全局相关

• 流水线机器全局性相关的概念及处理全局性相关的四种方法
  全局性相关指的是已进入流水线的转移指令和其后续指令之间相关。处理全局性相关的四种方法有:使用猜测法;加快和提前形成条件码;采取延迟转移;加快短循环程序的处理。(2021)

处理方法

• 猜测法
• 延迟转移
• 加快和提前形成条件码
• 加快缩短循环程序的处理

网络

多级立方体网络交换开关的控制方式主要有级控制、单元控制和部分级控制。（2021）

互连网络

• 实现全排列网络的两种方法(2020）
  (1)在多级互连网络的输出端设置锁存器,数据在时间上顺序通行两次;
  (2)将一个多级互连网络和它的逆网络串接起来,合并掉中间完全重复的一级,得到总级数为2log2-1的多级网络。

操作方式

同步，异步，同步与异步组合

流水线

提高流水线的吞吐率，主要是消除瓶颈子过程，其主要的方法是将瓶颈子过程再细分或可以通过设置多套瓶颈段并联。（2022）

流水按处理的级别可分为部件级、处理机级和系统级(**)。

构成计算机系统的多个处理机之间的流水称为系统级流水,处理机的各部件之间的流水则称为处理机级流水。（2020）

任务在流水线中流动顺序的安排和控制有顺序流动方式和异步流动方式。

IBM360/91解决流水控制的途径:
（1）设置忙位判断是否相关，当寄存器正在使用时置该寄存器的忙位标志为“1”；当寄存器被释放，其忙位标志清为“0”，访问寄存器时先看忙位标志如果为“1”表示相关。
（2）设置多条流水线让它们并行工作;
（3）分布设置站号控制相关专用通路的连接；
（4）相关专用通路采用总线方式。

静态流水

描述

静态流水线：在某一时间内各段只能按一种功能链接的流水线
动态流水线:：各个功能段在同一时间内可按不同的运算或功能进行连接的多功能流水线(2021)

多功能流水线的概念和静动态流水线分类的依据:
多功能流水线的概念是指同一流水线的各个功能段之间可以有多种不同的连接方式，以实现多种不同的运算或功能；静动态流水线分类的依据是按多功能流水线的各段能否允许同时用于多种不同功能连接流水。(2022)

流水处理机

流水处理机“先写后读”相关的解决方法包括推后后续指令对相关单元的读和设置相关直接通路。

按多功能流水线的各功能段能否允许同时用于多个不同功能连接，可将流水线分为静态流水线和动态流水线。

流水线单位时间能流出的任务数或结果数称为吞吐率，流水线中设备的实际使用时间占整个运行时间的比值称为效率。

数据驱动

数据驱动计算的操作是按输入数据可用性决定的次序进行，需求驱动计算的操作则按数据需求所决定的次序进行。

数据驱动的数据流方式中,数据令牌是一种表示某一操作数或参数已准备就绪的标志。

控制流，数据流

根据对数据令牌处理的方式不同,数据流计算机可以划分为静态和动态两种类型。（2021）

传统的 Von Neumann型计算机使用的工作方式是控制流方式（2020）

控制驱动的控制流和数据驱动的数据流特点

• 控制驱动：通过访问共享存储单元让数据在指令件传递，指令执行的顺序受程序计数器控制
• 数据驱动：没有共享变量；指令执行顺序受指令中数据相关性的制约；数据以数据令牌方式直接在指令之间传递（2022）

在流水线中，无论是发生数相关，还是指令相关，或者会使解释出错，或者会使重叠效率显著下降，必须加以正确处理。

数据流计算机存在的问题（**）
（1）如果题目本身数据相关性强，内涵并行性不多时，就会使效率比系统Von Neumann型机低；
（2）在数据流计算机中为给数据建立、识别、处理标识，需要花费较多的辅助开销、较大的存储空间；
（3）数据流计算机不保存数组。处理大型组时，会增加额外的传输开销；
（4）数据流语言的变量代表数值，使程序员无法控制存储分配；
（5）数据流计算机互联网络设计困难，输入/输出系统不够完善；
（6）数据计算机没有程序计数器，给诊断和维护带来困难。
数据流计算机目的：提高对操作级并行的开发水平
数据流计算机： 对标量运算非常有利，而对数组、递归操作及其他高级操作较难管理
数据流计算机中的数据驱动的策略是：提前求值（2021）

