计算机系统结构--重点-题解--自考复习资料.docx

计算机系统结构是计算机科学领域的重要组成部分，它涉及到计算机的组织形式、功能特性和实现方法。理解计算机系统结构的基本概念和原理对于计算机科学的学习和研究至关重要。以下是对计算机系统结构核心知识点的详细解析： 1. 计算机系统结构的基本概念 计算机系统结构按照计算机语言从低级到高级的次序，可以划分成多级层次结构。这些层次包括：微程序机器级、传统机器语言机器级、汇编语言机器级、高级语言机器级和应用语言机器级。每一层以一种不同的语言为特征，并对应不同的编程和执行环境。 2. 虚拟机与翻译、解释的概念 虚拟机是用软件实现的机器，能够模拟实际的硬件功能。翻译是指使用转换程序将一个层次上的程序转换为等效的低层次程序并执行。解释则是逐条将高一层的指令转换为等效的低层次指令，并直接执行这些指令。 3. 计算机系统结构与计算机组成 计算机系统结构指的是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。计算机组成则是计算机系统结构的逻辑实现，包括数据流、控制流的组成和逻辑设计等。计算机实现则涉及计算机组成的物理实现，包括处理器、主存等硬件部件的物理结构和装配技术。 4. 系统加速比和Amdahl定律 系统加速比是指对系统某部分进行改进后性能提高的倍数。Amdahl定律说明了系统性能改进的局限性，即整个系统性能的提高受限于改进部件的执行时间占总执行时间的百分比。 5. 程序的局部性原理 程序执行时访问的存储器地址不是随机分布的，而是呈现簇聚状态，这称为程序的局部性原理。局部性原理主要包括时间局部性和空间局部性。 6. CPI和测试程序套件 CPI即每条指令执行的平均时钟周期数，是衡量计算机性能的一个重要指标。测试程序套件是一组由不同真实应用程序构成的测试程序，用于测试计算机多方面的处理性能。 7. 存储程序计算机和系列机 存储程序计算机是指遵循冯·诺依曼结构的计算机，其核心是程序驱动，指令预先存储在计算机内存中。系列机指同一厂家生产的具有相同系统结构但组成和实现不同的计算机系列。 8. 软件兼容性 软件兼容性是指无需修改或只需少量修改就可将软件从一台计算机移植到另一台计算机上运行的能力。向上兼容和向下兼容分别指在更高级或更低级计算机上运行程序的能力。向后兼容和向前兼容指在新旧计算机上运行程序的能力。兼容机是指由不同厂家生产的具有相同系统结构的计算机。 9. 模拟与仿真 模拟是指用软件方法在宿主机上实现虚拟机的指令系统。仿真则用宿主机的微程序解释实现目标机的指令系统。 10. 并行性与计算机耦合度 并行性是指计算机系统在同一时刻或同一时间间隔内进行多种运算或操作。它包括同时性和并发性，强调时间上的重叠和资源的重复使用。耦合度反映了多机系统中各计算机之间物理连接的紧密程度和交互作用的能力。 11. Flynn分类法 Flynn分类法是按照指令流与数据流的多倍性进行分类，将计算机系统结构分为四种类型：单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数据流（SIMD）、多指令流单数据流（MISD）和多指令流多数据流（MIMD）。 12. 定量原理 计算机系统设计中常用的定量原理包括：以经常性事件为重点、Amdahl定律、CPU性能公式和以最慢环节为控制环节的原则。这些原理有助于指导计算机系统的设计和性能优化。 通过以上知识点的梳理，可以全面了解计算机系统结构的基本概念和原理，为计算机科学的学习和研究提供坚实的理论基础。重要的是，这些概念和原理对于实际应用中计算机系统的设计、优化和性能评估具有重要指导作用。