成都理工大学计算机系统结构总复习提纲2016

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1、 系统结构总复习CH01一基本概念1. 计算机系统层次结构（0-6级）: p32. 系统结构的定义由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。计算机系统结构主要研究软件、硬件界面的确定，即哪些功能由硬件或软件完成。计算机组成：指的是计算机系统结构的逻辑实现计算机实现：指的是计算机组成的物理实现3. 透明性：一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。4. Flynn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5. 计算机系统设计者的主要任务：（1） 确定用户对计算机系统的功能、价

2、格和性能的要求（2） 软硬件的平衡（3） 设计出符合今后发展方向的系统结构6. 计算机系统设计的主要方法：由下往上设计、由上往下设计、有中间开始设计7. 存储程序原理的基本点是指令驱动，即程序由指令组成8. 系列机：指在一个厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。9. 模拟与仿真：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，若A实现B，那么称A为宿主机，B为虚拟机。仿真：用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法称为仿真。A为宿主机，B为目标机。二、计算题：1. Amdahl定律2. CPI 计算 3MIPS CH02一基本概念1. 目前常用

3、的编址单位有：字编址、字节编址、位编址。2 并行存储器的编址技术：地址码高位交叉编址、地址码低位交叉编址。3. 寻址方式：立即数寻址、寄存器寻址、主存寻址、堆栈寻址。定位方式：把指令和数据中的逻辑地址转换成主存储器的物理地址。5. 设计指令系统时，在功能发面的最基本要求是：指令系统的完整性、规整性、高效率和兼容性。6. 基本指令：数据传送指令、运算类指令、程序控制类指令、输入输出指令、处理机控制和调试指令。 7. CISC：复杂指令系统计算机。RISC：精简指令系统计算机。8. RISC特征：简单而统一格式的指令译码大部分指令可以单周期执行完成只有LOAD和STORE指令可以访问存储器简单的寻

4、址技术采用延迟转移技术采用LOAD延迟技术三地址指令格式较多的寄存器对称的指令格式9. RISC思想的精华：减少CPI。10. RISC的关键技术：延时转移技术、指令取消技术、重叠寄存器窗口技术、指令流调整技术，硬件为主固件为辅。二、计算题：操作码优化表示（Huffman 编码及扩展编码方法）： 书P91-95CH03一、基本概念1. 存储系统：两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个系统。速度接近速度最快的那个存储器，容量与容量最大的那个存储器相等或相近，单位容量的价格接近最便宜的那个存储器。2. 两种存储系统：一种是由Cache和

5、主存储器构成的Cache存储系统，为了提高存储器的速度。一种是由主存储器和磁盘存储器构成的虚拟存储系统，为了增加存储器的存储容量。3. 三条途径解决频带平衡问题：（1） 多个存储器并行工作（2） 设置各种缓冲存储器（3） 采用存储系统4. 高位交叉访问存储器：扩大存储器容量。5. 低位交叉访问存储器：提高存储器访问速度。6. 三种地址空间：虚拟地址空间、主存储器地址空间、辅存地址空间。地址映像：把虚拟地址空间映像到主存地址空间。地址变换：在程序运行时，把虚地址变换成主存实地址。三种虚拟存储器：段式虚拟存储器、页式虚拟存储器、段页式虚拟存储器。7. 段式虚拟存储器的主要优点：（1） 程序的模块化

6、性能好（2） 便于程序和数据的共享（3） 程序的动态链接和调度比较容易（4） 便于实现信息保护段式虚拟存储器的主要缺点：（1） 地址变换所花费的时间比较长（2） 主存储器的利用率往往比较低（3） 对辅存的管理比较困难8. 页式虚拟存储器的主要优点：（1） 主存储器的利用率比较高（2） 页表相对比较简单（3） 地址映像和变换的速度比较快（4） 对辅存的管理比较容易页式虚拟存储器的主要缺点：（1） 程序的模块性能不好（2） 页表很长9. 目录表基本思想：用一个容量比较小的告诉存储器来存放页表，从而加快页表的查表速度。10. 主要页面替换算法：随机算法、先进先出算法、近期最少使用算法、最久没有使用算

7、法最优替换算法。11. 全Cache系统：只用Cache和磁盘两个存储器构成的“Cache-磁盘”存储系统。二、计算题： 1. 系统命中率 2. 三种映射画图 3. 替换算法CH04一、基本概念1. 输入输出系统的特点：集中反映在异步性、实时性、和与设备无关性。针对实时性，采用层次结构的方法，针对与设备无关性，采用分类处理的方法。针对异步性，采用自治控制的方法。2. 3种基本的输入输出方式：程序控制输入输出方式、中断输入输出方式、直接存储器访问方式程序控制输入输出方式、中断输入输出方式、DMA方式。中断输入输出方式的特点是：（1） CPU能与外围设备并行工作（2） 能够处理例外事件（3） 灵活

8、性好（4） 一般用于连接低速外围设备使用DMA方式实际有如下三种：（1） 周期窃取方式（2） 直接存取方式（3） 数据块传送方式3. 中断的定义：当出现来自系统外部，机器内部，甚至处理机本身的任何例外的，或者虽然是事先安排的，但出现在现行程序的什么地方是事先不知道的事件时，CPU暂停执行现行程序，转去处理这些事件，等处理完成后再返回来继续执行原先的程序。4. 引起中断的各种事件称为中断源。5. 中断系统中软件与硬件的功能分配主要考虑如下两个因素：（1）中断响应时间（2）灵活性6. 影响中断响应时间的因素有四个：（1） 最长指令执行时间（2） 处理其他更紧急的任务所用时间（3） 从第一次关中断到

