答案)
《计算机系统结构》总复习
主存储器
定义：主存储器是计算机系统中的主要存储器用于存储程序和数据。 组成：由多个存储单元组成每个单元存储一个二进制数。 访问方式：通过地址码直接访问存储单元实现数据的读取和写入。 性能指标：主要包括存储容量、存取时间和可靠性等。
高速缓存
添加 标题
定义：高速缓存是一种用于存储经常访问 数据的硬件设备
功能：输入输出接口的主要功能是传输数据和命令支持各种外部设备的接入和控制。
发展趋势：随着技术的不断发展输入输出接口也在不断演进和改进未来将更加高效、快速和智能化。
输入输出处理机
输入输出处理机是计算机系统中的重要组成部分负责管理计算机的输入输出设备。
输入输出处理机的主要功能是实现输入输出数据的传输和控制支持各种外部设备的操作。
分布式系统概述
定义：分布式系统是由多个相互通信的计算机组成的系统这些计算机在物理上通过网络连接协同完 成共同的任务。
特点：分布式系统具有并行性、可靠性和可扩展性等特点能够提高系统的整体性能和可靠性。
组成：分布式系统由多个节点组成每个节点都有自己的处理器和存储器节点之间通过网络进行通信。
应用：分布式系统广泛应用于各种领域如云计算、大数据处理、物联网等。
计算机系统结构总复习
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存储系统
01
04
计算机系统概述
02
处理器系统
03
输入输出系统
05
并行处理与分布式系 统
06
添加章节标题
计算机系统概述
计算机系统的基本组成
硬件：计算机系 统的物理实体包 括中央处理器、 存储器、输入输
出设备等。
软件：计算机 系统的程序和 数据包括系统 软件和应用软
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
名词解释填空 选择 简答 计算1. 计算机系统的多级层次结构：2. 系统结构的概念：计算机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面，即机器语言程序员或编译程序设计者所能看到的传统机器级所具有的属性。
3. 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的概念称为透明性。
4. 对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指：（选择题）1) 指令系统（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等）2) 数据表示 （硬件能直接辩认和处理的数据类型）3) 寻址规则 （包括最小寻址单元、寻址方式及其表示）4) 寄存器定义 （包括各种寄存器的定义、数量和使用方式）5) 中断系统 （中断的类型和中断响应硬件的功能等）6) 机器工作状态的定义和切换 （如管态和目态等）7) 存储系统 （主存容量、程序员可用的最大存储容量等）8) 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）9) I/O 结构（包括I/O 连接方式、处理机/存储器与I/O 设备间数据传送的方式和格式以及I/O 操作的状态等）5. 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。
6. 计算机实现指的是计算机组成的物理实现。
7. 数据表示是指计算机硬件能够直接识别、指令集可以直接调用的数据类型。
8. 数据类型、数据结构、数据表示之间的关系第6级 第5级 第4级 第3级 第2级 第1级9.系列机指由同一厂商生产的具有相同体系结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
10.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法和冯氏分类法。
冯氏分类法是用系统的最大并行度对计算机进行分类；Flynn分类法是指按照指令流和数据流的多倍性进行分类。
11.定量分析技术（简答题）：1)以经常性事件为重点：在计算机系统设计中，经常需要在多种不同的方法之间进行折中，这时应按照对经常发生的情况采用优化方法的原则进行选择。
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。
计算机体系结构复习提纲
1.简述：1）计算机体系结构研究的目的提高处理机运算速度：MIPS ＝fz * IPCMIPS ——每秒执行的百万条指令fz —8212 —处理机的工作主频（MHz）IPC（Instruction Per Cycle）—8212 —单位时钟周期内执行的指令条数提高IPC：依靠先进系统结构过去，几个或几十个周期完成一条指令现在，一个周期完成几条指令提高fz：缩短门电路延迟，依靠工艺技术进步、流水线技术等依靠先进系统结构，从指令串行执行，到P4的20级流水线2）计算机系统中并行性的层次划分。
①指令内并行②指令级并行③任务（或过程）级并行④作业（或程序）级并行2.简述：1）存储系统性能评价的关键指标大容量；高速度；低价格2）提高存储系统性能的基本途径。
（1）器件技术，缩短访问时间（T↓）（2）多体并行存贮器结构①加宽存贮字长度（W↑）-----超长字存储方案②缩短平均访问周期（Ta↓）---------多模块交叉存储方案（3）多级存贮器层次结构以不同速度、容量的存储器进行层次化组织（Ta↓）即提高容量、带宽，又降低成本，属于高效率技术3.简述实地址Cache在虚拟存储器中的工作过程及其加速作用。
①查TLB，若命中则形成实地址，否则再进行查段表、页表形成实地址②用实地址访问Cache，若命中则完成访问。
否则启动主存进行Cache替换加速作用：①加速虚拟存贮器的访问②加速虚地址到实地址的转换4.简述Cache的三种典型结构及其特点。
组相联结构：1)利用现有的存储器结构和工作方式（采用高速电路）2）利用常规的单元电路模块（比较器、多路选择器MUX等）3）综合应用于Cache的工作方式/访问过程直接相联结构：直接利用行号定位，结构简单易实现，容量大，速度快全相联结构:完全通过标志的相联比较定位确定数据行,地址映像最灵活，每个Cache 行可映像到主存任意行，命中率高5.简述：流水段细分的目的与流水段细分的类型，并举例说明。
