华科专升本计算机系统结构_作业全.doc

计算机系统结构是计算机科学中的核心领域，主要研究计算机硬件与软件之间的交互以及它们如何共同实现计算。在华科专升本计算机系统结构的作业中，涉及了多个关键知识点。 计算机系统结构定义了程序员所观察到的计算机的逻辑结构和功能特性。它包括了从底层硬件到高层软件的各个层次，如微程序机器级、机器语言级、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机以及应用语言虚拟机。这些层次构建了一个抽象的阶梯，使得复杂的计算任务能被高效地执行。 Flynn分类法是计算机系统的一种经典分类方式，基于指令流（IS）和数据流（DS）的多倍性。它将计算机系统分为四类：SISD（单指令流单数据流）、SIMD（单指令多数据流）、MISD（多指令流单数据流）和MIMD（多指令流多数据流）。SIMD和MIMD在并行计算中尤其重要，因为它们允许同时处理多个数据单元，提高了计算效率。 Amdahl定律是评估系统性能提升潜力的重要法则。它指出，系统中某部分的加速比受到该部分在整体执行时间中占比的限制。加速比计算公式为系统改进后的性能除以改进前的性能，即总执行时间改进前除以改进后。例如，如果用向量方式求解比标量方式快20倍，要达到2的加速比，向量计算所占时间需达到总时间的53%。 在指令集结构设计中，关键原则是完整性、规整性、高效性和兼容性。RISC（精简指令集计算机）设计遵循的原则包括选取常用指令、保持指令简单、统一指令长度、减少存储器访问以及支持高级语言。Huffman编码法常用于优化指令编码，减少操作码的平均长度，降低信息冗余。 流水线技术是提高处理器性能的重要手段。当流水线中存在执行时间最长的瓶颈段时，最大吞吐率和实际吞吐率主要受其影响。解决瓶颈的方法包括细分瓶颈段和重复设置瓶颈段。流水线的时空图、吞吐率、加速比和效率是衡量其性能的关键指标。 Cray 1向量处理机的例子展示了浮点运算部件的工作时间和向量指令的并行执行可能性。计算指令组完成所需拍数时，需要考虑各个操作的时间和并行执行的可能性。 华科专升本计算机系统结构的作业涵盖了计算机系统的基础架构、性能优化、指令集设计和并行处理等多个方面，这些都是理解和设计现代计算机系统不可或缺的知识点。通过深入学习和理解这些概念，学生能够更好地掌握计算机系统的运作机制，为未来的学习和职业生涯打下坚实基础。