计算机系统结构张晨曦基本概念.pdf

第 1 章 计算机系统结构的基本概念 多级层次结构 从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成多级层次结构。 第6 级 L6 ：应用语言虚拟机 第5 级 L5 ：高级语言虚拟机 第4 级 L4 ：汇编语言虚拟机 第3 级 L3 ：操作系统虚拟机 第2 级 L2 ：机器语言(传统机器级) 第1 级 L1 ：微程序机器级 虚拟机器 由软件实现的机器。 解释 语言实现的一种基本技术。每当一条N+1 级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N 级 指令，然后再去取下一条N+1 级的指令，依此重复进行。 翻译 语言实现的一种基本技术。先把N+1 级程序全部变换成N 级程序后，再去执行新产生的N 级程序，在执行过程中N+1 级程序不再被访问。 计算机系统结构 程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 经典计算机系统结构概念的实质 计算机系统中软、硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件 的功能。 透明性 在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好象不存在的概念称为透明 性。 计算机组成 计算机系统的逻辑实现。 计算机实现 计算机系统的物理实现。 冯氏分类法 冯氏分类法是用系统的最大并行度对计算机进行分类。它是由冯泽云先生于1972 年提出的。 最大并行度 计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。可以用平面直角坐标系中的一个点 代表一个计算机系统，其横坐标表示字宽（n 位），纵坐标表示一次能同时处理的字数（m 字）。m ×n 就表示了其最大并行度。 Flynn 分类法 按照指令流和数据流的多倍性进行分类，它是M.J.Flynn 于 1966 年提出的。 指令流 机器执行的指令序列。 数据流 由指令流调用的数据序列。 多倍性 在系统受限的部件上，同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大数目。 以经常性事件为重点 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。 系统的加速比 对系统中的某些部件进行改进，改进后的系统性能与改进前的系统性能之比。 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。 可改进比例 在改进前的系统中，可改进部分的执行时间在总的执行时间中所占的比例。 部件加速比 可改进部分改进以后性能提高的倍数。它是改进前所需的执行时间与改进后执行时间的比。 程序的局部性原理 程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚；这种簇聚包括指令和数据两 部分。 程序的时间局部性 程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。 程序的空间局部性 程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者临近。 CPU 性能公式 程序执行的CPU 时间= CPI  IC / 时钟频率 IC 程序执行过程中所处理的指令数。 反映了计算机指令集的结构和编译技术。 CPI 指令时钟数。 CPI = 总时钟周期数 / IC 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。 响应时间 从事件开始到结束之间的时间，也称为执行时间。即计算机完成某一任务所花费的全部时间， 包括访问磁盘、访问存储器、输入/输出、操作系统开销等。 流量 在单位时间内所能完成的工作量。 CPU 时间 CPU 为用户程序工作的时间，不包含 I/O 等待时间及运行其他程序的时间。可细分为用户 CPU 时间及系统CPU 时间。 核心测试程序 由从真实程序中提取的较短但很关键的代码构成。 小测试程序 通常是指代码在几十行到 100 行的具有一些特定目的的测试程序。用户可以随时编写一些这 样的程序来测试系统的各种功能，并产生用户已预知的输出结果，如皇后问题、迷宫问题、 快速排序、求素数、计算π 等。 合成测试程序 首先对大量的应用程序中的操作进行统计，得到各种操作比例，再按这个比例构造测试程序。 Whetstone 与Dhrystone 是最流行的合成测试程序。 基准测试程序套件 为了