计算机系统结构复习资料

第一章 概论

1.1计算机系统的层次结构

• 层次机构由高到低依次应为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级。
• 

各机器级的实现采用翻译技术或解释技术，或者是这两种技术的结合。

1.2计算机系统结构、计算机组成和计算机实现

1.2.1 计算机系统结构的定义和内涵

​ 计算机系统结构研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。

1.2.2 计算机组成与计算机实现的定义和内涵

​ 计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

1.2.3 计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响

​ 计算机系统结构、组成、实现三者互不相同，但又相互影响。相同结构的计算机，可以因速度不同而采用不同的组成；一种组成可有多种不同的实现方法；组成也会影响结构。

1.3计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理

1.3.1 软、硬件取舍的基本原则

​ 软、硬件取舍的基本原则：

• 应考虑在现有硬、器件条件下，系统要有高的性能价格比，主要从实现费用、速度和其他性能要求来综合考虑。
• 要考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使之尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。
• 不能仅从“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程序语言设计提供更多、更好的硬件支持放在首位。

1.3.2 计算机系统的定量设计原理

​ 在设计计算机系统时，一般应遵循如下的定量设计原理：

• 哈夫曼压缩原理

• Amadahl定律

• 程序访问的局部性定律

  程序访问的局部性定律包括了时间上和空间上的两个局部性。

1.3.3计算机系统设计的主要任务和方法

1. 计算机系统设计的主要任务包括：系统结构、组成和实现的设计。
2. 计算机系统的设计方法包括：由上往下设计、由下往上设计、从中间开始向两边设计。

1.4 软件、应用、器件的发展对系统结构的影响

1.4.1 软件发展对系统结构的影响

1. 软件的可移植性指的是软件不修改或只经少量修改就可由一台机器移到另一台机器上运行，同一软件可应用于不同的环境。

2. 实现软件移植的技术主要有如下几种：
   1. 统一高级语言
   2. 采用系列机
   3. 模拟和仿真

3. 这种用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法就称为仿真。

4. 模拟和仿真的选择：
   不同系列的软件移植一般是仿真和模拟并行。频繁使用的易于仿真的机器指令宜用仿真，以提高速度；很少使用的、难以仿真的指令及I/O操作宜用模拟。即使两种机器系统差别不大，往往也需要用模拟来完成机器间的映像。

1.5 系统结构中的并行性开发及计算机系统的分类

1.5.1 并行性的概念与开发

1. 同时性指两个或多个事件在同一时刻发生。并发性指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
2. 从计算机系统执行程序的角度看，并行性等级由低到高可分为四级，分别是：
   1. 指令内部并行；
   2. 指令之间并行；
   3. 任务或进程之间并行；
   4. 作业或程序之间并行；
3. 从计算机系统处理数据的角度看，并行性等级由低到高可分为四级，分别是：
   1. 位串字并；
   2. 位并字串；
   3. 位片串字并；
   4. 全并行；
4. 并行性开发的途径有时间重叠、资源重复和资源共享等。

1.5.2 计算机系统的分类

1. 弗林分类法包括以下四类：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）**四大类。
2. 美国的库克提出用指令流和执行流将计算机系统分为四类：单指令流单执行流（SISE）、单指令流多执行流（SIME）、多指令流单执行流（MISE）、多指令流多执行流（MIME）。
3. 冯氏分类法：字串位串、字串位并、字并位串、字并位并。