系统结构理论

1. 系统结构定义：对计算机系统中各级界面的划分，定义及其上下功能的分配

2. 计算机组成：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器及内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。内部各时间的排序方式与控制机构，各部件的功能及部件间的联系

3. 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

4. 透明：客观存在的食物或属性从某个角度看不到，简称透明。

5. 软件的可移植性：指的是软件不修改或只经过少量的修改就可由一台机器一直到另一台机器上运行，同一软件可应用与不同的环境。

6. 并行性：把解题中具有可以同时进行运算或操作的特性称为并行性

7. 并行性包含同时性和并发性二重含义同时性：两个或多个时间在同一时刻发生。并发性：两个或多个时间在同一时间间隔内发生。

8. 数据表示：指的是能由机器硬件直接识别和引用的数据类型

9. 数据结构：反映了应用中要用到的各种数据元素或信息单元之间的结构关系

10. 自定义数据表示包括：标识符数据表示和数据描述符两类

11. 高级数据表示分为：自定义数据表示，向量数组数据表示，堆栈数据表示

12. 引入数据表示的原则：1。看系统的效率是否更高（减少实现时间和存储时间）2。看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否提高13. 寻址方式：指的是指令按什么方式寻找（或访问）到所需的操作数的信息的面向主存，面向寄存器，面向堆栈的寻址方式

14. 逻辑地址：程序员编程用的地址。物理地址：程序在主存中的实际地址

15. 指令系统：是程序设计者看机器的主要属性，是软硬件的主要界面，它在很大程度上决定了计算机具有的基本功能

16. 总线：用于互连计算机，CPU，存储器，I/O端口及外部设备，远程通信设备间信息传送通路的集合。包括数据总线，地址总线，控制总线。

17. 通道流量：通道在数据传送期内，单位时间内传送的字节数。

18. 虚拟存贮器通过增设地址映像表机构来实现程序在主存中的定位

19. 页面替换算法：随机算法（RAND），先进先出（FIFO），近期最少使用算法（ LRU），堆栈行替换算法

20. 地址映像的方式：全相联映像，直接映像，组相联映像，段相联映像

21. CISC：复杂指令系统计算机（软件功能硬化）。

22. RISC：精简指令系统计算机（降低硬件设计复杂度，提高指令执行速度）。

23. 陈列处理机：将大量重复设置的处理单元按一定方式互连成陈列机，在单一控制部件（CU）控制下，对各种所分配的不同数据并行执行同一指令规定的操作，是操作级并行的SIMD计算机。

24. 计算机的分类（弗林分类法）：SISD单指令单数据流。SIMD单指令多数据流。MISD多指令单数据流。MIMD多指令多数据流。

25. 吞吐率：流水线单位时间里能流出的任务数或结果数。

1．并行性开发的途径：一时间重叠：让多个处理其过程在时间上相互错开，轮流重叠使用同一套硬件设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度（流水）。二资源重复：通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能（多处理机）。三资源共享：用软件方法让多个用户按一定时间循序轮流使用同一套资源来提高资源利用率，相应地也就是提高系统的资源（多道程序分时系统）

2．数据结构与数据表示的关系及引入数据表示的原则：数据表示是数据结构的组成元素，数据结构要通过软件映像表换成机器具有的各种数据表示来实现，不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性上不同，数据表示和数据机构是软硬件间的交界面。引入原则：一系统效率是否提高。二通用性和效率是否提高。

3．指令系统设计步骤：一初拟治理那个的分类和具体的指令。二设计编译程序。三进行模拟测试。四高频指令串合成新指令（即用硬件方式实现）要求：一规整。二对称性。三独立性和全能性。四正交性。五可组合性。六可扩充性。

4．全局性相关的处理方法：一猜测法。二加快和提前形成条件码。三采用延迟转移。四加快短循环程序的处理。

5．指令格优化：用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息。优点：一采用扩展操作码，缩短操作码的平均码长。二采用多种寻址方式来缩短地址码的长度，并在有限的地址长度内提供更多的地址信息。三采用0,1,2,3等多种地址制，增强指令功能，缩短程序的长度并加快程序的执行速度。四在同种地址制内再采用多种地址形式，让长操作码与短操作码进行组配。五再维持指令字在存储器中按整数边界存储的前提下，使用多种不同的指令字长度。

6．设计RISC的技术：一精简优化指令系统（频度高）。二采用硬联实现和微程序固化相结合。三CPU内设置大量寄存器组采用重叠寄存器窗口技术。四指令流水和延迟转移。五采用高速缓冲寄存器CaChe 。六优化编译系统。

计算机系统的设计准则

1.只加速使用频率高的部件 这是最重要也是最广泛采用的计算机设计准则。因为加快处理频繁出现事件对系统的影响远比加速处理很少出现事件的影响要大。

2.阿姆达尔(Amdahl)定律 这个定律就是一个公式：即 应会运用此公式做一些计算或分析，所以要记住并理解其意义。

3.程序访问的局部性规律

程序访问的局部性主要反映在时间和空间局部性两个方面，时间局部性是指程序中近期被访问的信息项可能马上将被再次访问，空间局部性指那些在访问地址上相邻近的信息项很可能被一起访问。

编辑本段计算机系统结构的发展

冯·诺依曼计算机的主要特点是：存储程序方式；指令串行执行，并由控制器加以集中控制；单元定长的一维线性空间的存储器；使用低级机器语言，数据以二进制表示；单处理机结构，以运算器为中心。

改进后的冯·诺依曼计算机使其从原来的以运算器为中心演变为以存储器为中心。从系统结构上讲，主要是通过各种并行处理手段高提高计算机系统性能。 软件、应用和器件对系统结构发展的影响 软件应具有可兼容性，即可移植性。为了实现软件的可移植性，可用以下方法：

模拟：用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统，这种用实际存在的机器语言解释实现软件移植的方法就是模拟。

仿真：用A机(宿主机)中的一段微程序来解释实现B机(目标机)指令系统中每一条指令而实现B机指令系统的方法称仿真，它是有部份硬件参与解释过程的。 一般将两种方法混合作用，对于使用频率高的指令用仿真方法，而对于频率低而且难于仿真实现的指令使用模拟的方法加以实现。

采用系列机的方法，可以这么说，系列机的系统结构都是一致的，如我们使用的INTEL 的80X86微机系列及其兼容机，系统结构都是一致的，当然在发展过程中它的系统结构可以得到了新的扩充，比如原来的586机器不支持MMX多媒体扩展指令集，但是后来的芯片中扩充了这些指令，使指令系统集扩大，但它们仍是同一系列的机器。这种系列机的方法主要是为了软件兼容。如上面的扩展指令，将使得以后针对这些指令优化的软件不能在以前的机子上运行(或不能发挥相应功能)导致向前兼容性不佳。但重要的是保证做到向后兼容，也就是在按某个时期推到市场上的该档机上编制的软件能不加修改地在它之后投入市场的机器上运行。

在系列机上，软件的可称植性是通过各档机器使用相同的高级语言、汇编语言和机器语言，但使用不同的微程序来实现的。

统一标准的高级语言