【正文】 b)動(dòng)態(tài)再定位 思想 :基于變址思想，提出了基址尋址法，增加相應(yīng)基址寄存器和地址加法器，執(zhí)行時(shí)邏輯地址加基址即可形成物理地址而訪問。 c)隱式地址，采用約定的編址方式，不必計(jì)算部件地址，加快訪問速度。 缺點(diǎn)： 增加過多硬件設(shè)備 1)不同機(jī)器的編址方式 a)把部件分類，各自從 “ 0”開始單獨(dú)編址，構(gòu)成多個(gè)一維線性地址空間。 分布：不均勻，平均誤差為零，可調(diào)節(jié)。 最大誤差：最大為 1。 最大誤差：整數(shù)二進(jìn)制為 1，分?jǐn)?shù)為 2m 正負(fù)：有正有負(fù)。 最大誤差：整數(shù)二進(jìn)制為 ，分?jǐn)?shù)為 2(m+1)。 最大誤差：整數(shù)接近 1，二進(jìn)制分?jǐn)?shù)接近 2m 正負(fù)：正數(shù)產(chǎn)生負(fù)誤差 分布：間隔相同，均勻分布。 ?計(jì)算公式： e= 21p(1rm 1)(1+ (2p1)/ log2 rm) 2)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的下溢處理方法 數(shù)據(jù)運(yùn)算過程中的相乘或右移，使超出運(yùn)算器和 存貯器字長的部分丟棄造成精度損失，為減少精度 損失，關(guān)鍵要處理好尾數(shù)下溢問題。 * e)運(yùn)算中的精度損失 是指運(yùn)算中尾數(shù)右移處機(jī)器字而使有效數(shù)字丟失造成的精度損失，區(qū)別于可表示數(shù)的精度。 b)可表示數(shù)的個(gè)數(shù) rm增大：個(gè)數(shù)增多 c)數(shù)在實(shí)軸上的分布 rm增大：數(shù)的分布越稀，用表示比 e衡量。 1)看效率是否提高，即時(shí)間和空間是否減少 a)主存與 CPU的通訊數(shù)據(jù)是否減少 b)是否節(jié)省了輔助性操作 2)看是否有利于通用性和利用率的提高 若只對(duì)某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的效率高，而其它很低，或引入后很少用到，必然導(dǎo)致性價(jià)比下降。 * 2)向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示 目的：為向量、數(shù)組的實(shí)現(xiàn)和快速運(yùn)算提供更好的硬件支持，引入了向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示，組成向量處理機(jī)。 兩者 區(qū)別： ? 標(biāo)志符：與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，合存一個(gè)單元，描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類型特征。 2)兩者關(guān)系 a)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過軟件映像將信息變換成數(shù)據(jù)表示來實(shí)現(xiàn)的，表示是結(jié)構(gòu)的元素。 a)單指令流單執(zhí)行流 SISE b)單指令流多執(zhí)行流 SIME c)多指令流單執(zhí)行流 MISE d)多指令流多執(zhí)行流 MIME 3)馮澤云分類法 根據(jù)數(shù)據(jù)處理并行度對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 a)字串位串 b)字串位并 c)字并位串 d)字并位并 第 2章 數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng) 1)基本概念 a)數(shù)據(jù)表示：能由機(jī)器硬件直接識(shí)別和的引用的數(shù)據(jù)類型 。 1)弗林分類法 根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性 (是指在系統(tǒng)性能瓶 頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可 能個(gè)數(shù) )狀況對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類 。 c)緊密耦合 —— 也叫直接耦合 ， 通過總線或高速開關(guān)互連 ， 共享主存 ， 信息傳輸速率高 ， 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集一級(jí) 、 任務(wù)級(jí) 、 作業(yè)級(jí)的并行 。 又分兩種形式：一種形式是多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通道和共享的外圍設(shè)備相聯(lián)；另一種形式是各臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通信線路連接成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 。 