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计算机系统结构复习要点 计算机系统结构是研究软件、硬件和固件的功能分配，确定软件和硬件的分界面，即哪些功能用硬件实现，哪些功能用软件实现。 计算机组成（Computer Organization）：也称计算机组织，是在明确计算机系统结构分配给硬件的功能与概念性结构之后，研究硬件系统各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器语言级指令的功能与特性。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部数据流和控制流的组成及其逻辑设计等。 计算机实现（Computer Implementation）:是计算机组成的物理实现。 目前，计算机实现所涉及的主要内容包括： （1）处理机、主存等部件的物理结构 （2）器件的集成度和速度 器件、模块、插件、底板的划分与连接 专用器件的设计、微组装技术 信号传输、电源、冷却及整机装配技术以及有关的制造工艺和技术等 系列机指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列不同型号的计算机。 系列机的概念就是指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法。并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。系列机必须保证用户看到的机器属性一致。 ·诺依曼计算机的主要特点如下： （1） 机器以运算器为中心。 （2） 采用存储程序原理。 （3） 存储器是按地址访问的、线性编址的空间。 （4） 控制流由指令流产生。 （5） 指令由操作码和地址码组成。 （6） 数据以二进制编码表示，采用二进制运算。 冯·诺依曼结构两个最重要特征： 指令驱动计算机内部的信息流动 Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类： 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) 四种定量分析技术的概念，及其相关计算：运用Amdahl定量的计算，CPI的计算 大概率事件优先原则 ：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。 Amdahl：优化某部件所获得的系统性能的改善程度，取决于该部件被使用的频率，或所占总执行时间的比例。 T0为改进前的系统的总执行时间； Fe表示可改进部分比例； Se表示改进部分的加速比。 【例1.2】8倍，该部件处理时间占整个系统运行时间的60%。试问该部件的处理速度提高后，整个系统的性能提高了多少？ 解：根据题意，Se =8，Fe =60%，则 CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC IC：所执行的指令条数 CPU时间 = IC ×CPI ×时钟周期时间 数据表示：能由机器硬件直接识别、可以被指令系统直接调用的数据类型。 通常是最常用，相对比较简单的、用硬件实现相对比较容易数据类型。 数据结构：面向系统软件、应用领域所需要处理的各种数据类型。 研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应的算法。 数据表示和数据结构都是数据类型的子集。 浮点数： sm：是尾数的符号位，占用一位； se：是阶码的符号位，占用一位； e：是阶码的值，占用q位； m：是尾数的值，占用p位。 指令格式优化设计标准： 节省程序的存储空间。 指令字格式具有规整性，对相似的操作做相同的规定。 指令格式的对称性。 指令的高效性。 指令格式：操作码+地址码 指令分类：零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令。 操作码的设计方法：固定操作码、Huffman编码，扩展编码 RISC计算机的特点： 大量使用通用寄存器。 精简指令书目并简化其结构。 优化的编译系统。 芯片大量使用硬布线逻辑。 为了保证指令可以不间断地传送给cpu，很多采用RISC技术的系统都设置有高速缓存。 存储器是计算机的核心部件，其性能关系到整个计算机系统性能的高低 存储器层次的三个性能： S ── 容量 TA ── 访问时间 C ── 每位价格 虚拟存储器的工作原理：把程序分割成若干较小的段或页，用映像表指明该程序的某段或页是否已装入主存。程序执行时，查映像表将程序虚地址变换成实际主存地址。 针对页式虚拟存储器判断页面的失效情况，并能够计算出虚-实地址的对应关系 页式虚拟存储器的性能分析 提高虚拟存储器性能关键在于主存的命中率H的提高。对于某道程序来说，影响主存命中率H的主要因素包括： a．程序在执行过程中的页地址流的分布情况； b．所采用的页面替换算法； c．页面的大小：当页大小增加到一定值时，命中率反而降低，这是因为页数减少了。 d．主存容量：当主存容量增加到一定时，主存容量对命中率H的提高影响不大了。 e：页面调度算法?? 调度方式： （1）分页方式：一次