计算机系统结构复习重点概览

"计算机系统结构 复习串讲 - 杭州电子科技大学计算机学院 高志刚" 本文将深入探讨计算机系统结构的基础知识，包括其定义、分类、设计原则以及一些核心概念。首先，计算机系统结构被定义为程序员所看到的计算机基本属性，即概念性结构和功能特性。这一定义强调了系统结构对外特性的呈现，这些特性是通过机器语言程序员或编译器的视角来理解的。 计算机系统结构的分类基于指令流和数据流的多倍性，由Flynn分类法分为四类： 1. 单指令流单数据流（SISD）：一个处理器执行一条指令并处理一个数据。 2. 单指令流多数据流（SIMD）：一个处理器执行一条指令，但同时处理多个数据，适合于执行并行计算任务，如图像处理和科学计算。 3. 多指令流单数据流（MISD）：较少见，多个处理器处理不同指令，但只处理一个数据流。 4. 多指令流多数据流（MIMD）：最复杂的结构，每个处理器可独立执行不同的指令和数据流，常见于现代多核和多处理器系统。 在计算机系统设计中，有若干重要原理指导着设计过程： 1. 加速常用部件：设计时应优先考虑加速那些在程序执行中频繁使用的部件，因为这会带来更大的性能提升。 2. 阿姆达尔定律：由Gene Amdahl提出的定律指出，对系统中某一部分的加速效果受限于该部分在整个系统执行时间中的占比。这意味着即使某部分显著加速，如果它仅占一小部分执行时间，整体性能提升也会有限。 3. 局部性原理：程序访问的局部性体现在时间和空间两方面，即程序倾向于在短时间内连续访问同一数据区域，以及在相近位置的数据会被频繁访问。这一原理指导了高速缓存的设计，通过预加载最近使用的数据，提高内存访问速度。 此外，复习串讲还将涵盖其他关键主题，如计算机的性能评估标准、数据类型和数据表示、指令系统设计、标量和向量流水处理技术、存储体系以及输入输出子系统。这些内容构成了计算机系统结构的基础，对于理解和优化计算机系统的性能至关重要。了解这些概念有助于设计更高效、更具前瞻性的计算平台。