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计算机体系结构与透明性:从概念到实现
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更新于2024-09-10
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"计算机体系结构是关于传统机器程序员所观察到的计算机属性的研究,包括概念性的结构和功能特性。透明性在计算机技术中扮演着重要角色,它意味着某些属性虽然存在,但在特定视角下可以被‘忽略’。计算机组成涉及逻辑实现,如数据流和控制流的构造,以及物理设计。计算机实现则关注实际的物理构造,如处理器、内存等硬件组件的制作工艺和性能。系列机是同一制造商生产的具有相同体系结构但不同配置的计算机,而兼容机则是不同厂商制造但结构相同的计算机。两种主要的指令集架构是CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)。可移植性衡量软件在不同计算机上运行的能力,模拟和仿真则分别通过软件和微程序在现有计算机上复现其他计算机的指令系统。完整性是指指令系统的完备性,确保任何问题都能得到解决。操作码的信息源熵描述了指令编码的平均信息量。数据表示定义了硬件能直接处理的数据类型。流水线技术提高了处理效率,通过时间错开多个处理步骤实现并行。流水线的吞吐率衡量了单位时间内完成的任务数量。指令级并行(ILP)利用指令间的并行性提高执行效率,指令调度则通过优化指令序列来减少依赖关系。静态调度在编译时进行,动态调度则在运行时由硬件执行。循环展开通过复制循环体代码来减少循环迭代次数,提升通道流量,即数据传输速率,它是衡量通道性能的重要指标。" 以上内容详尽阐述了计算机体系结构的基础概念,包括其组成、实现、指令集架构、可移植性、模拟与仿真、完整性、数据表示、流水线技术、吞吐率、指令级并行、指令调度、循环展开以及通道性能。这些知识点是理解计算机硬件工作原理和优化计算性能的关键。
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计算机系统结构:是指传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结
构与功能特性。透明性:在计算机技术中,吧这种本来存在的事物或属性,
但从某角度看又好像不存在的概念称为透明性。计算机组成:指的是计算
机系统机构的逻辑实现。包含物理机器级中的数据流和控制流的组
成以及逻辑设计等。计算机实现:指的是计算机组成的物理实现。包
括处理机、主存等部件的物理结构,期间的集成度和速度,模块、
插件、底板的划分与连接,信号的传输,电源、冷却及整机装配
技术等。系列机:是指由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不
同组成和实现的一系列不同型号的计算机。兼容机:是指由不同公司厂家
生产的具有相同系统结构的计算机。复杂指令集计算机 CISC(Complex
Instruction Set Computer )精简指令集计算机 RISC (Reduced Instruction
Set Computer)可移植性:指一个软件可以不经修改或则只需少量修改就
可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行,差别只是执行时间的不同。
模拟是指用软件的方法在一台现有的计算机(称为宿主机 host)上实现另
一台计算机(称为虚拟机)的指令系统。仿真是指用一台现有计算机上的
微程序去解释实现另一台计算机的指令系统。完整性是指在一个有限可用
的存储空间内,对于任何可解烦人而难题,编制计算机程序时,指令系统
所提供的指令足够使用。
操作码的信息源熵:信息源所包含的平均最短信息量。数据表示是指计算
机硬件能够直接识别、指令系统可以直接调用的数据类型。流水线技术:
把多个处理过程在时间上错开,依次通过各功能段,这样,每个子过程就
可以与其他子过程并行进行。流水线的吞吐率:在单位时间内流水线所完
成的任务数量或输出结果的数量。指令级并行(ILP):是指指令之间存
在的一种并行性,利用它,计算机可以执行两条或两条以上的指令。指令
调度:通过改变指令在程序中的位置,将相关指令之间的距离加大到不小
于指令执行延迟,将相关指令转化为无关指令。静态调度是在编译期间进
行代码调度和优化的。动态调度:是在程序的执行过程中,依靠专门硬件
对代码进行调度。循环展开:把循环体的代码复制多次并按顺序排放,然
后相应调整循环的结束条件。通道流量(通道吞吐率,通道数据传输率)
是指一个通道在数据传送期间,单位时间内能够传送的数据量。通道最大
流量一个通道在满负荷工作状态下的流量。互连网络:是将集中式系统或
分布式系统中的结点连接起来构成的网络。带宽:通过网络的最大数据传
输率。网络时延:单位消息通过网络传送时最坏情况下的时间延迟。静态
互连网络:指各结点之间有固定的连接通路、且在运行中不能改变的网络,
动态互连网络:指由交换开关构成,可按运行程序的要求动态地改变连接
转台的网络。
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