系统结构 复习资料1

第1章计算机系统结构概念

1、给个实例判断是系统结构、组成或实现？(P2)

系统结构：对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。

计算机组成：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。在所希望达到的性能和价格下，怎样更好、更合理地把各种设备和部件组织成计算机，来实现所确定的系统结构。

计算机实现：计算机组成的物理实现。着眼于器件技术和微组装技术。

实例：(1)指令系统的确定：系统结构。指令的实现，如取指令、指令操作码译码等：计算机组成。实现这些指令功能的具体电路、器件的设计及装配技术：计算机实现。

(2)确定指令系统中是否要设乘法指令：系统结构。乘法指令用专门的乘法器实现还是用加法-移位来实现：计算机组成。乘法器、加法-移位器的物理实现：计算机实现。

(3)主存容量与编址方式的确定：系统结构。为了达到性能价格要求，速度应该多少，采用什么逻辑结构：计算机组成。主存器件的选定，逻辑设计，微组装技术：计算机实现。

2、系统结构的概念和三者的关系。(P6)

答：系统结构：对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。

计算机系统结构、组成、实现三者互不相同，但又相互影响。

(1)相同的系统结构的计算机，可以因速度不同而采用不同的组成。

(2)反过来，组成也会影响系统结构，微程序控制就是一个典型的例子。

(3)正因为如此，系统结构的设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更多更好的支持，同

时要考虑可能采用和准备采用的组成技术。

(4)组成设计向上决定于结构，向下受限于实现技术。

(5)结构、组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同计算机系统会有差异。

3、实现软件移植的技术。(P14)

软件的可移植性：软件不修改或只经少量修改就可由一台机器移到另一台机器上运行，同一软件可应用于不同的环境。

实现软件移植的技术：

(1)统一高级语言。

(2)采用系列机。

(3)模拟和仿真。

4、系列机含义。(P14)

系列机：在软、硬件界面上有相同的系统结构的机器。

5、系列机兼容性。(P14)

向上(下)兼容：按某档机器编制的软件，不加修改就能运行于比他高(低)档的机器上。

系列机各档机器之间软件一般应做到向上兼容。但向下兼容就不一定。

6、模拟和仿真的含义、各有什么特点、相互间的区别。(P17)

模拟：在A机器上虚拟实现B机器的机器语言(B的每条机器指令用A机器的一段机器语言解释)，如同A机器上也有B机器的指令系统一样。这种用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为模拟。(进行模拟的A机器称为宿主机，被模拟的B机器称为虚拟机。)

特点：模拟程序的编制复杂和费时，运行速度低，实时性变差等。因此，模拟方法只适用于移植运行时间短，适用次数少，而且在时间关系上没有受约束的软件。

仿真：直接用微程序去解释另一种机器指令系统的方法称为仿真。(进行仿真的器件称为宿主机，被仿真的机器称为目标机。)

特点：仿真可以提高被移植软件的运行速度，但当两种机器的结构差别较大时就很难仿真。

相互间的区别：仿真和模拟的主要区别在于解释用的语言。仿真是用微程序解释，其解释程序存在于控制存储器中，而模拟是用机器语言解释，其解释程序存在于主存中。

不同系列机间的软件移植一般是仿真和模拟并行。

7、并行性的概念，有哪两个含义，两个含义的区别。(P22)

概念：解题计算中具有可以同时进行运算或操作的特性。

两个含义：同时性和并发性。

两个含义区别：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。

8、并行性的并发途径和含义。(P24)

(1)时间重叠：引入时间因素，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

的给个部分，加快硬件周转来赢得速度。

(2)资源重复：引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。

(3)资源共享：用软件的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资源利用率，相

应地也就提高了系统的性能。

9、耦合性。(P26)

一般用耦合度反映多机系统中各机器之间物理连接的紧密度和交叉作用能力的强弱(最低耦合、松散耦合、紧密耦合)。

10、从不同角度对计算机系统进行分类(三个)。(P26)

弗林分类法：按指令流和数据流的多倍性。(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，包括输入数据和中间结果。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。)

分成：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)。

库克分类法：按指令流和执行流及其多倍性。

分成：单指令流单执行流(SISE)、单指令流多执行流(SIME)、多指令流单执行流(MISE)、多指令流多执行流(MIME)。

美籍华人冯泽云：按数据处理的并行度。

分成：字串位串(WSBS)、字串位并(WSBP)、字并位串(WPBS)、字并位并(WPBP)。

第2章数据表示、寻址方式与指令系统

1、CISC存在哪些问题？(P62)

(1)指令系统庞大，一般在200条指令以上。

(2)许多指令的操作繁杂，执行速度低，甚至不如用几条简单基本的指令组合实现。

(3)由于指令系统庞大，使高级语言编译程序选择目标指令范围太大，因此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，且差别很大，其中相当一部分的利用率很

低。

2、RISC设计的基本原则。(P62)

(1)只选择使用频度很高的指令，增加少量能有效支持操作系统、高级语言实现及其他功能的指令，

大大减少指令条数，使之一般不超过100条。

(2)减少指令系统所用寻址方式种类，一般不超过两种。

(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，一般不少于32个，尽量减少访存，所有指令只有存(STORE)、取(LOAD)指令

访存，其他指令一律只对寄存器操作。

(5)为提高指令执行速度，大多数指令都用硬件控制实现，少数指令才用微程序实现。

(6)通过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。

3、设计RISC的基本技术有哪些？(P64)

(1)按设计RISC的一般原则来设计。

(2)逻辑实现采用硬联和微程序相结合。