计算机体系结构

第一章计算机系统结构基础及并行性的开发1.1计算机系统的层次结构了解计算机系统的多级层级结构，掌握解释和翻译的定义；1.2计算机系统结构、计算机组成和计算机实现掌握计算机系统结构、组成和实现的定义和内涵掌握透明性的概念；辨析某些属性是属于计算机系统结构、还是属于组成或实现。如设置乘法指令属于计算机系统结构、采用专用乘法器或加法器+移位器实现属于计算机组成、采用何种芯片实现，属于计算机实现。1.3计算机系统的软、硬件取舍和性能评测及定量设计原理掌握软件实现及硬件实现在性能、价格、实现难易程度上的区别软件实现：速度慢、编制复杂、价格低、灵活性高；硬件实现：速度快、灵活性低、成本高；了解计算机系统软硬件取舍三条基本原则高性价比：从实现费用、速度和其他性能要求综合考虑；考虑可能的实现技术，不能限制各种组成和实现技术的使用；不仅考虑发挥硬件技术的进展，也要考虑如何为编译及操作系统的实现以及高级语言的设计提供更多更好的硬件支持。掌握计算机系统定量设计原则哈夫曼压缩原理Amdahl定律程序访问局部性定律1.4软件、应用、器件的发展对系统结构的影响了解系列机软件向前、向后、向下、向上兼容的定义；掌握系列机对软件兼容的基本要求：保证向后兼容、尽量做到向上兼容1.5系统结构中的并行性开发及计算机系统的分类了解并行性三种开发途径的基本概念时间重叠、资源重复、资源共享了解多机系统耦合度的概念最低耦合、松散耦合、紧密耦合掌握计算机系统的分类：弗林分类法弗林分类法概念；SISD、SIMD、MISD、MIMD基本概念第二章数据表示、寻址方式与指令系统2.1数据表示与数据表示掌握数据表示的定义，以及与数据结构的关系掌握标志符数据表示和数据描述符表示的原理及方法了解引入数据表示的2条基本原则看系统的效率是否显著提高看引入数据表示之后，其通用性和利用率是否提高；熟练掌握浮点数选择不同的基值、阶值时，能表示的最大值、最小值、尾数个数、阶的个数，数的个数等；尾数不同基值的选择对精度、表示范围、精度损失等的影响。了解浮点尾数下溢处理的4中方法，熟练掌握查表舍入法中表的构成方法。2.2寻址方式了解寻址方式的三个面向：面向主存、面向寄存器、面向堆栈；了解程序在主存中定位技术：静态定位、动态定位（采用基址方法）概念和方法；了解物理主存中信息的存储分布：按主存整数边界存储；早期小型机、微型机并不一定按边界存储，而大型机等速度要求高的都按照边界存储。2.3指令系统的设计和优化熟练掌握指令操作码的优化的方法：哈弗曼编码、扩展码以及等长扩展码的方法、平均码长、信息冗余的计算方法等；简单了解指令字格式的优化中可用的各种方法；2.4指令系统的发展及改进掌握CISC和RISC的基本概念了解为什么目前采用CISC和RISC相结合的方法来设计指令系统。第三章存储、中断、总线与输入/输出系统3.1存储系统的基本要求和并行主存系统掌握存储系统的基本要求：大容量、高速度及低价格，以及频宽的计算方法；了解单体单字、单体多字、多体单字、多体多字的基本概念；理解为什么提高分体个数m的数值，其实际频宽并不随m值的增大而线性提高；了解向量处理机和标量处理机对分体个数m取值的选择；3.2中断系统理解中断为什么要分类，为什么要分级；熟练掌握中断响应次序与处理次序的区别，并可设计及实现不同的响应次序，画出程序的响应过程。