计算机系统结构复习总结
计算机体系结构知识点汇总
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。
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。
计算机系统结构概要归纳
计算机系统结构复习第一章 计算机系统结构基本概念1.1计算机系统结构计算机系统层次结构·计算机系统结构主要研究软件、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、哪些功能由硬件完成。
·软件与硬件实现的特点：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。
·计算机组成的任务是在计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后，研究各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。
·系统结构是计算机系统的软硬件界面；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。
·计算机系统结构的分类：①Flynn 分类法：指令流：机器执行的指令序列。
数据流：由指令调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
多倍性：在系统最受限制的元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。
按照数据流和指令流的组织方式分为：SISD 、SIMD 、MISD 、MIMD 。
②冯氏分类法：用最大并行度分类，最大并行度：计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。
分为：1、字串位串WSBS ；2、字并位串WPBS ；3、字串位并WSBP ；4、字并位并WPBP 。
③Handler 分类法：根据并行度和流水线分类，把计算机的硬件结构分成三个层次：1、程序控制部件（PCU ）的个数k ；2、算术逻辑部件（ALU ）或处理部件PE 的个数d ；3、每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路（ELC ）的套数w 。
1.2计算机系统设计技术·计算机系统设计的定量原理：①、加快经常性时间的处理速度；②、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总执行时间的比例有关。
加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施性能）=（没有采用改进措施前执行某任务的时间）/（采用改进措施后某任务执行时间）。
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
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
计算机体系结构期末复习资料
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。
第一级---微程序机器级。
第二级—机器语言。
第三级—操作系统虚拟机。
第四级—汇编语言虚拟机。
第五级—高级语言虚拟机。
第六级—应用语言虚拟机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。
4.系列机——在一个厂家生产的具有相同的体系结构，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，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行的时间不同。
6.兼容机——不同厂家生产的、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——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，由指令计数器指明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工作。
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——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），赋予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——系统改进前与改进后总执行时间之比。
16.Amdahl定律——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。
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。
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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。
MIPS:以百万来计量。
MFLOPS:指每秒百万次浮点操作次数。
持续性能：通过实际测试得到的，即实际值。
7、性能评价结果数据的处理方法:算术性能平均法: 几何性能平均法: 调和性能平均法:6、1、软件兼容性：同一个软件可以不加修改的运行于体系结构相同的格挡机器上，而且运行结果一样，差别只是运行时间不同向后兼容：在某一时间生产的机器上运行的目标软件能够直接运行于更晚生产的机器上向上兼容：在低档机器上运行的目标软件能够直接运行于高档机器上2、数据类型：用户定义的数据系统数据指令数据数据表示：基本数据表示、浮点数据表示、自定义数据表示、向量数据表示3、自定义数据表示：由数据本身来表明数据类型，使计算机内的数据具有自定义能力。
分类：带标志符的数据表示数据描述符带标志符的数据表示：描述简单数据，标志符是和每个数据值相连，存在同一存贮单元内。
优点：（1）简化了指令系统。
（2）容易检出程序编制中的错误。
（3）简化了编译程序。
（4）支持数据库系统。
（5）简化了程序设计。
（6）便于软件测试，支持应用软件开发。
缺点: （1）数据字长增加。
（2）降低了指令的微观执行速度。
（3）与其他计算机的兼容性差，硬件复杂。
第二章指令系统数据描述符：用来描述复杂和多维数据，如向量、数组、记录等，描述符专用来描述所要访问数据的特性，它和数据字分开存储，机器经描述符形成访问每个元素的地址及其他信息，增加一级以上寻址，（描述符或数据字）而数据字本身又是带标志符数据表示。