1)結(jié)構(gòu) a)流水線計(jì)算機(jī) b)陣列處理機(jī) c)多處理機(jī) d)數(shù)據(jù)流機(jī) 2)多級(jí)系統(tǒng)的耦合度 a)最低耦合 —— 只是通過某種介質(zhì) (如磁盤 )交換信息，各機(jī)之間沒有物理連接，無共享的聯(lián)機(jī)硬件資源。 例如 ， 多道程序分時(shí)系統(tǒng)就是利用共享 CPU、 主存資源 ， 以降低系統(tǒng)價(jià)格 ， 提高設(shè)備的利用率 。 b)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的速度性能得到很大提高 。 2)資源重復(fù) a)方法：引入空間因素 ， 通過重復(fù)設(shè)置硬件資源來提高可靠性或性能 。 * 1)從執(zhí)行角度分 a)指令內(nèi)部 b)指令之間 c)任務(wù)或進(jìn)程之間 d)作業(yè)或進(jìn)程之間 2)從數(shù)據(jù)處理角度 a)位串字串 b)位并字串 c)位片串字并 d)全并行 3)從信息加工角度 a)存貯器操作并行 b)處理器操作步驟并行 c)處理器操作并行 d)指令 、 任務(wù) 、 作業(yè)并行 1)時(shí)間重疊 a)方法：在并行性中引入時(shí)間因素 ， 讓多個(gè)處理過程在時(shí)間上錯(cuò)開 ， 輪流重復(fù)的使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分 ， 以加快硬件周轉(zhuǎn)而提高速度 。 3)同時(shí)性：兩個(gè)或多個(gè)事情在同一時(shí)刻發(fā)生 。 目的是為了能并行處理 ， 提高解題效率 。 2)優(yōu)點(diǎn)：可以大量節(jié)省重復(fù)工作量 ， 是軟件設(shè)計(jì)者可以集中精力更好的改進(jìn)或開發(fā)全新的軟件 。 3)中間法 方法：既考慮能拿到的硬件 、 器件 ， 又考慮可能所需的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 先進(jìn)行軟 、 硬功能的合理分配 并定義好這個(gè)界面 ， 然后從這一中間點(diǎn)分別往上 、 往下進(jìn)行軟 、 硬設(shè)計(jì) 。 b)優(yōu)點(diǎn)：適用于專用機(jī)的設(shè)計(jì) ， 對(duì)所面對(duì)的具體 應(yīng)用 ， 其效能是很好的 。 3)不能僅從 “ 硬 ” 的角度去考慮如何便于應(yīng)用組成技術(shù)的成果和發(fā)揮器件技術(shù)的進(jìn)展 ， 還應(yīng)從 “ 軟 ”的角度為編譯和操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ， 以至高級(jí)語言程序的設(shè)計(jì)提供更多 、 更好的硬件支持 。 1)在現(xiàn)有的硬件和器件 (主要是邏輯器件和存貯器件 )的條件下，系統(tǒng)要有高的性價(jià)比。 2)相同的計(jì)算機(jī)組成可以采用多種不同實(shí)現(xiàn)方法。 4)計(jì)算機(jī)組成 (Computer Organization) 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn) ， 包括機(jī)器級(jí)內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯實(shí)現(xiàn) 。 * 3)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (Computer Architecture) 是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一部分，指層次結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其界面之上的功能包括操作系統(tǒng)級(jí)、匯編語言級(jí)、高級(jí)語言級(jí)和應(yīng)用語言級(jí)中所有軟件的功能；界面之下的功能包括所有硬件和固件的功能。 2)透明性概念： 在計(jì)算機(jī)中 ， 客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€(gè)角度看不到 ， 稱這些事物或?qū)傩詫?duì)它是透明的 。不 能采 用背題和死記答案的辦法，否則，題目稍加變化， 又不知所措了。 (5)對(duì)于典型的應(yīng)用或計(jì)算、設(shè)計(jì)等問題，應(yīng)領(lǐng) 會(huì)其分析方法和解題思路及關(guān)鍵步驟。 (3)學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)依據(jù)教材及預(yù)習(xí)的情況，對(duì)其中 的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分多花時(shí)間消化領(lǐng)會(huì)，對(duì)所學(xué)習(xí) 的基本原理、方法等理論性、概念性較強(qiáng)的部分， 應(yīng)著眼于理解其精神實(shí)質(zhì)，進(jìn)行必要的歸納和小 結(jié)，理出有關(guān)要點(diǎn)和思路。 