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。
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名词解释填空 选择 简答 计算1. 计算机系统的多级层次结构：2. 系统结构的概念：计算机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面，即机器语言程序员或编译程序设计者所能看到的传统机器级所具有的属性。
3. 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的概念称为透明性。
4. 对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指：（选择题）1) 指令系统（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等） 2) 数据表示 （硬件能直接辩认和处理的数据类型） 3) 寻址规则 （包括最小寻址单元、寻址方式及其表示） 4) 寄存器定义 （包括各种寄存器的定义、数量和使用方式） 5) 中断系统 （中断的类型和中断响应硬件的功能等） 6) 机器工作状态的定义和切换 （如管态和目态等）7) 存储系统 （主存容量、程序员可用的最大存储容量等）8) 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）9) I/O 结构（包括I/O 连接方式、处理机/存储器与I/O 设备间数据传送的方式和格式以及I/O 操作的状态等）5. 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。
6. 计算机实现指的是计算机组成的物理实现。
7. 数据表示是指计算机硬件能够直接识别、指令集可以直接调用的数据类型。
8. 数据类型、数据结构、数据表示之间的关系第6级第5级 第4级 第3级第2级 第1级9.系列机指由同一厂商生产的具有相同体系结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
10.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法和冯氏分类法。
冯氏分类法是用系统的最大并行度对计算机进行分类；Flynn分类法是指按照指令流和数据流的多倍性进行分类。
11.定量分析技术（简答题）：1)以经常性事件为重点：在计算机系统设计中，经常需要在多种不同的方法之间进行折中，这时应按照对经常发生的情况采用优化方法的原则进行选择。
2)Amdahl定律：加速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。
3)CPU性能公式：执行一个程序所需的CPU时间=执行程序所需的时钟周期数*时钟周期时间4)程序的局部性原理：指程序执行时所访问的存储器地址分布不是随机的，而是相对簇聚的。
分为时间局部性和空间局部性。
12.冯诺依曼结构的特点：以运算器为中心；在存储器中，指令和数据同等对待；存储器是按地址访问、按顺序线性编址的一维结构，每个存储单元的位数是固定的；指令是按顺序执行的；指令由操作码和地址码组成；指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。
13.实现可移植性的常用方法有三种：采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。
14.系列机在兼容方面，向后兼容一定要保证，尽量保证向上兼容15.模拟是指用软件的方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令集。
（软件方法）16.仿真是指用一台现有计算机上的微程序去解释实现另一台计算机的指令集。
（硬件方法）17.并行性包括同时性和并发性。
18.从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：（简答）1)指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行2)指令级并行：并行执行两条或两条以上的指令3)线程级并行：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位。
4)任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务，以子程序或进程为调度单位。
5)作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。
19.提高并行性的技术路径（12字）：时间重叠、资源重复、资源共享20.能够对紧密耦合系统和松散耦合系统进行区分：紧密耦合系统共享主存，松散耦合系统共享外设21.CISC指令集结构存在的问题：1)各种指令的使用频度相差悬殊2)指令集庞大，指令条数很多，许多指令的功能又很复杂，3)许多指令由于操作繁杂，其CPI值比较大，执行速度慢。
4)由于指令功能复杂，规整性不好，不利于采用流水技术来提高性能。
22.设计RISC机器遵循的原则1)指令条数少而简单。
只选取使用频度很高的指令，在此基础上补充一些最有用的指令。
2)采用简单而又统一的指令格式，并减少寻址方式；指令字长都为32位或64位。
3)指令的执行在单个机器周期内完成。
(采用流水线机制)4)只有load和store指令才能访问存储器，其他指令的操作都是在寄存器之间进行。
（即采用load-store结构）5)大多数指令都采用硬连逻辑来实现。
6)强调优化编译器的作用，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。
23.指令动态调度是在程序的执行过程中，依靠专门硬件对代码进行调度。
静态调度的流水线依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。
24.数据结构指由软件进行处理和实现的各种数据类型。
