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自考计算机系统结构复习精讲资料计算机中所采用的数据类型，它们主要有两类：一类是基本数据类型，包括位、串、整数、实数、字符和布尔量等；另一类是结构数据类型，包括向量、数据、字符串、堆栈、队列、记录等。
因为计算机只能识别"0"和"1"这些二进制位，那么在计算机中如何在存储器中用"0"和"1"来表示上面的这些数据，就是我们要学的数据表示。
这一章内容不多，比较难理解的似乎是"向量"这种数据类型。
本章的内容主要应掌握浮点数的数据表示。
一、数据类型（识记）计算机中所使用的数据一般可分为三类：第一类是用户定义的数据，这类数据通常是由程序设计语言所确定的；第二类是系统数据，它是程序在执行时由计算机系统蕴含生成的；第三类是指令，即被执行的程序可看成是数据的复合。
上面讲的是"数据"，那么"数据类型"是什么呢？它不同于数据，数据类型除了指一组值的集合外，还定义了可作用于这个集合上的操作集，比如有一组整数值的集合，连同定义在这个集合上可进行的加减乘除等算术操作，这个整数的集合就成为了整数数据类型。
从系统结构的观点来看，数据类型可分为基本数据、结构数据、访问指针和抽象数据等类型。
我们这里讲的主要是基本数据和结构数据。
1、基本数据类型（识记）一般包括二进制位及其位串、整数及自然数、实数（浮点数）、字符和布尔数等。
2、结构数据类型（识记）结构数据类型是一组由相互有关的数据元素复合而成的数据类型，这些数据元素可以是基本数据类型中的元素，也可以是结构数据类型本身中的元素。
也就是说这些数据是有结构的，包括向量和数组、字符串、堆栈、队列、记录等，结构数据类型中的元素不一定都具有相同类型。
这里提到了向量，向量通常是指由标量的一组有序集合表示的量，它类似于一维数组，但又有所不同，因为标量通常只是一个整数或实数，而数组元素不一定只取实数。
1.6某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS（3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s1.7 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？解 由题可知： 可改进比例 = 40% = 0.4 部件加速比 = 10根据Amdahl 定律可知：()5625.1104.04.011=+-=系统加速比采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。
1.8 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为：部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10（1） 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？（2） 如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展：∑∑+-=iii n S F F S )1(1已知S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，S n ＝10，F 1＝0.3，F 2＝0.3，得：）（）（10/20/0.330/0.30.30.3-111033F F +++++=得F 3＝0.36，即部件3的可改进比例为36%。
（2）设系统改进前的执行时间为T ，则3个部件改进前的执行时间为：（0.3+0.3+0.2）T = 0.8T ，不可改进部分的执行时间为0.2T 。
02325计算机系统结构复习题参考答案1.评价储存系统的指标包括价格、命中率、等效访问时间。
2.计算机硬件和软件在逻辑功能上是等效大，在性能价格实现上是不同滴。
3.cache块大调度算法常有堆栽法和比较发。
4.计算机系统设计方法有由上而下、由下而上、由中间开始。
其中，软硬结合较好是由中间开始。
5.系列机大软件兼容可分为向上、向下、向前、向后兼容；其中之一向上兼容是软件大根本特性。
6.在通到方式i/o传输过程中，用户由管态指令来使用外设，进管后cpu要编制通道程序。
Cpu在执行完通道启动指令后，通道就能并行工作。
7. i/o控制方式分为：程序控制i/o、直接储存器访问dma和i/o处理机。
8.主存有1024页，分为s组，s=1024时成为全相联映像，s=1时则为直接映像。
9.解决cache与主存内容一致的算法是写回法和写直达法。
10.并行性的途径有资源共享、时间重叠和资源重叠。
二、1.冷启动时效率从cache为空开始到cache全满装满这一时期的失效率.2.动态再定位:在程序执行时，通过地址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的程序基点地址形成物理地址后进行访存的方法.3.Huffman压缩概念:将出现概率最大的事件用最少的位来表示，而概率最小的事件用较多位表示达到平均速度缩短.4.Mimd：它使用多个控制器来异步地控制多个处理器，从而实现空间上的并行性.5.Lru替换算法:即最近最少使用页面置换算法，是选择近期最少访问页作为被替换的页.6.仿真:用微程序直接解释另一种指令系统的方法.7.并行算法:并行计算中非常重要的问题。
