自考-计算机系统结构--复习资料大全

1计算机系统的多级层次结构,,1：M0微程序（微指令）机器、2：M1传统（机器指令）机器、3：M2操作系统（作业控制）机器、4：M3汇编语言机器、5：M4高级语言机器、6：M5应用语言机器；1-2为实际机器，3-6为虚拟机器2,各个机器级的实现的依靠,,翻译和解释3,翻译,translation,是先用转换程序将高一级机器级上实现的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后再在低一级机器上实现的技术。4,解释,interpretation,在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。5,M0-M5各级的实现方式,,M0用硬件实现，M1用微程序（固件实现），M2到M5大多采用软件实现。6,虚拟机器的定义,,以软件为主实现的机器7,实际机器的定义,,以硬件或固件实现的实际机器8透明的定义,,客观存在的事物或属性从某个角度看不到，称之为透明9计算机系统结构的定义,,是系统结构的一部分，指的是传统机器级的系统结构，其界面之上包括操作系统、汇编语言、高级语言和应用语言级中所有的软件功能，界面之下包括所有硬件和固件的功能。它是软件和硬件/固件的交界面，是机器语言、汇编语言、程序设计者，或者编译程序设计者看到的机器物理系统的抽象。是研究软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言、汇编语言设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到或遵循的计算机属性。10计算机系统结构的属性（需了解一部分）,,1、数据表示；2、寻址方式；3、寄存器组织；4、指令系统；5、存储系统组织；6、中断机构；7、系统机器级的管态和用户态的定义与切换；8、I/O结构；9、信息保护方式和保护机构等等。11计算机系统结构不包含的内容,,不包含“机器级内部”的数据流和控制流的组成，逻辑设计和器件设计等。12计算机组成的定义,,指的是计算机系统结构的“逻辑实现”，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。主要围绕提高速度、提高操作的并行度、重叠度、功能的分散、设置专用功能部件等方面来设计。13计算机组成设计包含的内容（需了解一部分）,,1、数据通路宽度；2、专用部件的设置；3、各种操作系统对部件的共享程度；4、功能部件的并行度；5、控制机构的组成方式；6、缓冲和排队技术；7、预估、预判技术；8、可靠性技术等等14计算机实现的定义,,指的是计算机组成的物理实现。着眼于器件技术和微组装技术。15计算机系统结构、组成和实现的区别举例,,是否设置乘法指令属于系统结构，是用高速乘法器还是加法器和移位器实现数据组成，乘法器加法器的物理实现属于实现。16结构、组成、实现三者的相互影响,,三者互不相同，但相互影响。结构的变化可能会引起组成的变化，组成的变化也可能会引起结构的变化等等。需综合考虑价格、速度、性能、实现等因素。17计算机系统结构设计的作用,,主要是进行软、硬件功能分配。18计算机系统结构设计软硬件取舍的原则,,硬件高-》速度快、成本高、降低灵活性和适应性。软件高-》速度慢、成本低、灵活性高。原则1、在现有的硬件（主要是逻辑器件和存储器件）条件下，系统要有高的性能价格比。经常用的功能用硬件，产量大的计算机系统，增大硬件功能实现。原则2、准备采用和可能采用的组成技术要尽可能不要过多或不合理的限制各种组成、实现技术的采用。原则3、不能只从硬件角度考虑如何便于应用组成的实现，还要从软件的角度把如何编译和操作系统的实现以及为高级语言程序设计提供更好更多的硬件支持放在首位。19计算机系统的设计思路（多层结构）,,1、由上而下：满足应用开始，适合专用机设计，不适合通用机设计，2、由下而上：不管应用要求，从到手硬件开始设计；软、硬件脱节是以上两种设计的主要缺点。3、中间开始：从层次结构中软硬件交界面设计，目前主要是传统机器和操作系统机器级之间。