9、第一次开中断所经历的时间（4） 通过软件找到相关中断源的中断服务程序入口所经历的时间7. 中断源的识别方法：（1） 识别中断源的查询法（2） 软件排队链法、硬件排队链法（3） 中断向量法 (2)&(3)属串行排队链法（4） 独立请求法8. 中断屏蔽的两种方法：方法一：每级中断源设置一个中断屏蔽位。方法二：改变处理机优先级9. 设置中断屏蔽的三个用处：（1） 在中断优先级由硬件确定了的情况下，改变中断源的中断服务顺序（2） 决定设备是否采用中断方式工作（3） 在多处理机系统中，把外围设备的服务工作分配到不同的处理机中10. 通道种类：（1）字节多路通道（2）选择通道（3）数组多路通道通道的种类及

10、其工作方式字节多路通道 为多台低中速的外围设备服务，有多个子通道，每个子通道连接一个控制器选择通道 为高速外围设备服务，只有一个以成组方式工作的子通道 数组多路通道 字节多路通道和选择通道的结合。 每次为一台高速设备传送一个数据，并轮流为多台外围设备服务。从磁盘存储器读出文件的的过程分为三步：定位、找扇区、读出数据。数组多路通道的实际工作方式是：在为一台高速设备传送数据的同时，有多台高速设备可以在定位或者在找扇区。与选择通道相比，数组多路通道的数据传输率和通道的硬件利用都很高，控制硬件的复杂度也高。11. 保证字节多通路通道能不丢失数据的方法：（1） 增加通道的最大流量（2） 动态改变设备的优

11、先级（3） 增加一定数量的数据缓冲器12. 输入输出处理机：能够独立承担输入输出工作的专用处理机。13. 输入输出处理机除了能够完成通道处理机的全部功能之外，还具有如下功能：（1） 码制转换。（2） 数据校验和校正。（3） 故障处理。（4） 文件管理。（5） 诊断和显示系统状态。（6） 处理人机对话。（7） 连接网络或远程终端。12.输入输出机的种类：（1）根据是否共享主存储器分为：共享主存储器的输入输出机和不共享主存储器的输入输出机（2）根据运算部件和指令控制部件是否共享分为：合用一个运算部件和指令控制部件、独立运算部件和指令控制部件二、计算题：1. 字节多路通道实际工作流量 （p244）2

12、. 通道最大流量工作流量设计 CH05一、基本概念1. 标量处理机：只有标量数据表示和标量指令系统的处理机称为标量处理机。2. 设计处理机的基本任务是：缩短解释指令的时间，即提高处理机指令执行的速度。3. 提高指令执行的途径有如下三种：（1） 提高处理机的工作主频（2） 采用更好的算法和设计更好的功能部件（3） 多条指令并行，称为指令级并行技术4. 先行控制技术的关键是缓冲技术和预处理技术。5. 采用二次重叠执行方式必须解决的两个问题：（1） 有独立的去指令部件、指令分析部件、指令执行部件解决方法：把一个集中的指令控制器分解为存储控制器、指令控制器、运算控制器。（2） 解决访问主存储器的冲突问

13、题解决方法：采用先行控制技术。6. 处理机结构：（1） 三个独立的控制器：存储控制器、指令控制器、运算控制器。（2） 四个缓冲栈：（统称为先行控制器）先行指令缓冲栈：用于平滑主存储器与指令分析器先行读数缓冲栈：用于平滑运算器与主存储器先行操作缓冲栈：使指令分析器和运算器能够各自独立工作 后行写数栈：只要把写到主存的数据送到后行写数栈的数据寄存器中即可7. 相关：指一段程序的相近指令之间有某种关系，这种关系可能影响指令的重叠执行。 通常分为两类：数据相关（局部相关）、控制相关（全局相关）。8. 解决数据相关的方法有两种：推后分析法、设置专用路径。9. 数据相关有四种及解决方法：指令相关：不允许修

14、改指令。主存操作数相关：推后处理法。通用寄存器相关：方法一：把读操作数、写运算结果与指令执行合在一个节拍。方法二：建立相关专用通路。变址相关：由硬件自动插入空操作，直到LOAD操作完成。10. 控制相关包括：无条件转移、一般条件转移、复合条件转移、中断等。11. 对条件转移指令采用多种技术：延迟转移技术、指令取消技术。在先行控制方式的处理机中经常采用如下几种技术：（1） 软件“猜测”法（2） 硬件“猜测”法（3） 两个先行指令缓冲栈12. 减少条件转移对流水线的影响的方法：（1） 延迟转移技术和指令取消技术（2） 静态转移预测技术（3） 动态转移预测技术13. 从两个方面来开发处理机内部的并行性：空间并行性、时间并行性。空间并行性：即在一个处理机内部设置多个独立的操作部件，并让这些操作部件并行工作，这种处理机称为多操作部件处理机和超标量处理机。 时间并行性：就是采用超流水线技术。14. 流水线工作原