并法研究应该确立一个“理论－设计－实现－应用”的系统方法，形成一个完善的“架构—算法—编程” 方法论，这样才能保证并行算法不断发展并变得更加实用8.中断：在运行一个程序的过程中，断续地以“插入”方式执行一些完成特定处理功能的程序段三、解答题简述开发并行性的三种途径（1）时间重叠是引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转使用来赢得速度（2）资源重复是引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高性能（3）资源共享是用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源，来提高其利用率，相应也就提高了系统的性能2.改进指令系统的方法有：1进一步增进原指令的功能以及设计更为复杂的新指令取代原先软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化，CISC它可以面向目标程序，面向高级语言，面向操作系统的优化；2减少指令的种数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行数的RISC。
一．填空题：12、计算机系统（广义说法）：由人员，数据，设施，程序，规程五部分构成。
1、推进计算机系统构造发展的主要动力是（把计算机系统当作是由多个机器级构成的层次构造）。
2、提升计算机系统并行性的主要的主要技术门路有（时间重叠）、（资源重复）、（资源共享）。
3、数据表示是指能由（机器硬件）直接辨别和引用的（数据种类）。
4、定义数据表示详细又有（带标记符数据表示）和（数据描绘符）两类。
5、I/O设施获得I/O总线后，所传递的数据总量，称为（数据宽度），数据通路宽度是数据总线的（线数）。
6、中断系统软件功能分派本质是中断（办理程序）软件和中断（响应）硬件的功能分派。
7、页面替代是发生于（虚构空间比主存空间大的多），同时又发生于（页面无效）的时候。
8、由四位经ROM查表舍入法下溢办理成三位结果，设计出的ROM表中应该有（16）个单元，此中地点为1101的单元储存内容为1111）。
9、程序接见局部性包含（时间上局部性）和（空间上局部性）两个方面，此中前者是指（在近来的将来要用到的信息很可能是此刻此刻正在使用的信息），后者是指（在近来的将来要用到的信息很可能与此刻正在使用的信息在程序空间上是相邻的或是邻近的）。
10、模拟是采纳（机器语言程序）解说履行方式，其运转速度比仿真方法（慢），仿真是采纳（微程序）解说，所过去常将使用频次较高的指令尽可能用（仿真）方法提升运转速度，而对使用频次低的指令则用（模拟）方法加以实现。
11、并行性主假如指解题中同时进行（运算）或（操作）的特征。
12、计算机系统构造中数据表示是指可由（机器硬件）直接辨识的数据种类，若要直接辨别某一种数据种类，一定有相应的（运算硬件）及相应的（逻辑运算硬件）。
13、地点的编址往常可采纳（按高位地点区分）、（按地位地点区分）和（按混淆区分）三种不一样方式。
14、指令系统依据设计风格可分为CISC）和（RISC），此中（RISC）更优。
15、评论储存器性能的基本要求是（：大容量）、（高速度）和（低价钱）。
第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看，并行级别有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有：相联处理机STARAN，MPP。
全并行的例子有：阵列处理机ILLIACIV。
从加工信息的角度看，并行级别有存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的，采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统，进而采用按内容访问方式，位片串字并或全并行方式，在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统，以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interl eaving )，资源重复(Resou rceReplication)，资源共享(ResourceSharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率，从而提高系统性能。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件，实现一条指令对一个数据的操作。
《计算机系统结构》复习资料一、名词解释1.计算机系统结构2.存储器带宽3.云计算4.缺页5.静态流水线6.多核CPU7.动态互连网络8.动态流水线二、选择题1,对计算机系统结构，下列(D)是透明的。
A.浮点数据表示B.指令系统C.访问方式保护D,阵列运算部件2.假设对A机器指令系统的每条指令的解释执行可直接由B机器的一段微程序解释执行，则A称为(D)。
A,仿真机B.宿主机C,虚拟机D.目标机3.对汇编语言程序员，下列(A)不是透明的。
A,中断字寄存器B,乘法器C,移位器D,指令缓冲器4.在采用基准测试程序来测试评价机器的性能时，下列方法按照评价准确性递增的顺序排列是(D)。
(1)、实际的应用程序方法(2)、核心程序方法(3)、玩具基准测试程序(小测试程序)(4)、综合基准测试程序A.(1)(2)(3)(4)B.(2)(3)(4)(1)C.(3)(4)(1)(2)D.(4)(3)(2)(1)5.设主存和辅存的平均访问时间分别为10-6秒和10-2秒，若要使虚拟存储器的主存-辅存层平均时间达到10-4,问至少应保证主存访问命中率为多少？CA)0,97B)0.98C)0,99D)16.SIMD是指(B)A,单指令流单数据流B,单指令流多数据流C.多指令流单数据流D,多指令流多数据流7,下列那种存储设备不需要编址？DA,通用寄存器B,主存储器C,输入输出设备D,堆栈8.按照计算机系统层次结构，算术运算、逻辑运算和移位等指令应属于(A)级机器语言。