弗林

弗林提出的对计算机系统进行分类的依据,是按照指令流,数据流的多倍性对计算机系统进行分类的。(2020)

按指令流和数据流的多倍性

• SISD：处理器操作步骤并行
• SIMD：处理器操作并行(分布式存储器阵列处理机)
• MISD：存储器操作并行（并行性等级最低）
• MIMD：指令、任务、作业并行的异构型多处理机（2020）

ILLIAC Ⅳ是一种阵列处理机

处理机

标量

标量处理机顺序解释的优点是控制简单

• 超标量处理机与超流水处理机的区别（2020）
  (1)超标量处理机是利用资源重复,设置多个执行部件寄存器堆端口;
  (2)超流水处理机是着重开发时间并行,在公共的硬件上采用较短的时钟周期,深度流水来提高速度,需使用高速的时钟机制来实现。

超长指令字处理机:将水平微型码和超标量处理相结合(2022)

向量

在向量处理中，逐个处理向量元素的方法为横向处理方式，对整个向量按相同操作都执行完之后再转去执行别的操作的处理方式为纵向处理方式

向量的流水处理方式有向量纵向处理和分组纵横处理。

CRAY-1向量处理机有一个显著特点是只要不出现功能部件冲突和源向量寄存器冲突,均可使有数据相关的向量指令能在大部分时间并行执行。（2020）（2021）

• CRAY-1向量流水处理机v₁冲突和功能部件冲突的概念:
  Vi冲突是指并行工作的各向量指令的源向量或结果向量使用了相同的vi。功能部件冲突是指同一个功能部件被要求并行工作的多条向量指令所使用。(2022)

存储器

对存储系统的基本要求是大容量、髙速度和低价格。

在主存设计上,计算机系统结构应考虑的内容是:容量和编址方式（2021）

提高主存频宽，使与CPU速度相匹配，在同样的器件条件下，设法提高存储器的 字长

为了高速有效地处理 向量数据，分布式存储器阵列处理机要求能把数据合理地预分配到各个处理单元的局部存储器中。

• 提高模m值,影响主存实际频宽的因素及结果:
  (1)对模m交叉,若都是顺序取指,率可提高到m倍;
  (2)一旦出现转移,效率会下降;转移频率越高,并行主存系统效率下降越大
  (3)数据的顺序性比指令要差,实际的频宽带可能要低一些;
  (4)工程实现上由于模m越大,存储器数据总线越长,会使传输延迟增加;
  (5)因此提高模m值能提高主存系统的最大频宽,但主存的实际频宽并不随m值增大而线性提高,实际效率并不像所希望的那么高。

采用分布式结构的多处理机机间互连形式为:开关枢纽结构（2021）

集中式共享存储器

采用集中式共享存储器的阵列处理机构形，为了使处理单元对长度为N的向量中各元素能同时并行处理，存储器分体个数K应等于或多于处理单元数N

多端口存储器

如果每个存储器模块有多个访问端口，将分布在交叉开关矩阵中的控制、转移、优先级仲裁逻辑分别移到相应存储器模块的接口中。

虚拟存储器

虚拟存储器是一个主存-辅存存储层次，它对应用程序是完全透明的。 对系统程序员来说是不透明的。

主存—辅存存储层次结构中，从CPU上看，速度接近于主存，容量是辅存的。

虚拟存储器地址变换:程序执行时将虛地址变换成对应的实地址

虚拟存储器是具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统,它的等效访问速度与辅存的容量无关。(2022)