25.MIPS的数据寻址方式只有立即数寻址和偏移量寻址。
26.流水技术是指：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。
流水线的段数称为流水线的深度。
27.流水技术的特点1)流水线把一个处理过程分解为若干个子过程（段），每个子过程由一个专门的功能部件来实现。
2)流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞、断流。
时间长的段将成为流水线的瓶颈。
3)流水线每一个功能部件的后面都要有一个缓冲寄存器（锁存器），称为流水寄存器。
4)流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，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。
28.流水线分类：1)按流水线所完成的功能分：单功能流水线和多功能流水线2)按照同一时间段内各段之间的连接方式分：静态流水线和动态流水线3)按照流水的级别分：部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线4)按照流水线中是否有反馈回路分：线性流水线和非线性流水线5)按照任务流入和流出的顺序分：顺序流水线和乱序流水线29.解决流水线瓶颈问题的常用方法：细分瓶颈段、重复设置瓶颈段30.程序中的相关有三种类型：数据相关、名相关（反相关、输出相关）、控制相关流水线中的相关有：数据相关、结构相关、控制相关处理机找中的相关：数据相关、控制相关31.控制相关带来了两个限制：1)与一条分支指令控制相关的指令不能被移到该分支之前，否则这些指令就不受该分支控制2)如果一条指令与某分支指令不存在控制相关，就不能把该指令移到该分支之后。
32.流水线冲突三种类型：结构冲突、数据冲突和控制冲突33.数据冲突：写后读冲突、写后写冲突、读后写冲突34.在Tomasulo算法中，Vj，Vk：源操作数的值。
对于每一个操作数来说，V或Q字段只有一个有效。
35.基于硬件的前瞻执行时，执行的结果不是写回到寄存器或存储器，而是放到ROB缓冲器中。
通过保留站重新命名寄存器。
36.多流出处理机有两种基本风格：超标量和超长指令字37.循环展开技术：多次复制循环体并相应调整展开后的指令和循环结束条件，增加有效操作时间与控制操作时间比率，也给编译器进行指令调度带来了更大的空间。
38.循环展开和指令调度时要注意以下几个方面（简答题）1)保证正确性。
注意两个地方的正确性：循环控制，操作数偏移量的修改。
2)注意有效性。
只有找到不同寻呼台之间的无关性，才能够有效地使用循环展开。
3)使用不同的寄存器。
如果使用相同，或较少数量的寄存器，可能导致新的冲突。
4)尽可能减少循环控制中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。
由于原循环不同次的迭代在展开后都到了同一次循环体中，因此可能带来新的相关性。
39.从用户角度看，存储器的三个主要指标：容量、速度和价格。
40.存储层次的性能参数。
P1551)存储层次的平均每位价格C2)命中率H3)平均访存时间Ta41.映像规则：全相联映像、直接相联映像、组相联映像42.可以从三个方面改进Cache的性能：（简答题）1)降低失效率：增加块大小、增加Cache容量、提供相联度、Victim Cache、伪相联映像Cache、硬件预取指令和数据、编译器控制的预取、用编译技术减少Cache失效次数。
2)减少失效开销：Victim Cache、硬件预取指令和数据、编译器控制的预取、使读失效优于写、写缓存归并、尽早重启动和关键字优先、非阻塞Cache、两级Cache3)减少命中时间：容量小且结构简单的Cache、对Cache进行索引时不必进行地址变换、流水化Cache访问、Trace Cache43.按照产生失效的原因不同，可以把失效分为：强制性失效、容量失效和冲突失效44.2：1的Cache经验规则，即大小为N的直接映像Cache的失效率约等于大小为N/2的2路组相联Cache的失效率。
45.请求字优先：调块时，从请求字所在的位置读起。
这样，第一个读出的字便是请求字，将之立即发送给CPU。
46.有关虚拟存储器问题：1)映像规则：全相联映像2)查找算法：页表、段表、TLB3)替换算法：LRU4)写策略：写回法47.中断响应次序由硬件决定，不可改变，中断处理次序通过中断屏蔽码的设置来改变。
48.反映存储外设可靠性性能参数有：可靠性、可用性和可信性。
49.通道的种类：字节多路通道、选择通道和数组多路通道。
50.在字节多路通道中，实际流量是连接在这个通道上所有设备的数据传输率之和。
51.对于选择通道和数组多路通道，在一段时间内，一个通道只能为一台设备传送数据。
此时通道的实际流量就等于该设备的数据传输率。
因此这两种通道的实际流量就是连接在这个通道上所有设备中数据流量最大的那一个。
52.互联网络是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统中结点之间的互相连接。
53.交换函数（P254 图7.2）54.互联网络的主要特性参数：1)网络规模：网络中结点的个数。
2)结点度：与结点相连接的边数（通道数），包括入度和出度。
3)距离：对于网络中的任意两个结点，从一个结点出发到另一个结点终止所需要跨越的边数的最小值。
4)网络直径：网络中任意两个结点之间距离的最大值。
5)结点之间的线长：两个结点之间连线的长度，用米、千米等表示。
6)等分宽度：当某一网络被切成相等的两半时，沿切口的边数（通道数）的最小值称为通道等分宽度，用b表示。
7)对称性：从任何结点看到的拓扑结构都是相同的网络称为对称网络。
55.线性阵列1)端结点的度：12)其余结点的度：23)直径：N－14)等分宽度b=156.环和带弦环1)对称2)结点的度：23)双向环的直径：N/24)单向环的直径：N57.静态网络有：线性阵列、环、度为3的带弦环、度为4的带弦环。
循环移数网络和全网络58.动态网络有：总线网络、多级互联网络和交叉开关网络等59.分布式处理机分为：分布式共享存储器和对称式共享存储器60.共享存储器通信主要优点（简答题）1)与常用的对称式多处理机使用的通信机制兼容。