体系结构教程new

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1、第1章?计算机系统结构的基本概念本章中，有以下内容是要重点复习的：关于计算机系统结构的概念：计算机系统结构是把各个功能部件组成一个系统，这些部件可以是硬件、软件或者两者的混合体。计算机系统结构是机器语言程序员或编译程序设计者所看到的计算机属性，是硬件子系统的概念结构及功能特性。计算机系统层次结构概念冯.诺依曼计算机的特点计算机系统结构的Flynn分类法透明性概念一种本来存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性，在计算机系统中，低级机器级上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。软件移植的概念仿真

2、与模拟的概念Amdahl定律使经常性事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能。Amdahl定律就是一个公式：CPU性能评价：Te是程序执行时间，f是处理机时钟频率，IC是指令条数。以上公式中，注意到“时钟周期长度”和时钟频率f的关系，它们互为倒数。典型题例：1、设高速缓存Cache工作速度是主存的10倍，Cache被访问的命中率为90%，使用Cache后所获得的加速比是多少？解：2、一台25MHz的处理机执行具有100000条指令的测试程序，程序中各类指令比例为：整数运算40%、数据传送30%、浮点指令20%、其他指令1

3、0%，各类指令的时钟周期数分别为1、2、3、2，求该处理机有效CPI、MIPS、程序执行时间。解：CPI=1′′0.4+2′0.3+3′0.2+2′0.1=1.9Te=IC/(MIPS′106)=105/(13.16′106)=7.6mS3、具有40MHz的处理机，执行标准测试程序，各类指令情况如下：指令类别指令条数时钟周期数整数运算400001数据传送200001浮点运算100002其他指令100002求有效CPI、MIPS、程序执行时间。解： 第2章指令系统关于浮点数表示表数范围、表数精度、表数效率当浮点数字长确定后，

4、尾数基值rm为2或4具有最大表数范围，当采用隐藏位表数方法，尾数基值rm取2可使表数效率达最大值100%。CISC指令系统的主要特点RISC指令系统的特点RISC关键技术延时转移技术、指令取消技术、重叠寄存器窗口技术间址寻址方式和变址寻址方式的主要差别指令格式优化设计Huffman编码法、扩展编码法、平均码长计算。典型题例：如果有一台模型机，有8条指令，分别具有如下的出现频率：0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.08、0.05、0.02。（1）要求操作码具有最短平均码长，设计操作码编码，计算平均长度。（2）设计8

5、位字长指令3条，为寄存器-寄存器两地址指令；16位字长的寄存器-存储器变址寻址方式指令4条，变址范围-128到127。设计指令格式，给出各字段长度和指令格式。解：（1）利用Huffman编码法，编码过程如下：可得到最短平均码长操作码如下：出现频率操作码码长0.330020.270120.161020.0911030.08111040.051111050.02111115平均码长=(0.33+0.27+0.16)x2+0.09x3+0.08x4+(0.05+0.02)x5=2.4操作码：000110(2)8位字长的寄存器-寄

6、存器指令16位变址寻址寄存器-存储器指令：操作码：1100、1101、1110、1111第3章存储系统存储系统的概念存储系统是两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来的系统。高位交叉和低位交叉访问存储器的区别和优点Cache存储系统的主要目的虚拟存储系统及其主要作用存储系统的访问周期、访问效率，主要是以下几个公式：虚拟存储器系统中FIFO、LRU、LFU、OPT调度过程Cache的命中率及提高命中率的方法、Cache预取算法加速比计算Tm为主存访问周期，Tc为Cache访

7、问周期典型题例：1、假设一个存储系统中，T2=10T1，当该存储系统的效率为0.5，计算命中率H和加速比S。如果采用Cache可得到加速比4，那么要求命中率H是多少？解：要使加速比达到4，即若要求加速比达到4，要求H=0.883关于FIFO、LFU、LRU、OPT调度过程，请复习教材122-123页的例子有关内容。第4章输入输出系统输入输出系统的特点异步性、实时性、与设备无关性基本的输入输出方式程序控制输入输出方式、中断输入输出方式、直接存储器访问（DMA）方式DMA方式周期窃取方式、直接存取方式、数据块传送方式通道的概念

8、及通道种类有字节多路通道、选择通道、数组多路通道第五章标量处理机流水线的特点（阅读教材190-191页有关内容）简单线性流水线性能计算顺序执行方式重叠执行方式：当在流水线执行n个连续任务情况下对以上各式取n趋于无穷大时，可得到最大吞吐率、最大加速比、最大效率。实际吞吐率、加速比、效率计算，用基本公式：计