计算机系统结构.pdf

"计算机系统结构.pdf" 计算机系统结构是计算机科学和技术的基础，它研究计算机系统的组成、结构、实现和软件支持等方面的知识。本文档主要讨论计算机系统结构的基本概念、设计思路、实现方法、性能优化等方面的知识点。 一、翻译和解释的区别和联系 翻译是整个程序转换，而解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句。它们都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。 二、计算机系统结构的多级机器构成 计算机系统结构可以被看作是多级机器的层次结构，可以调整软、硬件比例；可以用真正的实处理机代替虚拟机器；可以在一台宿主机上仿真另一台。 三、软件实现和硬件实现的优缺点 硬件优点：速度快，节省存储时间；缺点：成本高，利用率低，降低灵活性、适用性。软件优点：成本低，提高灵活性、适用性；缺点：速度慢，增加存储时间、软件设计费。 四、计算机系统结构的属性 计算机系统结构的属性主要包括数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、IO结构、保护方式和机构。 五、设计思路和存在的问题 由上往下设计思路：先考虑应用要求，再逐级往下考虑怎样实现。由下往上设计思路：根据已有器件，逐级往上。六七十年代通用机设计思路。以上方法存在的问题是软、硬件脱节。 六、中间开始的设计思路 中间开始的设计思路既考虑应用也考虑现有器件，由软硬件分界面向两端设计。优点：并行设计，缩短周期。 七、模拟和仿真的区别 模拟：机器语言解释，在主存中；仿真：微程序解释，在控制存储器中。 八、系列机方法 系列机方法：根据软硬件界面的系列结构，设计软件和不同档次的系列机器。适用场合：同一系列内软件兼容好处：呼应“中间开始”设计思路；缓解软件要求稳定环境和硬件发展迅速的矛盾。存在问题：软件兼容有时会阻碍系统结构的变革。 九、软件移植 软件移植的原因：软件的相对成本越来越高，应重新分配软、硬件功能。但：成熟软件不能放弃；已有软件修改困难；重新设计软件经济上不划算。 十、并行处理计算机 并行处理计算机可以分为流水线处理机、阵列处理机、多处理机和数据流计算机等。流水线处理机：多个部件时间上并行执行。拥塞控制，冲突防止，流水线调度。阵列处理机：空间上并行。处理单元灵活，规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法。多处理机：时间和空间上的异步并行。多CPU间互连，进程间的同步和通讯，多CPU间调度。 十一、模拟与仿真方法 模拟定义：用机器语言解释另一指令系统适用场合：运行时间短，使用次数少，时间上无限制。好处：可在不同系统间移植。存在问题：结构差异大时，运行速度下降，实时性差。策略：与仿真结合。 仿真定义：用微程序解释令一指令系统适用场合：结构差别不大的系统好处：运行速度快存在问题：结构差别大时，很难仿真。策略：与模拟结合，发展异种机连网。 十二、多计算机系统和多处理机系统的区别 多处理机系统：多台处理机组成的单机系统，多处理机中各处理机逻辑上受统一的OS控制，多处理机间以单一数据、向量、数组、文件交互作用。 多计算机系统：多台计算机组成的系统，多计算机的OS逻辑上独立，多计算机经通道或通信线路以数据流形式进行。 十三、耦合度特征 耦合度特征最低：无物理连接，如脱机系统。松散：通信线路互连，适于分布处理紧密：总线或数据开关互联，实现数据、任务、作业级并行。 十四、计算机系统结构、组成、实现的相互关系 结构相同， 可用不同的组成。如系列机中不同型号的机器结构相同，但高档机往往采用重叠流水等技术。组成相同，实现可不同。如主存可用双极型，也可用MOS型等。结构不同组成不同，组成的进步会促进结构的进步，如微程序控制。