A,传统机器语言机器B,操作系统机器C,汇编语言机器D,高级语言机器9,对输入输出系统的组织产生决定性影响的是哪些基本要求？D1)异步性2)同步性3)分时性4)实时性5）设备相关性6）设备无关性A.2,3,5B.1,4,6C.2,4,6D.1,3,510.下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的？DA.随机页面替换算法B.先进先出替换算法C.最久没有使用算法D.最优替换算法11.为了提高向量处理机的性能，会采用一些特殊的技术，下面那一项不是提高向量处理机性能而采用的技术？DA.链接技术B.向量递归技术C.Cache缓存技术D.稀疏矩阵的处理技术12.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为A t、2担和3At,顺序执行n条指令至少需要花费的时间为：CA.3n：tB.2nAtC.6n.：tD.n寸13.指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？CA.固定长度编码B.扩展编码法C.huffman编码法D.以上编码都不是14.在早期冯〃诺依曼计算机特征中，机器以（C）为中心。
考试题型一、单项选择题（本题共10小题，每小题2分，共20分）二、名词解释（本题共4小题，每小题3分，共12分）三、判断题（本题共13小题，每小题1分，共13分）四、简答（本题共5小题，每小题5分，共25分）五、应用题（本大题共3小题,每小题10分，共30分）第一章计算机系统结构概论一、系统结构(名词解释)：从计算机系统的层次结构定义，系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。
每级都有其自己的系统结构。
二、透明性(名词解释)：客观存在的事物或属性从某个角度看不到，简称透明。
不同机器级程序员所看到的计算机属性是不同的，它就是计算机系统不同层次的界面。
三、组成(名词解释)1.计算机组成的定义：计算机组成（又称计算机设计）是指计算机系统的逻辑实现。
包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
它着眼于机器内各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能以及各部件间的联系。
2.计算机组成的设计是按所希望达到的性能价格比，最佳、最合理的把各种设备和部件组成计算机，以实现所确定的计算机系统结构。
对传统机器程序员来说，计算机组成的设计内容一般是透明的。
3.计算机组成的任务是在计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后，研究各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。
(1)数据通路宽度：数据总线上一次并行传送的信息位数。
(2)专用部件的设置：是否设置乘除法、浮点运算、字符处理、地址运算等专用部件，设置的数量与机器要达到的速度、价格及专用部件的使用频度等有关。
(3)各种操作对部件的共享程度：分时共享使用程度高，虽限制了速度，但价格便宜。
设置部件多降低共享程度，因操作并行度提高，可提高速度，但价格也会提高。
(4)功能部件的并行度：是用顺序串行，还是用重叠、流水或分布式控制和处理。
(5)控制机构的组成方式：用硬联还是微程序控制，是单机处理还是多机或功能分布处理。
计算机系统结构：第一章基本概念填空题、选择题复习：1、从使用语言角度，系统按功能划分层次结构由低到高分别为：微程序机器M0、传统机器M1、操作系统机器M2、汇编语言机器M3、高级语言机器M4、应用语言机器M5.2、计算机系统的设计思路：“从中间开始”设计的“中间”是指层次结构中的软硬件交界面，目前多数在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
3、翻译与解释的区别与联系：区别：翻译是整个程序转换，解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句；联系：都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。
4、模拟与仿真的区别：模拟：用机器语言解释实现软件移植的方法，解释的语言存在主存中；仿真用微程序解释，存储在控制存储器中。
5、解决好软件的可移植性方法有统一高级语言、采用系列机、模拟与仿真。
6、系列机必须保证向后兼容，力争向上兼容。
7、非用户片也称通用片，其功能是由器件厂生产时定死的，器件的用户只能用，不能改；现场片，用户根据需要改变器件内部功能；用户片是专门按用户的要求生产高集成度VLSI器件，完全按用户的要求设计的用户片称为全用户片。
一般同一系列内各档机器可分别用通用片、现场片或用户片实现。
8、计算机应用可归纳为向上升级的4类：数据处理、信息处理、知识处理、智能处理。
9、并行性开发的途径有：时间重叠、资源重复和资源共享。
10、并行性是指：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，并行性包含同时性和并发性二重含义。
11、科学计算中的重大挑战性课题往往要求计算机系统能有1TFLOPS的计算能力、1TBYTE 的主存容量、1TBYTE/S的I/O带宽。
12、并行处理计算机的结构：流水线计算机——时间重叠，阵列处理机——资源重复，多处理机——资源共享。
13、多机系统分多处理机系统和多计算机系统，多处理机系统：多台处理机组成的单一系统，多计算机系统：多台独立的计算机组成的系统。
14、多机系统的耦合度可以分为最低耦合、松散耦合和紧密耦合。
计算机系统结构自考笔记一、计算机系统结构概述。
1. 计算机系统的层次结构。
- 从底层到高层：硬件、操作系统、系统软件、应用软件。
- 各层次的功能及相互关系。