与带标志符数据表示不同之处：标志符要与每个数据相连，两者合存在一个存储器单元中；而描述符则和数据分开放；要访问数据集中的元素时，必须先访问描述符，这就至少要增加一级寻址；描述符可看成是程序一部分，而不是数据一部分，因为它是专门来描述要访问的数据的特性。
5、指令系统中指令编码方法：（1）正交法指令中的每个分段（包括操作码、操作数地址等）相互独立，操作数地址的编码同操作码无关，反之亦然。
优点：对流水机特别适用，微程序控制数量减少。
（2）整体法：指令中各个分段在译码时相互有关，操作码同操作数地址的分界线并不清楚。
优点：可以把使用频度高的操作码同操作数地址码组合起来，加以缩短优化，而使用频度低的可以较长些,这样可以节省存贮容量。
缺点：在用微程序控制时，微程序数量较多，需要有较大的微程序存贮器。
（3）混合法这种方法把上两种方法的优点结合起来。
6、程序定位方式：程序定位是把指令和数据中的逻辑地址转变成主存物理地址的过程，有三种方法：直接定位方式、静态定位方式、动态定位方式7、精简指令系统计算机（RISC）主要特征1)指令格式简单化、规整化（寄存器-寄存器型）2)基本是单周期操作（指令功能和执行周期权衡选择）3)分开的存取指令数据，引入多级Cache4)面向寄存器堆的结构5)充分提高流水线效率（用各种技术减少相关阻塞）6)采用硬逻辑控制方式（少数采用微程序设计）7)采用优化编译技术，很好地支持高级语言复杂指令集计算机（CISC）特点：指令的控制执行是采用微程序控制技术，有专用的寄存器。
控制器十分复杂，占用了大量CPU芯片面积，有些复杂指令用的很少，难以用优化编译生成高效目标代码。
处理器的执行效率不高。
指令系统与软件之间语义差别越来越大，软件设计任务十分繁重，整个设计风格不是十分经济有效的缺点：指令系统庞大→硬件复杂→执行速度低→编译程序复杂、长→部分指令使用效率低RISC特征：某些指令以硬连线来实现，并能在一个时钟周期执行完；CISC特征：用微代码实现，需要2-3个时钟周期的执行时间，有多种寻址方式，多种指令长度，为数不多的通用寄存器。
8、RISC设计思想的起源：20%-80%定律系统设计中硬件和软件之间折衷VLSI工艺技术发展RISC的主要技术（一）流水线结构和指令调度RISC主要特点之一是充分提高流水线效率。
（二）寄存器窗口：就是把整个寄存器组分成很多小组，每个过程分配一个寄存器小组，当发生过程调用时，自动地把CPU转换到不同的寄存器小组使用，不再需要作保存和恢复的操作，这个寄存器小组就叫做寄存器窗口，相邻的寄存器窗口间有部分是重叠的，便于调用参数传送。
RISC有八个寄存器窗口，代表八个过程，重叠窗口之间构成类似环形缓冲器，窗口之间转换时通过改变硬件指针内容实现，当超过八个过程调用时，将一个窗口内容传送到内存，以腾出一个窗口，返回时，再一个个返回。
优点：显著减少过程调用和返回执行时间、执行的指令条数和访问存储器的次数。
（三）优化编译技术RISC机中所采用的编译技术突出了两点：一是如何最佳分配寄存器堆中的寄存器，使数据有效地减少对存储器的访问；二是设法对程序中的指令序列在保持原来语义基础上进行重新排序和调度，进行并行性的开发。
优点：RISC指令系统条数少，简单对称，这减轻了编译程序的负担.；RISC寻址方式简单，只有LOAD和STORE指令访问存储器。
其它操作均在通用寄存器中进行，这简化了寻址方式和访存操作；大多数指令在一个周期内完成，为优化编译器进行调整指令流序列，减少相关，提高并行度带来了方便；第三章1、存储系统三个特性：包含性：在容量大的存储器中，一定能找到上层存储信息的副本。
一致性：副本修改，以保持同一信息的一致性局部性2、计算机存储系统三个基本参数：存储容量S：以字节数表示，单位为B、KB、MB、GB、TB等。
存储器速度T：存储器访问周期，与命中率有关。
存储器价格C：表示单位容量的平均价值单位为＄C/bit或＄C/KB3、提高存储器频带宽度方法：多个存储器并行工作，并用并行访问和交叉访问等方法；设臵各种缓冲存储器；采用Cache存储系统4、CACHE引入目的、特点（和虚拟存储器比）、需解决的问题目的：提高CPU对存储器的访问速度。
需解决的问题：cache与主存内容的一致性问题5、地址映像是指某一数据在主存中的地址与在缓存中的地址两者之间的关系。
•全相联方式优点：命中率较高，Cache的存储空间利用率高；缺点：线路复杂，成本高，速度低。
•直接相联优点：简单；缺点：命中率低。
•组相联优点：速度快，命中率高；6、常用替换算法特点及相关计算(一)随机法：(RAND法)随机法是随机的确定替换的存储块。
设臵一个随机数产生器，依据所产生的随机数，确定替换的块。
优点：简单、易于实现；缺点：没有依据程序局部性原理，命中率比较低。
(二)先进先出法(FIFO法)先进先出法是选择那个最先调入的块进行替换。
优点：考虑到了程序运行的历史状况，先进先出方法易于实现；缺点：没有根据局部性规律。
其命中率比随机法好些，但还不满足要求。
(三)最近最少使用法(LRU法)LRU法是依据各块使用的情况，总是选择那个最近最少使用的块被替换。
优点：比较好的反映了程序局部性规律。
命中率比较高。
缺点：实现起来比较困难，它不但要记录每块使用次数的多少，而且要反映出近期使用的次数。
（四）最久没有使用法(LFU)技术思想与LRU法是一样的只不过是实现方法上有所不同。
LRU法是记录近期使用次数的多少，而LFU法是记录最久有没有使用过，所以后者实现起来比较容易。
7、Cache系统的加速比Tc ：Cache的访问周期；Tm：主存储器的访问周期；Hc：Cache的命中率存储系统的访问效率：指高一级存储器的访问速度(容量小速度高的一级)与系统等效的访问速度之比。
CACHE写操作的更新策略：（1）全写法，亦称写直达法(WT法—Write through)：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入。
优点：Cache及主存与内容同时更新。
所以一致性保持的比较好，可靠性比较高，操作过程比较简单。
如果Cache发生错误，可以从主存得到纠正。
缺点：全写法每次写操作都要访问主存，所以，写操作的速度得不到改善，仍然是访主存的速度。
为改善这一缺点，通常采用一个高速的小容量的缓冲存储器，将要写入的数据和地址先写到这个缓冲存储器，使得Cache可以尽快的执行下次访问，然后再将缓冲存储器的内容写入主存。
（2）写回法(WB法—write back)：在CPU执行写操作时，只写入Cache，不写入主存；需要替换时，把修改过的块写回主存。
优点：Cache的速度比较高，Cache的命中率比较高，所以Cache与主存之间的通信量大大降低。
缺点：有一段时间Cache内容与主存内容不一致，所以可靠性比全写法差，而且控制操作比较复杂。
改善：写回法在替换时要将一块内容写回主存；此时CPU不能继续访问Cache及主存，可能处于等待状态。
为改善这一缺陷，可以设臵一个高速的数据缓冲存储器，先将写入的数据与地址存入此缓冲区，以使CPU可以继续工作。
而缓冲存储器可以与CPU的处理工作并行，将数据写入主存。