计算机系统结构与RISC发展历程详解：期末复习重点

本资源是一份关于计算机组织与结构的期末复习资料，主要涵盖了高性能计算机系统结构、二进制与逻辑电路、指令系统结构以及静态和动态流水线等核心主题。首先，它从计算机系统结构的基础出发，讨论了计算机的基本概念，包括定义、基本组成以及衡量其性能的重要指标，如性能、成本和功耗。这部分还介绍了影响计算机设计的关键因素，如摩尔定律对工艺发展的影响，以及计算机市场的走势，特别是多核结构的发展趋势。 接着，深入探讨了二进制在计算机中的应用，涉及数的表示方法，如补码和原码，以及CMOS门电路的工作原理和工艺。逻辑电路设计的内容包括逻辑表达式、真值表、卡诺图和逻辑图的使用，以及译码器、选择器、ALU电路等基本逻辑单元的原理和功能。此外，还讲解了触发器的工作原理，重点介绍了CMOS电路的延迟特性，并提到了从高级语言如Verilog到实际设计工具GDSII的转换过程。 在指令系统结构部分，强调了设计原则，如兼容性、通用性、高效性和安全性，同时分析了各种因素如何影响指令系统，如工艺、操作系统和应用需求。讨论了不同类型指令系统的特征，例如堆栈型、累加器型和寄存器型指令，以及RISC（ Reduced Instruction Set Computer）指令系统的特点，如操作码、操作数和编码的简化设计。历史进程部分提到了RISC的发展历程，如从CDC6600到MIPS和RISC-2项目，以及不同RISC架构的比较。 流水线技术是关键章节，包括静态流水线的设计，如一个简单的RISC CPU架构，以及指令、数据通路、控制逻辑和时序优化在流水线中的应用。讲解了标准的五级流水线（IF、ID、EX、MEM、WB），以及流水线中的相关问题，如指令相关、数据相关和控制相关，以及如何通过技术手段如前递、异常处理和多功能部件来优化流水线效率。动态调度流水线则关注了影响效率的因素和流水线CPI（Clock Cycles Per Instruction）的计算。 这份复习资料为学生提供了一个全面了解计算机组织与结构的框架，尤其对于理解现代计算机设计的核心技术和策略具有重要价值。