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題： (1)學(xué)習(xí)開始，了解清楚本課程的性質(zhì)、地位、 目的、重點(diǎn)內(nèi)容、基本要求以及本課程與其他相 關(guān)課程的聯(lián)系。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)前四章總復(fù)習(xí) 備注：原則上還是要以同步配套題解中的考試知識(shí)點(diǎn)為主進(jìn)行復(fù)習(xí)，標(biāo)注型號(hào)者為重點(diǎn)內(nèi)容。 要求：理解同步配套題解中的例題解析、認(rèn)真完成各章后面的同步綜合練習(xí)。 (2)在每一章學(xué)習(xí)之前，應(yīng)了解該章的學(xué)習(xí)目 的、基本要求，弄清其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)在什么地 方，以及對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)的能力層次要求。 (4)學(xué)習(xí)中，若遇到一時(shí)理解不深或搞不清的問 題，可將其暫時(shí)擱置，等學(xué)習(xí)完其他各章后，再 來重讀、領(lǐng)會(huì)和加深。 (6)學(xué)完每一章時(shí)，應(yīng)認(rèn)真完成我所布置的課后 作業(yè)，進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，提 高靈活運(yùn)用知識(shí)和分析、解題的能力。 第 1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn) 軟件取舍與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 軟件、應(yīng)用、器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性及系統(tǒng)的分類 級(jí)層次結(jié)構(gòu) 應(yīng)用語言機(jī)器 面向用戶 高級(jí)語言機(jī)器 面向用戶 匯編語言機(jī)器 面向用戶 操作系統(tǒng)機(jī)器 面向上層機(jī)器 傳統(tǒng)機(jī)器 面向上層機(jī)器 微指令機(jī)器 面向上層機(jī)器 根據(jù)性價(jià)比 ， 軟硬件邏輯是等同的 * 、組成與實(shí)現(xiàn) 、組成與實(shí)現(xiàn)的概念 1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (System Architecture)是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)器之間界面的劃分和定義 ， 以及對(duì)各級(jí)界面上 、 下的功能進(jìn)行分配 。 計(jì)算機(jī)重的 “ 透明 ” 與社會(huì)生活中的 “ 透明 ” ， 含義正好相反 。因此，這個(gè)界面實(shí)際是軟件與硬件或固件的分界面。 5)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) (Computer Implementation) 指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn) 、 組成與實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系 1)具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (如指令系統(tǒng)相同 )的計(jì)算機(jī)可以因速度等因素的要求不同而采用不同的組成 。 3)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)使組成技術(shù)產(chǎn)生差異 4)計(jì)算機(jī)組成也會(huì)影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，組成的設(shè)計(jì)，其上取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其下又受限于所可以用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 2)充分考慮準(zhǔn)備采用和可能要用的的組成技術(shù) ， 使它盡可能不要過多或不合理地限制各種組成 、 實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用 。 