计算机系统结构复习要点1

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计算机系统结构复习要点

第一章 计算机系统结构的基本概念 1、 计算机系统的层次结构

第1级：微程序机器；第2级：机器语言；第3级：操作系统虚拟机；第4级：汇编语言虚拟机；第5级：高级语言虚拟机；第6级：应用语言虚拟机。

2、 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联系。

3、 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，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、 CPU性能公式 CPU时间=IC×CPI×时钟周期时间

其中，IC为所执行的指令条数；CPI为每条指令的平均时钟周期数 例1.3 考虑条件分支指令的两种不同设计方法：

（1）CPUA：通过比较指令设置条件码，然后测试条件码进行分支。 （2）CPUB：在分支指令中包括比较过程。

在这两种CPU中，条件分支指令都占用2个时钟周期，而所有其他指令占用1个时钟周期。对于CPUA，执行的指令中分支指令占20%；由于每条分支指令之前都需要有比较指令，因此比较指令也占20%。由于CPUA在分支时不需要比较，因此CPUB的时钟周期时间是CPUA的1.25倍。问：哪一个CPU更快？如果CPUB的时钟周期时间只是CPUA的1.1倍，哪一个CPU更快呢？

解 我们不考虑所有系统问题，所以可用CPU性能公式。占用2个时钟周期的分支指令占总指令的20%，剩下的指令占用1个时钟周期。所以 CPIA = 0.2 × 2 + 0.80 × 1 = 1.2

则CPUA性能为 总CPU时间A = ICA × 1.2 ×时钟周期A 根据假设，有 时钟周期B = 1.25 × 时钟周期A

在CPUB中没有独立的比较指令，所以CPUB的程序量为CPUA80%，分支指令的比例为

20%/80% = 25% 这些分支指令占用2个时钟周期，而剩下的75%的指令占用1个时钟周期，因此 CPIB = 0.25 × 2 + 0.75 × 1 = 1.25 因为CPUB不执行比较，故 ICB = 0.8 × ICA 因此CPUB性能为

总CPU时间B = ICB × CPIB × 时钟周期B

= 0.8 ×ICA × 1.25 ×（1.25 ×时钟周期A） = 1.25 ×ICA ×时钟周期A

在这些假设之下，尽管CPUB执行指令条数较少，CPUA因为有着更短的时钟周期，所以比CPUB快。 如果CPUB的时钟周期时间仅仅是CPUA的1.1倍，则 时钟周期B = 1.10 ×时钟周期A CPUB的性能为 总CPU时间B = ICB ×CPIB ×时钟周期B

= 0.8 ×ICA × 1.25 ×（1.10 ×时钟周期A） = 1.10 × ICA ×时钟周期A 因此CPUB由于执行更少指令条数，比CPUA运行更快。 5、 程序的局部性原理

程序的局部性原理是常用的程序属性。它是指程序执行时所访问的存储器地址分布不是随机的，而是相对的簇聚。

局部性包括时间局部性和空间局部性。时间局部性是指，程序即将用到的信息很可能就是目前正使用的信息；程序的空间局部性是指，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临近。 第二章 计算机指令集结构

1、 对指令集的基本要求：完整性、规整性、高效率和兼容性。 2、 CISC指令集存在的问题：

（1） 各种指令的使用频度相差悬殊，许多指令很少用到。 （2） 指令集庞大，指令条数多，许多指令的功能有很复杂。 （3） 许多指令由于操作繁杂，其CPI值比较大，执行速度慢。采用复杂指令可能使整个程序的执行时间增加。

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