计算机体系结构复习要点：数据表示、寻址方式与Amdahl定律

"这是一份针对山东大学计算机体系结构课程的复习资料，包含了重要的概念、考点整理，主要涵盖了计算机系统结构的基础知识，如层次结构、系统分类、Amdahl定律、CPU性能评估以及程序访问的局部性规律。" 在计算机体系结构的学习中，首先需要理解的是计算机系统的层次结构。这一结构通常包括硬件、固件、操作系统、编程语言等不同层面，每个层级之间通过接口进行交互，使得软件开发者能够抽象地处理复杂硬件细节。计算机系统结构则关注于软硬件间的功能分配，它定义了机器语言和汇编语言程序员所见的计算机属性，这些属性确保程序能够在特定的硬件平台上正确运行。 第二，计算机系统结构的属性涉及多个方面。例如，数据表示定义了硬件能够识别和处理的数据类型和格式；寻址方式描述了最小可寻址单位、寻址种类以及地址如何计算；寄存器组织包括了寄存器的数量、字长和使用规则；指令系统涉及指令的操作类型、格式和控制机构；存储系统组织涵盖主存的编址方式、容量和最大可寻址空间；中断机构规定了中断的分类、处理和系统状态切换；I/O结构描述了设备的连接、操作方式和错误处理机制；此外，还包括信息保护机制和安全属性。 Flynn分类法是计算机系统的一种分类方法，根据指令流和数据流的组合将计算机分为四类：SISD（单指令流单数据流）、SIMD（单指令流多数据流）、MISD（多指令流单数据流）和MIMD（多指令流多数据流），这种分类有助于理解和分析不同类型的并行处理系统。 Amdahl定律是评估系统性能改进效果的关键工具。它指出系统加速比与性能可改进部分的比例和该部分加速比的乘积成正比。这意味着，为了获得显著的性能提升，必须均衡地改进系统的所有组件，而不能只依赖单一组件的优化。 CPU性能通常通过CPU执行时间来衡量，这个时间由总指令条数、平均每条指令的时钟周期数和时钟主频共同决定。CPI反映了指令执行的效率，而fc代表处理器的速度。了解这些指标有助于优化CPU设计和程序执行。 最后，程序访问的局部性规律是性能优化的重要依据。时间局部性表明程序倾向于重复访问最近使用的数据，空间局部性则指出相邻的数据项可能会一起被访问。基于这一规律，现代计算机系统常采用缓存技术来减少内存访问延迟，提高性能。 这份复习资料详尽地涵盖了计算机体系结构的核心概念，对于准备山东大学相关考试或者深入学习计算机体系结构的学生来说，是非常宝贵的参考资料。