例如，硬件为软件提供运行平台，软件控制硬件资源的使用等。
2. 计算机系统结构的定义。
- 经典定义：程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
- 包括指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机制等方面的属性。
3. 计算机系统结构的分类。
- 按指令流和数据流的多倍性分类。
- 单指令流单数据流（SISD）：传统的单处理器计算机。
- 单指令流多数据流（SIMD）：如阵列处理机，适合进行数据并行处理。
- 多指令流单数据流（MISD）：较少见的结构。
- 多指令流多数据流（MIMD）：多处理器系统，如对称多处理机（SMP）。
- 按存储程序原理分类。
- 冯·诺依曼结构：程序和数据存储在同一存储器中，按地址访问。
- 哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的地址空间。
二、数据表示与指令系统。
1. 数据表示。
- 数据类型。
- 数值型数据（整数、浮点数）：不同的表示格式，如定点数的原码、反码、补码表示；浮点数的IEEE 754标准表示。
- 非数值型数据（字符、字符串、逻辑数据等）。
- 数据的存储方式。
- 大端存储与小端存储：大端存储是高位字节存于低地址，小端存储是低位字节存于低地址。
2. 指令系统。
- 指令格式。
- 操作码：表示指令的操作类型，如加法、减法等操作。
- 地址码：指出操作数的地址或操作数本身。
有零地址、一地址、二地址、三地址等指令格式，每种格式的特点及适用场景。
- 指令类型。
- 数据传送指令：在寄存器、存储器等之间传送数据。
- 算术运算指令：加、减、乘、除等运算。
- 逻辑运算指令：与、或、非等逻辑操作。
- 控制转移指令：如无条件转移、条件转移、子程序调用与返回等，用于改变程序的执行顺序。
三、存储系统。
1. 存储器层次结构。
- 高速缓冲存储器（Cache） - 主存储器 - 辅助存储器的层次结构。
自考计算机系统结构知识点一、知识概述《自考计算机系统结构知识点》①基本定义：计算机系统结构就像是一个蓝图，规定了计算机系统各个部件之间的关系，包含硬件和软件整体的布局、功能模块的划分以及它们之间是怎么相互联系、相互作用的。
就好比建房子的设计图，哪建厨房，哪建卧室之类的，各个部件放在哪，怎么协同工作。
②重要程度：在计算机学科里相当于是地基一样的存在。
如果系统结构设计不好，硬件和软件就没办法高效地合作，计算机就不能很好地发挥性能。
从开发软件到硬件创新，都得根据这个基础来进行，否则就会乱套。
③前置知识：你得先掌握基本的数字电路知识，像“与”“或”“非”门这些逻辑电路是怎么工作的，因为计算机底层硬件构建离不了这个。
还有数据结构里一些基本的存储结构概念，像数组、链表等，这对理解存储部件等有帮助。
④应用价值：在设计计算机芯片的布局，还有大型数据中心的构建方面意义非凡。
比如说，设计合适的计算机系统结构可以让数据中心处理海量数据的效率嗷嗷提高，减少能源消耗。
二、知识体系①知识图谱：它在计算机学科中间处于中心枢纽地位。
从计算机底层硬件（像处理器、存储设备等）到高层的软件（操作系统、应用程序等）都得依据系统结构来规划布局。
②关联知识：跟操作系统里面的进程调度、内存管理相关知识联系紧密。
比如说进程在不同处理器核心之间的调度转移，就得符合系统结构规定的处理器间通信机制。
还有编译原理中的优化编译策略，也是基于计算机系统结构的，要让编译的代码能最大程度利用硬件性能。
③重难点分析：- 掌握难度：难度比较大。
因为它涉及到硬件和软件的结合，这就要求对硬件底层知识和软件运行原理有深刻理解，好比要同时擅长理科的物理电路知识和文科的逻辑思维。
- 关键点：理解系统结构中的分层概念，比如从硬件到固件到软件的层次架构，它们之间功能的过渡和交互关系是关键中的关键。
④考点分析：- 在考试中的重要性：非常重要，算是重点考查部分。
- 考查方式：会有概念的选择题，让你辨别正确的系统结构概念；还会有简答题，比如说让你描述某种特定系统结构下的硬件和软件交互过程；甚至可能有案例分析题，给你一个计算机运行场景，让你从系统结构角度分析问题。
第一章概论第一节计算机系统的多级层次结构机器：指能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体。
翻译技术：指先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后在低一级机器上实现的技术。
解释技术：指在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条指令或指令的功能，是通过对机器语言指令程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
固件：指一种具有软件功能的硬件。
虚拟机器：指以软件为主实现的机器。
第二节计算机系统结构、计算机组成和计算机实现系统结构：是对计算机系统中的各级界面的定义及其上下的功能分配。
透明：即如果客观存在的事物或属性从某个角度看不到，则称对它是透明的。
计算机系统结构：也称为计算机系统的体系结构（Computer Architecture），是系统结构中的一部分，它指的是层次结构中传统机器级的系统结构，是软件和硬件的交界面。
通用机计算机系统结构的属性包括：（书大纲）确定数据表示、确定寻址方式、设置寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、机器级的管态用户态定义、I/O系统、信息保护机构计算机组成（Computer Organization）：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。