页式存储器

• 页式虚拟存储器页面失效和实页冲突发生的原因及所确定替换算法的依据:(2021)
  当处理机要用到的指令或数据不在主存中时,会发生页面失效;当主存已满且发生页面失效时,会发生实页冲突。替换算法的确定主要看主存是否有高的命中率，是否便于实现和辅助软硬件成本是否低。

• 页式存储把主存空间和程序空间机械的分成固定大小的页，按页顺序编号(*)。(2022)
• 系统设置相应的页表（映像方式），保存好虚页装入实页时的页面对应关系。
• 页式虚拟存储器中的CPU要用到的指令或数据不在主存时会发生页面失效。

主存空间数相关的最佳处理方式:推后“分析k+1”(2022)

Cache

Cache的地址映像方式包括全相联映像,直接映像和组相联映像。(2020)
组相联映像指的是各组之间是直接映像,而组内各块之间是全相连映像。（2021）

Cache的写策略主要包括写回法和写直达法两种。（2021）

主存速度满足不了要求而引出了Cache存储器（*）.

更新主存内容的写回法和写直达法的基本原理(*2022)
（1）写回法:在CPU执行写操作时，信息只写人Cache，仅当需要替换时，才将改写过的Cache块先写回主存，然后再调入新块。
（2）写直达法:利用Cache存储器在处理机和主存之间的直接通路，每当处理机写入Cache的同时，也通过此通路写入主存。

• Cache全相联映像的概念及其优缺点:
  主存中任意一块都可映像装入Cache中的任意一块位置的地址映像。
  优点：
  块冲突率最低;
  Cache的空间利用率最高.
  缺点：
  存储器的代价大;
  查表的速度很难提高。

提高等效访问速度,在采用组相联映像的 Cache存储器应:增加Cache块数而块的大小不变（2020）

通道

根据信息传送方式的不同,通道可分为字节多路通道、数组多路通道、选择通道（2020）
选择通道适合连接多台高优先级的高速设备,此时的通道“数据宽度”为可变长块
数组多路通道适用于连接多台磁盘等高速设备，通道“数据宽度”为定长块。（2022）

简述字节多路通道、数组多路通道、选择通道分别适用连接的设备及各通道的特点。(2021)
(1)字节多路通道适用于连接大量的字符类低速设备,传送一个字符(字节)的时间很短,但字符(字节)间的等待时间很长;
(2)数组多路通道适用于连接多台高速设备,设备的传送速率很高,但传送开始前的寻址辅助操作时间很长;
(3)选择通道适用于连接优先级高的高速设备,在数据传送期内独占通道,只能执行一道通道程序。

信息传送方式分类：

• 字节多路通道：适用连接大量低速设备。
• 数组多路通道：
  数据传送方式原理：(1)连接多台磁盘等高速设备;
  (2)每选择好一台设备后,要连续传送完固定K个字节的成组数据后,释放总线;
  (3)释放总线后,通道再去选择下一台设备,再传送该设备K个字节;
  (4）成组方式轮流交叉为多台高速设备服务;
  (5)某台设备要想传送n个字节,就需要先后经n/K次申请总线。
• 选择通道

中断

中断可分为内部中断、外部中断和软件中断类。

中断响应由高到低的优先级排列次序:机器校验，程序和管理程序（访管指令）外部，输入输出，重新启动.(2021)

中断分成优先级的原因及分级的方法

• （1）原因:各中断源是相互独立且随机发出中断请求。当多个中断源同时发出中断请求时，CPU只能先响应和处理其中优先级相 对高的中断请求，因此需要对中断源的响应和处理安排一个优先顺序。
• （2）分级的方法:分类后中断请求的优先次序一般由软件或通道来管理，根据中断的性质、紧迫性、 重要性及软件处理的方便性分成若干优先级，以便CPU可以有序地对这些中断请求进行响应和处理。（1分）

实现中断响应次序的器件：排队器，次序高到低固定

• 外部中断：来自计算机外部，如定时器中断、外部信号中断、中断键中断等；（**）
• 程序性中断：包括指令和数据的格式错误、程序执行中出现异常（主存访问方式保护、寻址超过主存容量中断等）
• 机器校验中断：掉电；（2020）
  IBM 370系统中，通道动作故障引起的中断属于机器校验中断

