计算机系统结构 期末复习（未完

基础知识

基本概念

计算机技术的飞速发展得益于

1. 计算机制造技术的发展（集成电路）
2. 计算机系统结构的创新：20c80s RISC（指令级并行）& 2004年 多处理器（线程级并行、数据级并行）

计算机系统的层次结构

层次	语言	备注
微程序机器	微指令系统	物理机 解释
传统机器语言机器	传统的机器指令系统	仿真emulation 物理机 解释
操作系统机器	传统机器级指令&操作系统级指令	虚拟机 解释
汇编语言机器	汇编语言	虚拟机 翻译
高级语言机器	C等	虚拟机 翻译
应用语言机器		面向具体应用问题的语言 虚拟机 翻译

语言的实现：翻译 translation /解释 interpretation，解释花时间多，但占空间少。
固件 firmware ：具有软件功能的硬件。

计算机系统结构的定义

经典定义：指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。
透明性 transparency
广义定义：指令系统结构、组成、硬件。
计算机组成 organization：逻辑实现，包括物理机器级的数据流和控制流的组成以及逻辑设计。
计算机实现 implementation：计算机组成的物理实现。
也就是说，确定有什么底层功能，属于计算机系统结构，而逻辑上如何实现，属于计算机组成，硬件上如何实现属于计算机实现。
系列机：同一厂家生产的系统结构相同但组成和实现不同的一系列不同型号的计算机。

计算机系统结构分类法

Flynn分类法

S:single M:multiplicity I: instruction stream D:data

• SISD 顺序处理计算机
• SIMD 阵列处理机
• MISD 没有这种机器
• MIMD 多处理机

冯氏分类法

最大并行度$P_m$为计算机在单位时间内能够处理的最大二进制位数。字宽n x 位片宽度m

• 字串位串
• 字串位并 单处理机
• 字并位串
• 字并位并

平均并行度$P_a=\frac{{\sum }_{i=1}^T{P}_i}{T}$
平均利用率$\mu =\frac{P_a}{P_m}$

Handler分类法

程序控制部件PCU的个数k
算术逻辑部件ALU或处理部件PE的个数d
基本逻辑线路ELC的套数w
t=(k,d,w)

计算机系统的设计

定量原理

1.以经常性时间为重点
2.Amdahl定律 (考）
$加速比=\frac{改进前的执行时间}{改进后的执行时间}$
改进后的执行时间$T_n=T_0(1?Fe+\frac{Fe}{Se})$
3.CPU性能公式
CPU时间=时钟周期数x时钟周期时间=指令条数xCPIx时钟周期时间
时钟周期数也可不用平均计算，而是加权和。