计算机组成设计应包括：数据通路宽度、专用部件的设置、各种操作对部件的共享程度功能部件的并行度、控制机构的组成方式、缓冲和排队技术、预估预判技术、可靠性技术计算机实现：指的是计算机组成的物理实现。
包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分等。
计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响：1.相同系统结构，可以采用不同的组成；2.一种组成可以有多种不同的实现方法；3.采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异；4.组成也会影响结构，例如微程序影响机器指令。
第三节计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理软、硬取舍的基本原则：1.在现有硬、器件的条件下，系统要有高的性能价格比。
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次结构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
计算机系统结构复习提纲计算机体系结构的基本概念（1）1.1 引言1. 计算机性能的高速增长受益于：电路技术的发展 体系结构技术的发展2. 体系结构的重要性3. 基于微处理器的系统1.2 计算机体系结构的概念1.2.1 计算机系统中的层次概念1. 计算机系统＝软件＋硬件/固件2. 计算机语言由低级向高级发展高一级语言的语句相对于低级语言功能更强，更便于应用，但又都以低级语言为基础。
3. 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。
(1) 虚拟机：由软件实现的机器。
(2) 语言实现的两种基本技术◆ 翻译：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。
◆ 解释：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。
1.2.2 计算机体系结构1. 计算机体系结构的定义：程序员所看到的计算机的属性，即概念性,结构与功能特性。
2. 按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。
3. 透明性 在计算机技术中，对这种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看又好象不存在。
4. Amdahl提出的体系结构：传统机器级的体系结构 即一般所说的机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。
5. 对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指：(1) 数据表示 （硬件能直接辩认和处理的数据类型）(2) 寻址规则 （包括最小寻址单元、寻址方式及其表示）(3) 寄存器定义（包括各种寄存器的定义、数量和使用方式）(4) 指令集 （包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等）(5) 中断系统 （中断的类型和中断响应硬件的功能等）(6) 机器工作状态的定义和切换 （如管态和目态等）(7) 存储系统 （主存容量、程序员可用的最大存储容量等）(8) 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）(9) I/O结构 （包括I/O连接方式、处理机/存储器与I/O设备间数据传送的方式和格式以及I/O操作的状态等）经典计算机体系结构概念的实质：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1.2.3 计算机组成和计算机实现技术1. 计算机组成：计算机体系结构的逻辑实现。
第一章计算机系统结构的基础知识1、计算机体系结构：计算机体系结构是程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。
2、透明性:对本来是存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
在一个计算机系统中，低层机器的属性对高层机器的程序员往往是透明的，如传统机器级的概念性结构和功能特性,对高级语言程序员来说是透明的。
3、计算机系统结构、计算机组成、计算机实现之间的关系：计算机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面，即机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。
计算机组成：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等.它着眼于物理机器级内各事件的排序方式与控制方式、各部件的功能以及各部件之间的关系。
计算机的实现：指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等.它着眼于器件技术和微组装技术，其中器件技术在实现技术中起主导作用。
4、计算机系统的分类：1）Flynn（单/多指令流单/多数据流四种）2)冯氏分类法：最大并行速度.5、程序的局部性：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）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邻近）。
6、计算机系统设计原理：由上往下设计、由下往上设计、从中间开始设计。