• 中断的概念、中断的分类依据及分类的目的（2020）：
  中断的概念:
  CPU中止正在执行的程序,转去处理随机提出的请求待处理完后,再回到原先被打断的程序继续恢复执行的过程称为中断;
  中断的分类依据:
  将中断源性质相近、中断处理过程类似的归为一类;
  分类的目的:
  减少中断处理程序的入口,每一类给一个中断服务程序总入口,可以减少中断服务程序入口地址形成的硬件数量。

中断系统的主要功能和要求
（1）中断系统的主要功能包括：中断请求的保护和清除、优先级的确定、中断断点及现场的保护、对中断请求的分析和处理以及中断返回。
（2）中断系统的要求：高的中断响应速度；中断处理的灵活。

浮点数

正尾数小数点后的第一个rm进制数不是0的尾数称 规格化正尾数(*)

浮点数阶值的位数主要影响可表示数的范围大小，而尾数的位数主要影响可表示区中能表示值的精准。

浮点数规格化数的总个数应当是可表示阶的个数与可表示尾数的个数的乘积。

当阶值位数一定时，数符不会受到尾数进制影响。

尾数采用什么进制会影响到数的可表示范围、精度及数在数轴上分布的离散程度（*）。

浮点数尾数下溢处理方法包括截断法、舍入法、恒置1法和查表舍入法。

在相同的阶码位数和尾数位数的前提下，浮点数尾数基值取小，可使浮点数:在数轴上的分布变密(2022)

软件移植

• 软件不修改或只经少量修改就可由一台机器移到另一台机器上运行，同一软件可应用于不同的环境。
• 软件移植主要技术：统一高级语言，采用系列机，模仿和仿真。

实现软件移植的技术途径及其适用环境(2020)
(1)统一高级语言;适用于结构完全相同以至完全不同的机器之间的高级语言程序应用软件的移植;
(2)采用系列机;适用于结构相同或相近的机器之间的汇编语言应用软件和部分系统软件的移植;
(3)模拟与仿真;适用于结构不同的机器之间的机器语言程序的移植。

• 统一高级语言：

• 采用系列机：（☆）
  系列机对计算机发展的意义：解决软件设计环境要求相对稳定的硬件、器件、组成等技术飞速发展的矛盾；使短期内应能提供性能更好、价格更便宜的新机器，有力地促进计算机的发展。

采用系列机办法及优点。
（1）方法：在软、硬件界面上设定好一种系统结构，软件设计者按照此设计软件，硬件设计者根据机器速度、性能、价格的不同，选择不同器件、硬件和组成、实现技术，研制并提供不同档次的机器。
（2）优点：较好地解决了软件环境要求相对稳定和硬件、器件技术迅速发展的矛盾；使软件产量、质量不断提高，短期内即可提供新的、性能不断提高的机器。

按先后投入市场关系，系列机软件兼容必须保证向后兼容，力争向前兼容。

• 模拟：用机器语言程序解释实现软件移植的方法
  软件移植的模拟方法是用机器语言程序解释,其解释程序存储于主存中。（2021）
• 仿真：微程序直接解释另一种机器指令系统的方法
  计算机仿真是用微程序解释，其解释程序存储于控制寄存器中。

处理机与阵列机

• 多处理机与阵列处理机在指令流和并行等级的区别(2021)
  (1)指令流的区别。阵列处理机是单指令流;多处理机是多指令流。
  (2)并行等级区别。阵列处理机主要针对向量、组处理,实现向量指令操作级的并行,是开发并行性的同时性;多处理机实现的则是更高一级的作业或任务间的并行,是开发并行性的并发性。

并行等级不同

• 阵列处理机针对向量数组、实现向量指令操作级的并行是开发并行中的同时性；
  多处理机实现的是作业或任务间的并行，是开发并行性中的并发性；
  多个处理机要用多个指令部件控制，通过共享主存或机间互连网络实现异步通信；

