计算机系统结构(章节知识点)

1、计算机高性能发展受益于：(1)电路技术的发展；(2)计算机体系结构技术的发展。

2、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。第六级：应用语言虚拟机->第五级：高级语言虚拟机->第四级：汇编语言虚拟机->第三级：操作系统虚拟机->第二级：机器语言(传统机器级) ->第一级：微程序机器级。

3、计算机体系结构：程序员所看到的计算机的属性，即概括性结构与功能特性。

4、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。

5、Amdahl提出的体系结构是指机器语言级程序员所看见的计算机属性。

6、经典计算机体系结构概念的实质3是计算机系统中软、硬件界面的确定，也就是指令集的设计，该界面之上由软件的功能实现，界面之下由硬件和固件的功能来实现。

7、计算机组织是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机系统的物理实现。

8、计算机体系结构、计算机组织、计算机实现的区别和联系？

答：一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种物理实现，体系结构包括对组织与实现的研究。

9、系列机：是指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。

10、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机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。

11、兼容机：不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。

12、向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。

13、当今计算机领域市场可划分为：服务器、桌面系统、嵌入式计算三大领域。

14、摩尔定律：集成电路密度大约每两年翻一番。

15、定量分析技术基础（1）性能的评测：（a）响应时间：从事件开始到结束之间的时间；计算机完成某一任务所花费的全部时间。（b）流量：单位时间内所完成的工作量。（c）假定两台计算机x、y；x比y快意思为：对于给定任务，x的响应时间比y少。x的性能是y的几倍是指：响应时间x /响应时间y = n，响应时间与性能成反比。

16、大概率事件优先原则：（基本思想）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。

17、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所占的重要性。系统加速比=总执行时间（改进前）/总执行时间（改进后）= ……

18、Amdahl定律推论：如果仅仅对计算机中的一部分做性能改进，则改进越多，系统获得的效果越小。如果只针对整个任务的一部分进行优化，那么多获得的加速比不大于1 /（1-可改进比例）。

19、cpu性能：Cpu时间=总时钟周期数/时钟频率Cpi =总时钟周期数/ ic （cpi：平均每条指令的时钟周期数；ic：执行过程当中的指令条数。）

Cpu性能公式：总cpu时间= cpi × ic /时钟频率其中：cpi反映了计算机实现技术、计算机指令集的结构和计算机组织；Ic反映了计算机指令集的结构和编程技术；时钟频率：反映了计算机实现技术，生产工艺和计算机组织。

20、并行性：是指在同一时刻或是同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同工作。第二章

1、根据cpu内部存储单元类型对指令集结构进行分类，一般可分为堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构。

2、通用寄存器型指令集机进一步细分为3种类型：

寄存器-寄存器型（R-R）、寄存器-存储器型（R-M）、存储器-寄存器型。3、寻址方式：（1）寄存器寻址：例：ADD R4, R3 含义：Regs[R4]<-Regs[R4]+Regs[R3] （2）立即值寻址：例：ADD R4,＃3含义：Regs[R4]<-Regs[R4]+3

（3）偏移寻址：例：ADD R4, 100(R1)含义：Regs[R4]+Mem[100+Regs[R1]]

（4）寄存器间接寻址：例：ADD R4, (R1)含义：Regs[R4]<-Regs[R4]+Mem[Regs[R1]] （5）索引寻址：例：ADD R3, (R1+R2)含义：Regs[R3]<-Regs[R3]+Mem[Regs[R1]+Regs[R2]]

（6）直接寻址或绝对寻址：例：ADD R1, (1001)含义：Regs[R1]<-Regs[R1]+Mem[1001]

（7）存储器间接寻址：例：ADD R1,a(R3)含义：Regs[R1]<-Regs[R1]+Mem[Mem[Regs[R3]]]

（8）自增寻址：例：ADD R1, (R2)+含义：Regs[R1]<-Regs[R1]+Mem[Regs

（9）自减寻址

（10）缩放寻址

4、指令集结构的功能设计：

指令集结构中操作的分类

操作类型实例

（1）算术与逻辑运算整数的算术和逻辑运算：加、减、与、或等（2）数据传输LOAD/STORE

（3）控制分支、跳转、过程调用和返回、自陷等

（4）系统操作系统调用、虚拟存储器管理。

（5）浮点浮点加、减等操作

（6）十进制十进制加、十进制乘、十进制到字符的转换（7）字符串字符串移动、比较

（8）图形像素操作，压缩操作

5、复杂指令机（CISC）：是指强化指令功能，实现软件功能向硬件功能转移，基于这种指令集结构而设计实现的计算机系统。

CISC指令集存在的缺点：

（1）在这种指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。

（2）CISC指令集结构的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。

（3）CISC指令集结构的复杂性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。

（4）在CISC指令集结构中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。

（5）在CISC指令集结构中，由于各条指令功能的不均衡，不利于采用先进的计算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。

6、20世纪80年代发展起来的精简指令集计算机：其目的是尽可能地降低指令集结构的复杂性，以达到简化实现，提高性能的目的，也是当今指令集结构功能设计的一个主要趋势。