从中间设计的优点：“中间"指层次结构中的软硬件的交界面，目前一般是在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
好处：采用这种方法时,首先要进行软硬件功能分配，确定好这个界面。
然后从这个界面开始,软件设计者往上设计操作系统、汇编、编译系统等，硬件设计者往下设计传统机器级、微程序机器级等。
软件和硬件并行设计可以缩短设计周期，设计过程中可以交流协调，是一种交互式的、很好的设计方法。
7、存储程序计算机（冯·诺依曼结构）:采用存储程序原理，将程序和数据存放在同一存储器中。
第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看，并行级别有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有：相联处理机STARAN，MPP。
全并行的例子有：阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看，并行级别有存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的，采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统，进而采用按内容访问方式，位片串字并或全并行方式，在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统，以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interleaving)，资源重复(Resource Replication)，资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率，从而提高系统性能。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件，实现一条指令对一个数据的操作。
例子有传统的单处理机 SIMD:一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
MIMD:多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业，实现指令、任务、作业并行的多机系统，是多个SISD的集合，也称多倍SISD系统(MSISD)。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
exercises:1.有一台经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级，每一级为了执行一条指令，需要下一级的N条指令来解释。
如果执行第1级的一条指令要Kns时间，那么执行第2、第3和第4级的一条指令各需要用多少时间？解答：执行第2、第3和第4级的一条指令各需要KNns、KN^2ns、KN^3ns的时间。
1.有一个计算机系统可按功能分成4级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段第1级的程序需要运行Ks，问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间？答：第2级上等效程序需运行：(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*Ks。
第4级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。
note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
而现在第i 级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。
所以，当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推2.硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。
但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。
3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。
（1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设4级构成。
其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
（2）相同的组成可有多种不同的实现。
如主存器件可用双极型的，也可用MOS型的；可用VLSI单片，也可用多片小规模集成电路组搭。
（3）计算机的系统结构不同，会使采用的组成技术不同，反之组成也会影响结构。
如为实现A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系统结构，也可采用面向主存的三地址寻址方式的系统结构。
要提高运行速度，可让相加与相乘并行，为此这两种结构在组成上都要求设置独立的加法器和乘法器。
但对面向寄存器的系统结构还要求寄存器能同时被访问，而对面向主存的三地址寻址方式的系统结构并无此要求，倒是要求能同时形成多个访存操作数地址和能同时访存。
又如微程序控制是组成影响结构的典型。
通过改变控制存储器中的微程序，就可改变系统的机器指令，改变结构。
如果没有组成技术的进步，结构的进展是不可能的。
综上所述，系统结构的设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更多更好的支持，同时要考虑可能采用和准备采用的组成技术。
