计算机系统结构复习资料汇总

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1、1计算机系统结构复习资料汇总第一章 计算机系统结构概述1. P1 传统机器语言机器 M1研究什么，看到了什么？微程序机器（M0）用硬件实现，传统机器语言机器 M1 用微程序（固件）实现。2. P2 系统结构是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。每级都有自己的系统结构。客观存在的事物或属性从某个角度看不到，简称透明。不同机器级程序员所看到的计算机属性是不同的，它就是计算机系统不同层次的界面。系统结构就是要研究对于某级，那些属性是透明的，那些属性不应透明。透明可以简化该级的设计，但因无法控制，也会带来不利影响。系统结构-计算机系统结构 -计算机组成3. P8 软、硬件取舍的基本原

2、则第一：考虑在现有硬、器件（主要是逻辑器件和存储器件）条件下，系统要有高的性能价格比；第二：考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理的限制各种组成、实现技术的采用第三：不仅能从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的进展，还应从“软”的角度把如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计提供更多更好的硬件支持放在首位。4. P14 软件的可移植性指的是软件不修改或者只经少量修改就可由一台计算机移植到另一台计算机运行，同一软件可以应用于不同的环境。有以下几个基本技术：统一高级语言 采用系列机 模拟和仿真5. P24 并行性开发的途径时间重叠 是在并

3、行性概念中引入时间因素，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。如流水线资源重复 是在并行性概念中引入空间音速，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。如双工系统等。资源共享 是用软件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，相应的也就提高了系统的性能。例如多道程序分时系统，可以共享 CPU，贮存以降低系统价格。6. P26 计算机系统的分类法和差异（ 1）弗林 提出按指令流和数据流的多倍型对计算机系统进行分类。指令流是及其执行的指令序列，数据流是指指令流调用的数据系列，包括输入数据和中间结果。多倍型是指计算机性能瓶颈

4、上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。因此分为 4类：SISD SIMD MISD MIMD此分类法可以反映出大多数计算机的并行工作方式和结构体点，使用范围广，但只能对控制流机器进行分类，像数据流计算机就无法用这种方法分类，而且对广泛使用的流水线处理机也不缺钱。有事难以反映系统工作原理上的特色（ 2）库克 提出用指令流和执行流机器多倍型描述计算机系统总控制器的结构特点。SISE SIME MISE MIME（ 3）美籍华人冯泽云 提出用数据处理的并行度定量的描述各种计算机系统的冯氏分类法 字串位串（WSBS） 字串位并（WSBP） 字并位串（WPBS） 字并位并2（WPBP ）（ 4）

5、汉德勒 提出了基于硬件结构所含可并行处理单元数和可流水处理的级数的分类法。第二章 数据表示、寻址方式和指令系统7. P32 自定义数据表示 自定义数据表示包括 标志符数据表示 和 数据描述符 两类8. P36 向量数组数据表示 9. P38 引入数据表示的原则一是看系统效率是否提高，即是否减少了实现时间和存储时间，实现时间是否减少又主要看主存和处理机之间传送信息量是否减少。二是看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否提高。目前除了基本数据表示外，根据应用环境，可引入较复杂的高级数据表示有自定义数据类型、堆栈数据表示和向量数组数据表示。10. P44 浮点数尾数下溢处理的四种方法特点、好处和缺

6、点（1） 截断法 即将尾数超过机器字长的部分截去 好处是实现最简单，不增加硬件，不需处理时间，但由于最大误差较大，平均误差大且无法调节，因而很少使用。（2） 舍入法 在机器运算的规定字长之外增设以为附加位，存放溢出部分的最高位，将附加位加 1 好处是实现简单，增加的硬件少，最大误差小，平均误差接近于 0，缺点是处理速度慢，进位要产生时间。（3） 恒置”1”法 将机器运算的规定字长之最地位恒置为“1” 。 好处是实现最简单，不需要增加硬件和处理时间，平均误差趋于 0，缺点是最大误差大，比截断法还要大（4） 查表舍入法 用 ROM 或 PLA 存放下溢处理表 好处是速度较快，平均误差可调节到 0，

7、缺点是硬件量大。11. P46 寻址方式的三种面向：多数计算机都将主存、寄存器、堆栈分类编制，分别有 面向主存、面向寄存器和面向堆栈 的寻址方式。12. P50 指令系统设计的基本原则：（1） 规整性，对相似的操作做相同的规定 （2）对称性，（3） 独立性和全能性 （4）正交性（5） 可组合性 （6）可扩充性此外：系统结构设计者还希望, 指令码密度适中，兼容性，适应性第三章 存储、中断、总线与 I/O 系统13. P76 每个主存周期可以访问到的平均字数为：mB)1(14. P85 总线的控制方式比较串行链接 所有部件都经过公共的“总线请求”线向总线控制器发出要求使用总线的申请。离控制器越近的