1)由上往下 a)方法：根據(jù)用戶的要求 ， 設(shè)計(jì)基本的命令 、 數(shù) 據(jù)類型與格式等 ， 然后再逐級(jí)往下設(shè)計(jì) ， 并考慮對(duì) 上一級(jí)進(jìn)行優(yōu)化來實(shí)現(xiàn) 。 c)缺點(diǎn)：不適用于通用機(jī)的設(shè)計(jì) 2)由下往上 方法：根據(jù)器件條件 ， 先把微程序機(jī)器級(jí)及傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)研制出來 ， 然后再配合不同的操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)軟件 ， 使應(yīng)用人員根據(jù)所提供的條件來采用合適的算法滿足相應(yīng)的應(yīng)用要求 。 、應(yīng)用、器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響 1)概念：指軟件可以不加修改或經(jīng)少量修改 ， 就可以由一臺(tái)機(jī)器搬到另一臺(tái)機(jī)器去運(yùn)行 ， 使得同一套軟件可以應(yīng)用于不同的硬件環(huán)境 。 1)統(tǒng)一高級(jí)語言 2)系列機(jī)思想 3)模擬與仿真 1)并行性 :解題中具有可以同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算或操作的特性 。 2)廣義并行性 :只要在同一時(shí)刻或是在同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作 ，在時(shí)間上能相互重疊 ， 都稱為并行性 。 4)并發(fā)性：兩個(gè)或多個(gè)事情在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生 。 b)優(yōu)點(diǎn)：不必增加額外硬件設(shè)備就可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性價(jià)比 。 如雙工系統(tǒng) 。 * 3)資源共享 a)方法：利用軟件的辦法讓多個(gè)用戶按一定時(shí)間順序輪流使用同一套資源 ， 以提高其利用率 ， 這樣可以提高整個(gè)系統(tǒng)的性能 。 b)優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省資源 ， 效率高 ， 介于上述兩種之間 。 b)松散耦合 —— 也叫間接耦合 ， 通過通道或通信線路互連 ， 只共享某些外圍設(shè)備 。 這兩種都是非對(duì)稱 ， 異步的 。 大多是對(duì)稱型多處理系統(tǒng) 。 a)單指令流單數(shù)據(jù)流 SISD b)單指令流多數(shù)據(jù)流 SIMD c)多指令流單數(shù)據(jù)流 MISD d)多指令流多數(shù)據(jù)流 MDMD 2)庫克分類法 根據(jù)指令流和執(zhí)行流 (Execution Stream)及其多倍 性對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 。 b)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系 。 b)不同的表示為結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持 c)結(jié)構(gòu)和表示是軟、硬件的交接面 1)自定義數(shù)據(jù)表示 a)帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示 b)數(shù)據(jù)描述符 目的：進(jìn)一步減少標(biāo)志符所占空間，對(duì)于向量、 數(shù)組、記錄等數(shù)據(jù)，每個(gè)元素具有相同屬性，為此提出了數(shù)據(jù)描述符。 ? 描述符：和數(shù)據(jù)分開，描述要訪問數(shù)據(jù)是單個(gè)還是整塊，及所需地址等信息。 3)堆棧數(shù)據(jù)表示 目的：通用機(jī)器對(duì)堆棧的實(shí)現(xiàn)支持很差，指令較少，功能單一，速度低，多用于保護(hù)子程序返回地址，少數(shù)用于參數(shù)傳遞。 1)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇 a)可表示的范圍 rm增大：最小值減小，最大值增大，從而范圍變大。 d)可表示數(shù)的精度 rm增大：數(shù)的分布越稀，則數(shù)的表示精度下降。 rm增大：尾數(shù)右移可能性降低，精度損失減小 f)運(yùn)算速度 rm增大：左移、右移次數(shù)減少，速度提高 g)表示比 e ?定義：在相同的 p、 m時(shí)，在 rm=2的可表示最大值內(nèi)，采用 rm2的可表示浮點(diǎn)數(shù)個(gè)數(shù)與 rm=2的可表示浮點(diǎn)數(shù)個(gè)數(shù)之比。 a)截?cái)喾? 方法 :將尾數(shù)超出機(jī)器字部分簡單截去。 * b)舍入法 方法 :在規(guī)定字長外增設(shè)一位附加位，