计算机系统结构是计算机科学中的核心领域,它涉及计算机硬件、软件和它们之间的相互作用。以下是一些关于专升本《计算机系统结构》课程中的关键知识点:
1. **I/O 系统**:I/O(输入/输出)系统是计算机与外部设备交互的桥梁。在多个通道组成的 I/O 系统中,I/O 的最大流量是各通道最大流量之和,而非实际流量的最大值或实际流量之和。
2. **计算机分类**:由同一厂家生产的、系统结构相同的计算机,但组成和实现不同的计算机被称为系列机。这种类型的计算机具有兼容性和可扩展性。
3. **并行处理机**:同构型多处理机通过资源重复来提高并行性,而异构型多处理机则利用资源共享来实现并行处理。
4. **流水线最大吞吐率**:线性流水线的最大吞吐率与最慢功能段的执行时间直接相关,因为流水线的性能受限于最慢的部分。
5. **静态网络结构**:结构不对称的静态网络如线性阵列,其中数据流的处理方式与对称结构不同,可能影响并行处理的效率。
6. **并行性等级**:从低到高,处理数据的并行性等级包括位串字串、位串字并、位并字串和全并行。这些等级代表了数据处理的不同层次和复杂度。
7. **并行处理机效率**:并行处理机上执行并行算法的效率与数据的分布、指令的并行、存储器的结构和互连网络有密切关系,特别是数据的分布对于并行计算的效率至关重要。
8. **超标量流水线**:在超标量流水线中,不采用的调度方法是乱序发射乱序完成,因为它可能导致指令执行的复杂性和不确定性增加。
9. **诺依曼结构**:最早的诺依曼结构计算机是以存储器为中心,这种设计使得程序和数据可以存储在同一地址空间中,便于按需执行。
10. **替换算法**:替换算法用于虚拟存储器,目的是在页面失效时选择主存中要替换的页,以实现内存的有效利用。
11. **通道方式**:在通道方式输入输出系统中,对于优先级高的高速设备,通常会连接选择通道,以提高数据传输速率。
12. **指令重叠解释**:指令的重叠解释方式能提高两条或两条以上指令的执行速度,通过并行处理指令的不同阶段。
13. **RISC 指令集**:RISC(精简指令集计算机)设计倾向于使用简单的指令,ADD、SUB 和 LDR 属于 RISC 指令集,而访问存储器的间接寻址指令 ADDR4,[1000]不是。
14. **虚拟存储器地址变换**:虚拟存储器的外部地址变换实现的是虚地址到辅存物理地址的转换,以便在需要时从主存调入数据。
15. **虚拟存储器访问时间**:为了达到理想的主存-辅存层平均访问时间,主存访问命中率需要保持在一定水平,例如0.98。
16. **扩展编码**:在扩展编码中,所有短码不能是长码的前缀,以避免解码歧义。
17. **Cray1 向量处理机**:Cray1 的向量指令设计能够并行处理,没有功能部件冲突和源向量冲突。
18. **线性流水线性能指标**:在5个功能段的线性流水线上完成4个任务,最差的性能指标可能是效率,即实际完成任务的时间与理想时间的比值。
19. **输入输出系统透明性**:输入输出系统的硬件功能对应用程序员通常是透明的,意味着程序员不需要知道底层的硬件细节即可编写程序。
20. **RISC 与 CISC**:RISC 执行程序速度快是因为它的指令平均执行周期数较少,简化了硬件设计,提高了执行效率。
这些知识点涵盖了计算机系统结构的多个方面,包括I/O管理、计算机分类、并行处理、流水线技术、虚拟存储器、指令集架构以及输入输出系统的设计原则。理解和掌握这些概念对于深入理解计算机系统的工作原理至关重要。