体系结构上课提问问题总结

Posted 2021-05-09 Melånchólie_

我们将学长学姐总结的课堂提问进行了一些补充，来帮助大家复习体系结构的知识，这篇文章展示了全文的部分预览，文章中出现的神秘缩进和排版在word的正文里是正常显示的，具体内容已经完整保存为word形式放在下面的网盘分享链接中，希望可以帮助大家更好的复习，祝大家都能取得满意的考试成绩~

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计算机体系结构上课提问问题总结

第一章 计算机体系结构基础知识

1、 解释：
2、 翻译：通过编译器把高一级的语言程序转化成第一级的等效的语言程序并运行
3、 系统结构：
（1） 程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性
（2） 计算机系统由软件、固件和硬件组成。他们在功能上是等同的，同一种功能可以
用硬件实现也可以用软件或固件实现
（3） 指令系统、组成、硬件
4、 Amdahl 定律：系统中改进某一部件对整个系统性能的提高与这种部件的使用频率或占
总执行时间的比例有关

5、 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对的簇聚
的
（1） 时间上的局部性：最近访问过的代码也可能是不久将要被访问的代码
（2） 空间上的局部性：地址上相邻近的代码可能会被一起访问
6、 计算机系统设计的主要方法：
（1） 从上往下设计：
a. 应用场合：专用计算机的设计（早期计算机）
b. 特点：适用于所面向的应用领域
（2） 从下往上设计：
a. 应用场合：计算机的早期设计（60~70 年代）中广为使用
b. 特点：容易使软硬件脱节，降低整个计算机系统的效率
（3） 中间开始设计：
a. 应用场合：系列机的实际
b. 特点：软硬件的分界面上升，硬件价格下降，软件价格上升。软硬件人员结
合共同设计
c. 实质上是从体系结构开始设计，是目前计算机的主要设计方法
7、 MIPS：每秒百万指令条数（Millions of Instructions per Second）
MIPS =
指令条数
执行时间∗ 10􀬺
=
时钟频率
CPI ∗ 10􀬺 = 𝐼𝑃𝐶 ∗ 𝐹􀯭(𝑀)
程序执行时间T􀭣 =
指令条数
𝑀𝐼𝑃𝑆 ∗ 10􀬺
（1） 优点：直观、方便
（2） 缺点：
a. 指令集不同时不准确，依赖于指令集合
b. 指令使用频度差别很大，依赖于程序
c. 可能和性能相反，如用软硬件分别实现浮点运算
d.
8、 MFLOAPS：每秒百万次浮点操作
MFLOAPS =
程序中的浮点操作次数
执行时间∗ 10􀬺
a. 只能衡量机器浮点操作的性能，不能体现机器的整体性能
b. 基于操作而非指令，可以用来比较两种不同机器的浮点性能
c. 依赖于操作类型，如100%浮点加快于100%浮点除
d. 只能作为一个参考标准
9、 基准测试程序（目前多采用此方法）
a. 从实际程序中抽取少量关键程序段
b. 小型基准测试程序（10~100 行）
c. 综合基准测试程序，模拟实际应用的特征和行为而编写的程序
d. 最终给出性能评测报告
e. SPEC
10、 软件兼容性：（可移指性）同一软件可不经修改或很少修改即可由一台机器移植到
另一台机器运行
11、 系列机和兼容机的方法
a. 系列机：同一厂家生产的具有相同系统结构、不同组成和实现技术的一系列不同型
号的机器
b. 兼容机：不同厂家生产的具有相同系统结构、不同组成和实现技术的性价比不同的
机器
c. 优点：① 接口、插件相互兼容；② 便于实现机间通信；③ 便于维修培训；④ 利
于提高产量降低成本
d. 缺点：限制计算机体系结构的发展
e. 向上（下）兼容：按某档次机器编制的程序，不加修改或很少修改就能运行于比它
高（低）档次的机器
f. 向前（后）兼容：按某档次机器编制的程序，不加修改或很少修改就能运行于在它
之前（后）投入市场的机器
12、 模拟与仿真的方法
a. 模拟：用软件的方法在一台现有机器上实现另一台机器的指令系统
b. 仿真：用微程序直接解释另一台机器指令系统
c. 尽可能的使用仿真的方法，无法仿真的指令再用模拟的方法解决
13、 统一的高级语言的方法
a. 是理想的实现软件兼容的方法，可以无限制的在体系结构相同或不同的机器上进行
软件移植
b. 统一高级语言，语言必须标准化，短期内难以实现
14、 并行性：计算机系统在同一时刻或同一时间间隔内进行多种运算或操作。只要时间
上存在重叠，就存在并行性
a. 同时性：两个或两个以上事件在同一时刻发生
b. 并发性：两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生
15、 并行性等级（从程序执行角度）：
a. 指令内部并行：一条指令执行时各位操作之间的并行
b. 指令级并行：并行执行两条或多条指令
c. 任务级或过程级并行：并行执行两个以上过程或任务
d. 作业或程序级并行：并行执行两个以上作业或程序

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