计算机系统结构期末考试题目.pdf

计算机系统结构是计算机科学的核心领域，它关注计算机的高级特性，包括从程序员的角度来看计算机的结构和行为。在这个领域，我们需要理解几个关键概念。 计算机系统结构的定义是指程序设计者所见的计算机系统属性，包括其概念性的结构和功能特性。这意味着它关注的是系统如何对外呈现其操作，而不是其内部工作细节。 透明性是一种重要的概念，它描述了一种情况，即尽管某事物存在，但在特定情况下却不可见或不受影响。在计算机中，例如，虚拟内存就是一个透明的例子，因为它隐藏了物理内存的细节，让程序员可以使用超过实际物理内存大小的地址空间。 兼容性是系统设计中的关键考虑因素。向后兼容性意味着新系统能够运行旧版本软件而无需修改，确保了软件投资的延续性。Amdahl定律解释了系统性能改进的限制，指出系统中某部分的性能提升受到该部分在整个系统执行时间中占比的影响。 CPI（每条指令的平均时钟周期数）是衡量处理器效率的指标，MIPS（每秒百万条指令数）和MFLOPS（每秒百万次浮点操作数）则是衡量系统性能的速度单位。命中率在缓存系统中特别重要，它表示请求的数据在缓存中找到的概率。 Flynn分类法将计算机系统分为SISD、SIMD、MISD和MIMD四种类型，根据指令流和数据流的多倍性来划分。SISD和SIMD适用于特定类型的并行处理，而MISD和MIMD则更通用。 计算机系统设计的定量原理包括加快常见事件的速度、应用Amdahl定律、使用CPU性能公式以及利用局部性原理。CPI和加速比的计算则涉及到性能评估和改进。 指令系统是计算机硬件与软件交互的基础，数据表示和数据类型定义了计算机如何处理不同类型的信息。浮点数和定点数的区别在于浮点数的精度和表示范围更灵活，但处理速度可能较慢。浮点数表示通常包括符号位、阶码和尾数。指令系统的设计，如变址寻址和间址寻址，影响程序的编写、执行速度和内存使用。 CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）是两种不同的指令设计哲学。CISC通过增强指令功能简化软件，但可能导致硬件复杂。RISC则追求高效，减少指令数量和执行时间，但可能需要更复杂的编译器优化。 存储系统是由不同层次的存储设备组成，旨在提供合适的性能、容量和成本平衡。其性能指标包括访问时间、带宽、容量和成本。 总结这些知识点，我们看到计算机系统结构涵盖了从高级概念到具体实现的广泛内容，涉及计算机性能、指令设计、存储系统等多个层面。理解和掌握这些知识对于设计和优化计算机系统至关重要。