20软件的可移植性的定义,,指的是软件不修改或经过少量修改就可由一台机器搬到另外一台机器上运行，同一软件可应用于不同的环境。21软件移植的基本技术,,1、统一高级语言，2、采用系列机（系列机上可实现软件兼容，中档机性能价格比较高），3、模拟与写真。22模拟的定义,,用机器语言（第二层级）程序解释实现软件移植的方法称为模拟（需要通过机器语言和微程序两重解释）。23模拟的宿主机和模拟机的定义,,进行模拟的机器称为宿主机，被模拟的机器称为虚拟机。24宿主机模拟/仿真目标机的范围,,1、机器语言；2、存储体系；3、I/O系统；4、控制台的操作；5、形成虚拟机的操作系统25模拟适用的情况,,适合于移植运行时间短，使用次数少，时间没有约束限制的软件。26仿真的定义,,用微程序（第一层级）直接解释另一种机器指令系统的方法叫仿真（只需要通过微程序一重解释）。27仿真的宿主机和仿真机的定义,,进行仿真的机器称为宿主机，被仿真的机器称为目标机。28模拟和仿真的区别,,区别在于解释的语言，仿真用微程序解释，解释程序存在于控制存储器中；模拟用机器语言解释，解释程序存在主存中。仿真更快，不灵活；模拟更适合两种机器结构差异大的情况，灵活但速度不快。29计算机的性能的衡量标准,,1、硬件：主频、CPU速度、字长、数据类型、主存容量、寻址范围、存储体系、I/O处理能力、I/O设备、指令系统等；2、软件：高级语言状况、操作系统功能、用户程序等；3、可靠性；4、可用性等多种指标的综合。30计算机应用的分类,,1、数据处理；2、信息处理；3、知识处理；4、智能处理。31计算机器件的发展,,电子管-晶体管-小规模集成电路-大规模继承电路-超大规模继承电路32非用户片的定义,功能片,功能由器件厂生产时定死了的器件。速度较慢，价格便宜。33现场片,,用户可根据需要改变器件内部功能。速度一般，价格一般。34用户片,,按用户要求生产的高集成度VLSI器件。速度较快，价格贵。35提高计算机系统性能的有效途径,,开发并行性，挖掘潜在的并行性，提高并行处理和操作的程度。36并行性的定义,,解题中具有同时进行运算或操作的特性，只要在同一时刻或同一时间间隔内，完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，在时间上重叠，都体现了并行性。37执行角度看的并行性由低到高的4个等级,,1、指令内部：指令内各个微操作之间的并行；2、指令之间；3、任务或进程之间；4、作业或程序之间。38数据处理的并行性由低到高的4个等级,,1、位串字串：同时处理一个字的一位，没有并行性；2、位并字串：同时处理一个字的全部位；3、位片串字并：同时对许多字的同一位（俗称片）进行处理；4、全并行：同时对许多字的全部或部分位进行处理。39信息加工的并行性由低到高的4个等级,,1、存储器操作并行：相联处理机；2、处理器操作步骤并行：流水线处理机；3、处理器操作并行：阵列处理机；4、指令、任务、作业并行：多处理机。40并行性开发的途径,,1、时间重叠（重叠流水）；2、资源重复（多个机器处理同一任务）；3、资源共享（多个用户轮流使用同一套资源）。413T目标的定义,,1TFlops计算能力，1Tbyte主存容量，1Tbyts/s的I/O带宽。42并行处理计算机按结构分类,,1、流水线计算机（主要通过时间重叠，多个部件在时间上交错重复预算和处理）；2、阵列处理机（通过资源重复，即同类型机器实现空间商的并行）；3、多处理机（资源共享；共享主存紧耦合、不共享主存松耦合）；4、数据流计算机（数据驱动）。43耦合的分类,,1、最低耦合：计算机之间无物理连接，通过磁盘、磁带等对主机输入输出；2、松散耦合：多台计算机通过a通道或b通信线路实现互连；3、紧密耦合：共享主存。44计算机系统的分类（指令流数据流分类法）（弗林分类法）,,1、单指令流单数据流：SISD（流水方式的单处理机）；2、SIMD（流水方式）；3、MISD（阵列）；4、MIMD（多处理机）。