计算机体系结构56899

1、第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系 统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。第0级由皱件实现，第1级由微程丿芋（固件）实现，26级机器由软件实现。2、透明性现象：一种木来存在的冇差杲的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界血；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第 随不同机器而变化的，且三者z间的界限越來越模糊。5、系统结构分类按“流”分：sisd单指令流单数据流，simd单指令流多数据流，misd多指 令流

2、单数据流，mimd多指令流多数据流。flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数 据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件 上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最人可能个数）概念进行分类。缺点：对于标量及向量流 水计算机应属于哪-类系统，不是很明确。按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件 pcu的个数是k,算术逻辑部件alu/处理部件pe的个数是d,每个alu包含基木逻辑线路elc 的套数是w。t系统型号二（k, d, w） o按“并行度”分类：wsbs字串位串，wpbs字并位 串，wsbp字串位并，wpbp字并位并。6、amd

3、ahl定律：系统中某一部件山于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高取决于这 种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所 获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。加速比与两个因素冇关：一是计算机执行某个人物的 总时间屮可被改进部分的时间所占的17分比，fc=nf改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时 间，它总小于1;二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，se二改进前 改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于lo（1）改进后整个任务的执行时间：tn=t0（l-fc+fc/sc）, t（）是改进前整个任务的执行

4、时间。（2）改进后整个系统的加速比：sn=t（/tn=l/（l-fe+fe/se）o（l-fe）表示不可改进部分，当fc=0,既没有改进部分，sn为1,所以性能的提高幅度受改进部 分所占比例的限制。当se-oo,则sn=l/1-fe,因此，可获取性能改善极限受fe值的约束。7、*cpu性能公式：cpu时间二cpi*ic*时钟周期长度或/频率，cpi每条指令的平均时钟周期数， ic指令的条数。cpi=e （cpii*ii/ic） , ii/ic表示i指令在程序中所占的比例。8、访问的局部性原理：根据程序的最近惜况，可以较精确地预测岀最近的将来将要用到哪些指令 和数据。时间上的局部性（最近被访问过

5、的代码是不就将被访问的代码）和空间上的局部性（那些 地址上相邻近的代码可能会被一起访问）。存储器体系的构成就是以访问的局部性原理为棊础的。9、计算机系统设计的主要方法：由下往上，由上往下，由中间开始（硬件、软件设计同时进行， 中间一般取传统机器级与os机器级z间）。10、软件移植：采川统一的高级语言方法，系列机方法（力争向上兼容，保证向后兼容）,模拟与 仿真方法。第二章1、数据表示研究的是计算机换件能够直接识别，可以被指令系统直接调川的哪些数据类型。2、数据结构研究的是面向系统软件，面向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z间的关系。3、确定数据农示的原则：

6、缩短程序的运行时间减少，cpu与主存储器z间的通信量，这种数据衣 示的通用性和利用率。4、b定义数据表示：即山数据木身来表明数据类型。表示形式两种：带标识符的数据表示（标识 符与数据相连來衣示后面数据的类型）和数据描述符（描述符与数据分开來，主耍用來描述复杂和 多维结构的数据类型）。5、寻址方式：指令在执行过程中寻找操作数及数据存放单元的方法（通常需要操作数，运算结杲 要送到存储单元中保持。）6、寻址方式：立即数寻址方式，寄存器寻址，主存寻址，堆栈寻址。7、编址单位：字、字节、位编址等。逻辑地址：程序员编写程序是使用的地址（逻辑空间）。物理地址：程序在主存屮的实际地址。8、*指令格式优化主要任

7、务：使操作码和地址码之间有最住配合以尽量减少指令字中兀余信息以及 用最少信息位来表示所需要的操作信息和地址信息。9、*操作码优化的主要口的：缩短指令字长，减少程序总位数，增加指令字表示的信息。表示方法 有三种：固定长度操作码，huffman编码法，扩展编码法。huffman编码法的操作码的平均长度最 短。10、risc：是在20世纪80年代发展起來的，尽量简化指令功能，只保留那些指令功能简单，能在一个节拍 内执行完成的指令，较复杂的功能用一段子程序來实现的计算机系统。11、risc思想的箱华：减少指令平均执行周期数。这使得risc执行程序的速度比cisc要快。第三章1、输入/输出系统：计算机系

8、统屮最具多样性、复杂性的部分，最典型反映了硕件和软件的互和结 合。除了处理机和主存储器以外的部分。输入/输出系统主要功能：对指定的输入/输岀设备进行输 入、输出操作，同时也完成了对设备和相关软、硬件的管理和控制工作。2、输入/输出设备具有三特点： 异步性，体现了输入/输出系统相对于处理机的独立自主关系。（自治控制） 实时性，反映了按照不同设备响应时间的不同耍求來划分和实现输入/输出系统内部不同功能之间 的关系。（层次结构） 与设备无关性，贯彻了输入/输出系统标准化接口与非标准化外网设备z间的关系。（分类组织）3、输入/输出方式三种： 程序控制输入输出，分为程序查询方式（cpu的操作和外围设备的

9、操作能够同步，硕件结构比较 简单。only单片机使用），程序中断方式（适用于随机出现的服务，一旦提出要求，应立即运 行。与前者相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间较人）。 直接存储器访问dma方式：-种完全由破件执行i/o交换的工作方式。数据交换不经过cpu, 宜接在内存和外围设备z间进行，以髙速传送数据。优点：数据传送速度很高，传送速率仅受到内 存访问时间的限制。dma方式适川丁内存和高速外围设备之间人批数据交换的场合。 i/o处理机方式：通道方式，通道时一个特殊功能的处理器，实现对外囤设备的统一管理和外囤 设备与内存之间的数据传送；外围处理机方式ppuo*枠程序查询方式和程序中断方式适