应避免过多地或不合理地限制各种组成、实现技术的采用和发展，尽量做到既能方便地在低档机上用简单便宜的组成实现，又能在高档机上用复杂较贵的组成实现，这样，结构才有生命力；组成设计上面决定于结构，下面受限于实现技术。
然而，它可与实现折衷权衡。
例如，为达到速度要求，可用简单的组成但却是复杂的实现技术，也可用复杂的组成但却是一般速度的实现技术。
前者要求高性能的器件，后者可能造成组成设计复杂化和更多地采用专用芯片。
组成和实现的权衡取决于性能价格比等因素；结构、组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同的计算机系统会有差异。
软件的硬化和硬件的软件都反映了这一事实。
VLSI的发展更使结构组成和实现融为一体，难以分开。
4.什么是透明性概念？对计算机系统结构，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？存储器的模m交叉存取；浮点数据表示；I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式；数据总线宽度；字符行运算指令；阵列运算部件；通道是采用结合型还是独立型；PDP-11系列的单总线结构；访问方式保护；程序性中断；串行、重叠还是流水控制方式；堆栈指令；存储器最小编址单位；Cache存储器。
答：透明指的是客观存在的事物或属性从某个角度看不到。
透明的有：存储器的模m交叉存取；数据总线宽度；阵列运算部件；通道是采用结合型还是独立型；PDP-11系列的单总线结构串行、重叠还是流水控制方式；Cache存储器。
不透明的有：浮点数据表示；I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式；字符行运算指令；访问方式保护；程序性中断；；堆栈指令；存储器最小编址单位。
5.从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生器；条件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器。
答：透明的有：指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先进先出链、移位器、主存地址寄存器。
6.下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲寄存器。
答：对系统程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；Cache存储器；指令缓冲寄存器；对应用程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；Cache存储器；指令缓冲寄存器；虚拟存储器；程序状态字；“启动I/O”指令。
note:系列机各档不同的数据通路宽度、Cache存贮器、指令缓冲寄存器属于计算机组成，对系统和程序员和应用程序员都是透明的。
虚拟存贮器、程序状态字、“启动I/O”指令，对系统程序员是不透明的，而对应用程序员却是透明的。
“执行”指令则对系统程序员和应用程序员都是不透明的。
7.想在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列哪些设想是可以考虑的，哪些则不行的？为什么？新增加字符数据类型和若干条字符处理指令，以支持事务处理程序的编译。
（2）为增强中断处理功能，将中断分级由原来的4级增加到5级，并重新调整中断响应的优先次序。
（3）在CPU和主存之间增设Cache存储器，以克服因主存访问速率过低而造成的系统性能瓶颈。
（4）为解决计算误差较大，将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法，改为用ROM 存取下溢处理结果的查表舍入法。
（5）为增加寻址灵活性和减少平均指令字长，将原等长操作码指令改为有3类不同码长的扩展操作码；将源操作数寻址方式由操作码指明改成如VAX-11那种设寻址方式位字段指明。
（6）将CPU与主存间的数据通路宽度由16位扩展成32位，以加快主机内部信息的传送。
（7）为减少公用总路线的使用冲突，将单总线改为双总线。
（8）把原0号通用寄存器改作堆栈指示器。
答：可以考虑的有：1,3,4,6,7。
不可以考虑的有：2,5,8。
原则是看改进后能否保持软件的可移植性。
P.S.为了能使软件长期稳定，就要在相当长的时期里保证系统结构基本不变，因此在确定系列结构时要非常慎重。
其中最主要是确定好系列机的指令系统、数据表示及概念性结构。
既要考虑满足应用的各种需要和发展，又要考虑能方便地采用从低速到高速的各种组成的实现技术，即使用复杂、昂贵的组成实现时，也还能充分发挥该实现方法所带来的好处。
8.并行处理计算机除分布处理、MPP和机群系统外，有哪4种基本结构？列举它们各自要解决的主要问题。
答：除了分布处理，MPP和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机，阵列处理机，多处理机和数据流计算机四种不同的结构。
流水线计算机主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交划重叠地并行招待运算和处理，以实现时间上的并行。
它主要应解决：拥塞控制，冲突防止，流水线调度等问题。
阵列处理机主要通过资源重复实现空间上的并行。
它主要应解决：处理单元灵活、规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法等问题。
多处理机主要通过资源共享，让一组计算机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上的相互作用，达到时间和空间上的异步并行。