45弗林分类法的计算机分类举例,25页图,46计算机系统的分类（指令流和执行流分类）（库克分类法）,,1、单指令流单执行流：SISE（单处理机）；2、SIME（带多操作部件的处理机）；3、MISE（带指令级多道程序的处理机）；4、MIME（多处理机）。47计算机系统的分类（数据处理的并行度）（冯泽云分类法）,,1、字串位串：WSBS，每次只处理一个字的一位（位串行机）；2、字串位并：WSBP，每次处理一个字的n位（位并行机）；3、字并位串：WPBS，每次处理m个字的1位（阵列处理机）；4、字并位并：WPBP,每次处理m个字的n位（多处理机）。48数据表示的定义,,数据表示是指能由机器硬件直接识别和引用的数据类型；数据表示是数据结构的组成元素。49软件要处理的数据结构的种类,,串、队、栈、向量、队列、阵列、链表、树、图等。50数据表示的确定实质,,软、硬件的取舍。51标识符数据表示的定义,,机器中每个数据都带类型标志位，将数据类型与数据本身直接联系在一起的数据表示方式。52标识符数据表示的优点,,1、简化了指令系统和程序设计；2、简化了编译程序；3、便于实现一致性校验；4、能由硬件自动变换数据类型；5、为软件调试和应用软件开发提供了支持。53标识符数据表示的缺点,,1、增加所占主存空间；2、降低指令执行速度。54数据描述符的定义,,对于属性相同的元素，采用分开存放的描述符来表示访问的数据的地址及其他信息的符号。55数据描述符表示数据或描述符的方式,,前三位为000表示该字是数据，前三位为101表示该字为描述符。56标识符和数据描述符的区别,,标识符与每个数据相连，合存于同一存储单元，描述单个数据的类型特征；描述符与数据分开存放，用于描述所要访问的数据是单个还是整块的，访问该数据块或数据元素所要的地址及其他信息等。57向量数组数据表示的特点,,1、快速形成元素地址；2、便于实现各元素成块预取；3、节省存储空间，减少处理时间。58堆栈机的特点,,1、由高速寄存器组成的硬件堆栈，访问速度是寄存器的，容量是主存的；2、可直接对堆栈中的数据进行各种运算和处理；3、有力的支持高级语言程序的编译；4、有力支持子程序的嵌套和递归调用；5、使用较少地址码，或者相对寻址，存储效率高。59数据表示的原则,,1、看系统效率是否提高，即是否减少了实现时间和存储时间；2、看其通用性和利用率是否高。60浮点数尾数基数的取值特性,,尾数基数越大，浮点数范围越大，增加可表示数的个数，减少移位次数，提高运算速度。但会降低数据的表示精度，使数值分布变稀。61浮点数尾数的下溢处理方法分类,,1、截断法：实现简单，不增加硬件，误差大；2、舍入法：实现简单，不增加硬件，最大误差小，处理速度慢。3、恒置1法：实现简单，不增加硬件，最大误差大；4、查表舍入法：误差最小，速度最快，但需增加硬件。62寻址方式的定义,,指令按什么方式寻找（或访问）所需要的操作数或信息。63计算机寻址方式（对象）的分类,,1、面向主存；2、面向寄存器（速度快）；3、面向堆栈（减轻高级语言负担，地址节省好，支持嵌套、递归等）。64,指令逻辑地址形成真地址的方式分类,,1、立即；2、直接；3、间接；4、相对；5、变址。65,静态再定位定义,,在目的程序装入主存时，由程序装入软件方法把目的程序的逻辑地址变换为物理地址，程序执行时物理地址不再改变。66动态再定位定义（基址寻址）,,增加相应标志来指明地址码是否需要增加基址，在执行每条指令时才形成访存物理地址。67信息在存储器中按整数边界存储的定义,,为了确保任何时候需要的信息都只有一个存储周期访问到，信息在主存中存放的地址必须是该信息宽度的整数倍。68指令系统设计的原则,,1、优化机器的性能价格比；2、有利于指令系统的发展和改进；3、满足系统的基本功能。69指令的构成,,操作码和地址码70指令的优化的定义,,如何用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息。71哈夫曼压缩概念的基本思想,,当各种事件发生的概率不均等时，采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数（时间）来表示（处理），而对概率