3.3总线系统了解总线的三种分类方法；了解总线与非专用总线的优缺点；掌握总线三种控制方式：串行链接、定时查询和独立请求实现方法，以及各种方式所需要的控制线线数、优先级的确定方法、是否可以灵活更改优先级等；了解总线异步通信三种控制方式基本原理及优缺点：源控式、目控式、异步双向控制掌握数据宽度、数据通路宽度、通道流量的概念；3.2输入/输出系统了解通道处理机工作过程；掌握三种通道的概念：字节多路、选择和数组多路三种通道；熟练掌握三种通道的流量设计的方法；第四章存储体系4.1基本概念掌握存储体系的概念；掌握虚拟存储和Cache存储器对应用程序、操作系统的透明性问题；掌握存储体系的构成依据：信息的可预知性，程序具有局部性；掌握存储体系的性能参数：等效访问时间的计算方法。定性分析提高性能三个途径：提高命中率、减少相邻两级的访问速度差、减少相邻两级的容量差；4.2虚拟存储器了解段式管理、页式管理、段页式三种方式的原理及各自优缺点；掌握地址映像和地址变换的概念；虚拟存储器一般采用全相联映像，能根据给出的映像表以及虚地址计算主存的实地址；掌握页面失效、实页冲突的概念；熟练掌握在页式虚拟存储器中，通过给出分配给程序的实页数、程序页地址流，分别采用FIFO、LRU，模拟页面替换时的程序页面装入和替换过程，并求出命中率。掌握堆栈型替换算法的特点；熟练掌握LRU替换算法的堆栈模拟过程，计算不同实页数是各自的命中率；了解提高虚拟存储器等效访问速度的方法：快表和慢表，以及使用Hash散列方法的原理；掌握虚拟存储器中页面大小、分配给程序的页面数、页面大小与命中率的关系；（注意与Cache的不同）4.3高速缓冲存储器理解高速缓冲存储器的工作原理；熟练掌握高速缓冲存储器的三种地址映像和变换方法：全相联映像及其变换、直接映像及其变换、组相联及其变换，能根据给出的虚拟地址以及映像表计算实地址。掌握这三种方法的优缺点，如实页冲突的概率、硬件实现的成本、地址变换的速度等；掌握Cache存储器的LRU替换算法的硬件实现原理：比较对法，可以通过块数来计算比较对法所需要的比较对触发器、与门个数。了解写回和写直达法的概念；掌握当对cache访问速度不满意时，如何根据访问速度、cache速度以及命中率来定性分析改进方法；4.4三级存储体系了解三种三级存储体系（物理地址Cache、虚地址Cache、全Cache）的基本构成；4.5存储系统的保护了解对虚拟存储器主存区域保护的方法：页表保护和键式保护；了解环式保护的概念；第五章标量处理机5.1重叠方式掌握重叠原理以及一次重叠的概念；掌握“先写后读”相关的概念；掌握各种相关概念及相关处理方法：转移指令：延迟转移；指令相关：不允许修改指令、或设置执行指令，将指令相关转换成数相关；主存空间数相关：推后分析；通用寄存器组相关：推后分析和相关专用通路；掌握一次、二次相关的概念；5.2流水方式掌握流水的基本概念，以及与重叠的区别；掌握流水的分类方法：部件级/处理机级/系统级，单功能/多功能，静态/动态，线性/非线性；流水线主要性能：掌握吞吐率、加速比和效率的概念及计算方法；了解瓶颈子过程对流水效率的影响；以及解决瓶颈子过程的两种方法；熟练掌握流水线的吞吐率、加速比和效率计算方法；标量流水机的相关处理和控制机构掌握全局相关和局部相关的概念；掌握异步流动时，写写相关、先读后写相关的概念；了解全局相关处理的几种方法：猜测法、加快和提前形成条件码、采用延迟转移技术；了解流水机器的中断处理：精确断点法和非精确断点法；熟练掌握单功能非线性流水线的调度方法，可根据预约表计算延迟禁止表、冲突向量、状态转移表、选择合适的调度方法；