计算机体系结构是计算机科学的核心领域,它涉及到计算机硬件和软件之间的接口设计。下面将详细解析提供的知识点:
1. 冯·诺依蔓计算机的特点:这种架构的基础是存储程序概念,指令和数据都存储在同一个内存中,由指令计数器决定执行顺序。指令串行执行,由控制器统一控制,数据以二进制形式表示,运算器为核心,结构简单易操作。
2. T(C) = <K*K', D*D', W*W'> 描述的三层结构:这是指控制器、算术逻辑部件和基本逻辑部件,构成计算机核心处理单元的三个层次。
3. 计算机系统结构分类:通常包括CISC(复杂指令集计算)和RISC(精简指令集计算)等,还有并行计算结构如SIMD(单指令多数据)和MIMD(多指令多数据)。
4. 数据表示:计算机系统中数据以二进制形式存储,包括数值、字符、浮点数等的编码方式,如ASCII、Unicode、IEEE 754等标准。
5. 指令系统设计原则:正交性、规整性、可扩充性和对称性,旨在提高编译效率和指令执行的灵活性。
6. 流水线操作中的相关:包括资源相关(资源冲突)、数据相关(写后读、读后写等)和控制相关(分支指令引起的流水线中断)。
7. 向量机运算方式:横向加工、垂直加工和纵横向加工,旨在优化向量运算,减少数据相关和转换开销。
8. 局部性规律:时间局部性和空间局部性,是缓存设计的基础,通过预加载最近使用的数据和相邻数据来提高性能。
9. 开发并行性策略:资源重复、时间重叠和资源共享,用于提高计算机系统的处理能力。
10. 自定义数据表示:带标识符的数据表示和数据描述符表示,前者便于数据类型管理和错误检测,后者适用于复杂数据结构。
11. RISC 机的指令系统集结构:简化指令集,优化了指令执行效率,通常指令长度固定,寻址方式有限。
12. 流水线工作阶段:建立(充入)、满载和排空,这三个阶段确保指令在流水线中顺畅流动。
13. 多功能部件并行操作的约束条件:避免向量寄存器冲突和功能部件冲突,保证并行指令的正确执行。
14. 存储系统分层:从寄存器、高速缓存、主存到外存,形成了金字塔形的存储层次结构,以平衡速度、容量和成本。
15. SIMD 并行措施:通过重复资源实现,允许同一指令在多个数据元素上并行执行。
16. 指令系统集结构:设计指令系统时要考虑其正交性、规整性等原则,以支持各种计算任务。
17. 顺序控制流改变的原因:主要是由于分支、循环、中断和异常等控制结构,它们改变了指令的线性执行顺序。
这些知识点涵盖了计算机体系结构中的基础理论和关键概念,是理解和设计计算机系统的基础。对于期末考试来说,理解并掌握这些内容至关重要。