计算机系统结构设计与实现

计算机系统结构 计算机系统结构是指计算机系统的组织和设计方式，它是计算机科学和技术的核心内容。计算机系统结构的实质是研究计算机系统的组成、实现和结构之间的关系，旨在设计和实现高效、可靠、灵活的计算机系统。 1. 计算机系统结构设计基础 计算机系统结构的含义是指计算机系统的组织和设计方式，包括硬件和软件之间的协调和互动。计算机系统结构的分类可以按照Flynn分类法进行，包括单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数据流（SIMD）、多指令流单数据流（MISD）和多指令流多数据流（MIMD）。 计算机系统设计准则包括定量原理和定性原理。定量原理是指根据实际情况进行设计和优化，例如Amdahl定律和加速比公式。定性原理是指根据设计经验和规则进行设计，例如程序局部性原理。 2. 计算机系统结构的发展 计算机系统结构的发展经历了软件危机、软件可移植性、系列机、兼容机等阶段。软件危机是指计算机软件的开发和维护成本越来越高，软件可移植性是指软件可以在不同的计算机系统上运行。系列机是指同一家公司生产的计算机系统，可以实现软件的移植。兼容机是指可以与其他计算机系统兼容的计算机系统。 3. 计算机性能及其评估标准 计算机性能是指计算机系统的执行效率和能力。计算机性能的评估标准包括用户CPU时间、平均CPI、吞吐率MIPS和MFLOPS等。用户CPU时间是指计算机系统执行某个任务所需的时间，平均CPI是指计算机系统执行某个任务的平均周期数，吞吐率MIPS是指计算机系统执行某个任务的每秒钟执行次数，MFLOPS是指计算机系统执行某个任务的每秒钟浮点运算次数。 4. 数据类型和数据表示 数据类型是指计算机系统中可以处理的数据形式，包括整数、浮点数、字符等。数据表示是指计算机系统中数据的表示方式，包括二进制表示、十进制表示、十六进制表示等。数据结构是指计算机系统中数据的组织方式，包括数组、链表、树形结构等。 5. 指令系统设计原理和风格 指令系统是指计算机系统中执行指令的方式，包括指令系统的设计原则和风格。指令系统的设计原则包括简洁性、orthogonality、regularity等。指令系统集结构的分类包括按CPU内操作数的存储部件分类和通用寄存器型指令集结构分类。操作数访问方式包括立即数寻址、寄存器寻址、内存寻址等。指令格式设计概念包括操作码的定长编码、哈夫曼编码及扩展哈夫曼编码方法。