8、部件优先级越高。优点：选择算法简单，用于解决总线控制分配的控制线数少，只需 3 根，部件增减容易，可扩充性好，逻辑简单。缺点是对“总线可用”线及其有关电路的实效敏感，优先级是连线固定，不能有程序改变，总线分配速度慢，限制了部件的增减和移动。3定时查询 总线上的每个部件通过“总线请求”线发出请求。总线控制器收到请求后，计数器开始计数，定时查询各部件以确定是谁发出的请求。优点：计数器初值、部件号均可由程序置定，优先次序可用程序控制。缺点，控制线数较多, ,扩展性N2log差，控制较为复杂，分配速度取决于计数信号的频率和部件数，不能提高。独立请求 每个设备都有独立的总线请求和总线准许线，共享一根总线

9、已被分配线，优点：总线分配速度快，所有部件的总线请求同时送到总线控制器，不用查询，控制器可以使用程序控制下一个使用总线的部件，能方便的隔离实效部件的请求。缺点是控制线数量过大，为 2N+1 根，所以总线控制器复杂的多。15. P87 总线通信技术：同步通信：部件间的信息传送由定宽、定距的系统时标同步异步通信：分为单向控制和请求，回答双向控制两种16. P90 输入输出系统发展经历的 3 个阶段对应的 3 个方式程序控制 IO（包括全软的、程序查询的、中断驱动的） 、直接存储器访问（ DMA） 、IO处理机方式17. P95 通道流量的计算 通道流量是通道在数据传送期内，单位时间内传送的字节数

10、21 21 1maxmaxmaxaxj jjselctblockjbyte ffff第四章 存储体系18. P101 为了满足存储系统的大容量、高速度和低价格，需要将多种不同工艺的存储器组织在一起，构成一个逻辑上完整的体系。其中，主存和辅存主要用于辅助软、硬件设备，从整体上看，速度是主存的，容量是辅存的。从 CPU 看速度是 cache 的，容量是主存的。作为告诉缓冲存储器的 cache 对应用程序员和系统程序呀来说都是透明的。19. P103 存储体系性能参数 rHTHTeAA)1()1(21 使 趋于 1 有要在就选择高命中率算法、相邻二级容量差和速度差及增加软硬件的代e价等因素间综合权衡

11、，进行优化设计。20. P112 页面替换算法： 随机算法（RAND） 、先进先出算法（ FIFO） 、最近最少未使用（LRU）21. P126 地址的映像与变换：全相连映像和变换、直接相连映像与变换、组相连映像与变换第五章 流水和指令级高度并行的超级机22. P150 ？23. P160 标量流水线的主要性能计算流水线的最大吞吐率 ,max1432ax ttTp为瓶颈子过程所用的时间。消除瓶颈的一种方法是将瓶颈子过,max4321tt程再细分，将瓶颈子过程并联也可以解决问题，但比上一个方法要复杂的多，需要添加更多的设备。4实际吞吐率 ，由公式可知，实际吞吐率总是低于最大吞吐率，只1(0nmt

12、Tp有当 nm 时，才能使实际吞吐率解决最大吞吐率加速度比 ，即顺序完成和流水线完成的时间比nttp 1)1(00max 效率 jmiiiittn )1(-1空 区个 段 总 的 时 空 区个 任 务 实 际 占 用 的 时24. P169 全局性相关处理的四种方法：猜测法、加快和提前形成条件吗、采取延迟转移、加快短循环程序的处理第六章 阵列处理机25. P206 多级立方体网络（判断？）有 STRAN 网络和间接二进制 n 方体网络等第七章 多处理机26. P223 多处理机概念、特点和目的概念：多处理机是指两台以上的计算机，共享 I/O 子系统，机间经共享主或高速通信网络，在操作系统的控制

13、下，协同求解大而复杂的问题的计算机系统。目的：一是通过多台处理机机对多个作业、多个任务进行并行执行来提高大而复杂问题的速度，从而提高系统的整体性能。二是使用冗余的多个处理机，通过重新组织来提高系统的可靠性、适应性和可用性。特点：硬件上解决了处理机、存储器模块以及 I/O 子系统之间的灵活多变的互联。满足高宽带、低成本、机间通信模式的多样性、灵活性和不规则性，又避免争用共享的硬件资源，实现无冲突连接。27. P231 多端口存储器形式（？）28. P239 多处理机的并行性和性能：不同计算方法影响树高的例子（弄清楚如何降低树高）把 239 和 240 页的内容好好看看，比较简单，但不好总结，大家自己看29. P248 多处理机的操作系统：3 类（主从型、各自独立型、浮动型）第八章 数据流机和归约机30. P258 概念：数据流是基于异步性和函数型的一种计算模型。所谓异步性，是指一旦操作数到齐就开始操作，这是数据流计算机开拓并行性的基础。所谓函数性，是指每一数据流操作都是消耗一组输入值，产生一组输出而不发生副作用（Side Effect） ，从而保证任何两个并发操作可以按任意次序执行，而不会相互干扰。