10、用于数据传输率比较低的外围设备，dma方式、通道方式和 ppu方式适用于数据传输率比较高的设备。4、*中断：把cpu帮停执行现行主程序，转而处理随机事件，处理完毕有返冋继续执行主程序的 过程。屮断是外围设备用來“主动”通知cpu,准备送出输入数据或接收输出数据的一种方法。中断是硬、软件在执行过程中引起的。5、中断源：引起中断的各种事件。6、中断系统：设计者为解决中断而对计算机系统采取的换件和软件措施。7、中断请求：中断源向中断系统提出中断的申请。8、中断响应：允许该屮断请求屮断cpu现行程序的运行，转而去处理该请求的过程。9、优先级屮断分级时，主要考虑的因索有屮断源的紧迫性、设备的工作速度、数

11、据恢复的难易程 度和要求处理机提供的服务量等。10、中断优先级一般是由硬件的排队器实现的。处理机在执行某一个级别的中断源的中断服务程序 时，与它同级别或比它低级别的屮断源所提供的屮断请求是不能中断它的服务程序的，只冇级别比 它高的中断源的中断请求才能中断其服务程序。11、中断系统的功能：中断请求的保存和清除、中断源的识别、优先级的确定、中断断点及现场的 保存、对屮断请求的分析和处理以及中断断点的返回等。这些功能全部是由屮断系统提供的屮断响 应硬件和中断处理程序（硬软件）共同完成的。12、中断源的识别：向量中断当cpu响应屮断时，由硬件直接产牛一个固能的地址（向量地 址），山向量地址z处每个中断

12、源设备的中断服务程序入口。13、保存现场：为了在中断服务程序执行完毕以后正确地返冋到原来主程序被中断的断点而继续执 行主程序，必须把程序计数器pc的内容，以及当前指令执行结束后cpu的状态都保存到现场。14、*通道处理机：实现了将cpu从対外围设备的管理工作中脱离出来。15、*通道主要硬件：寄存器部分和控制部分。16、通道的功能：进一步提高了 cpu的效率，与cpu分时使用内存，实现了 cpu内部运i/o 设备平行工作。17、通道基木功能：执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输，按i/o指令耍求启动外围 设备，像cpu报告中断等。五项任务 接收cpu的i/o指令，按指令要求于指定的外囤设

13、备进行通信 从内存选取属于该通道程序的通道指令，经译码后向设备控制器和设备发送各种命令。 组织外围设备和内存z间进行数据传送，并根据需要提供数据换缓存的空间，以及提供数据存入 内存的地址和传送的数据量。 从外围设备得到设备的状态信息，形成并保存通道本身的状态信息，根据耍求将这些状态信息送 到内存的指定单元，供cpu使用 将外围设备的中断请求和通道本身的中断请求，按次序及时报告cpuo18、cpu：通过执行i/o指令以及处理来口通道的中断，实现对通道的管理。(数据传送结束中断 吗和故障中断)。19、通道通过使用通道指令控制设备控制器进行数据传送操作，并以通道状态字接收设备控制器反 映的外围设备的

14、状态。设备控制器的任务： 从通道接收通道指令，控制外围设备完成所要求的操作 向通道反映外围设备的状态 将各种外围设备的不同信号转换成通道能够识别的标准信号。20、通道种类：根据通道数据传说中信息传送方式的不同： 字节多路通道，简单共享通道，主要为多台低俗或中速的外围设备服务。实际流量：连接在这个 通道上的所有外围设备的数据传输率z和。t= (ts+td) xpxn 选择通道，只有一个以成组方式工作的子通道，只有一套完整的硬件，它逐个为物理上连接的儿 台高速外围设备服务。实际流量：最人的数据流量t二(ts/n+td) xpxn21、数组多路通道，以成组方式工作的高速多路通道。数据传输率和通道的利

15、用率都很高。实际流量：最大的数据流bt= (ts/k+td) xpxn数据块上k个字节数。ts设备选择时间，td传送一个字节所川的时间，p-个通道上连接的设备台数，n每一个设备 传送的字节数。22、通道流量：通道在数据传送期内，单位时间传送的字节数。它能达到的最大流量称为通道极限 流量。保证通道极限流量大于等于同时启动时对通道哟哀求的最人流量这一皋本耍求，否则会丢失 数据。第四章1、访问局部性规律：时间局部性和弓箭局部性。2、存储系统性能指标：存储容量s,单位容量的平均价格c,访问周期t。3、*高速缓冲存储器cache:位于cpu和主存z间的窩层存储了系统。提高存储器平均访问速度。4、地址映像

16、：在cache中，它是把主存空间地址映像到cache地址空间，具体地说及时把存放在 主存中的程序按照某种规则装入到cache中，并建立主存地址与cache地址z间的对应关系。5、全相联映像方式：指主存中的任意一块可以映像到cache中的任意一块的位置上。主存中的块 号b二目录表屮的块号b,表示要访问的数据已经装入到cache屮了，称为cache命屮。*块的冲突率最小，cache的利用率也最髙。6、宜接映像方式：主存中的一块智能映像到cache的一个特定块中。主存按cache的空间分成 区，每区内块数与cache块数相等，每区内的各块只能按位置一一对应到cache的相应位置上。 *块冲突率最高。7、组相联映像方式：在cache和主存的组z间是玄接映像，但组内各块见是全相联映像。*cache块冲突率比玄接映像低，比全相联映像高；cache空间利用率界于中间；cache命