脉动阵列结构计算机的特点:
（1）结构简单、规整，模块化强，可扩充性好，非常适合用超大规模集成电路实现。
（2）处理单元（PE）间数据通信距离短、规则，数据流和控制流的设计、同步控制等均简单规整。。
（3）脉动阵列中所有PE能同时运算，具有极高的计算并行性，可通过流水获得很高的运算效率和吞吐率。
（4）脉动阵列结构的构形与特定计算任务和算法密切相关，具有某种专用性。

阵列处理机利用的是资源重复，而不是时间重叠；利用的是并行性中的同时性，而不是并发性。
流水线处理机利用的是时间重叠方式而不是资源重复方式的并行技术

阵列处理机的构形主要有采用分布式存储器阵列构形和采用集中式共享存储器阵列构形。(2021)

在多处理机环境中,两个程序段之间如果存在“先读后写”的数据反相关时,下列说法正确的是不可以交换串行(2021)

多处理器机

多处理机主从型操作系统的优缺点
（1）优点：结构比较简单；整个管理程序只在一个处理机上运行，一般都不必是可再入的；只有一个处理机访问执行表，简化了管理控制的实现。
（2）缺点：对主处理机的可靠性要求较高；整个系统显得不够灵活；如果主处理机负荷过重，影响整个系统性能。

设计多处理机的目的：（2020）
(1)通过多台处理机对多个作业任务进行并行执行来提高解题速度,从而提高系统的整体性能;
(2)使用冗余的多个处理机通过重新组织来提高系统的可靠性适应性和可用性。

多处理机操作系统的类型:主从型.各自独立型.浮动型(2020)

任务粒度的大小会影响多处理机的性能,对于处理机之间通信较少的应用程序宜用细粒度处理,而要求冗长的计算宜用粗粒度处理。（2020）

细粒度并行算法一般指向量或循环级的并行

多处理机

多处理机是指两台以上的处理机，共享I/O子系统，机间通过共享主存或高速通信网络进行通信。（2022）

松耦合多处理机

松耦合多处理机的每台处理机都有一个容量较大的局部存储器,用于存储经常用的指令和数据,以减少紧耦合系统中存在的访主存冲突。(2020)

松耦合多处理机可分为非层次型和层次型两种不同的构形。

通过通道互连实现通信,通过消息传送系统交换信息（2022）的计算机系统：松耦合（**）

依据结构和应用目的不同,多处理机可分为同构型多处理机、异构型多处理机和分布型多处理机。（2020）

紧耦合多处理机

紧耦合多处理机紧耦合多处理机是通过共享主存来实现处理机间通信的,其通信速率受限于主存的频宽。

紧耦合多处理机中解决多Cache一致性的办法:
（1）解决进程迁移引起的多Cache不一致性，通过禁止进程迁移的方法予以解决，也可以在进程挂起时，靠硬件方法将Cache中该进程改写过的信息块强制写回主存相应位置。
（2）以硬件为基础实现多Cache的一致性，主要有监视Cache协议法、即各个处理机中的Cache控制器随时都在监视着其他Cache的行动(2022)。另一种是目录表法，建立一个目录表，记录每一个数据块的使用情况。。
（3）以软件为基础实现多Cache的一致性，例如依靠编译程序的分析，不把一些公用的可写数据存入Cache中

归约机

函数式程序本质上属于解释执行方式，从函数式程序的规约来看，计算机内部通常采用链表的存储结构

归约机采用需求驱动,执行的操作序列取决于对数据的需求(2020)
根据机器内部对函数表达式所用不同的存储方式划分,归约机的归约方式可以分为图规约和串规约两类。(2020)

• 规约机结构的特点：
  (1)归约机应当是面向函数式语言或以函数式语言为机器语言的非Neumann型机器;
  (2)具有大容量物理存储器并采用大虚存容量的虚拟存储器,具备高效的动态存储分配和管理的软、硬件支持;
  (3)处理部分应当是一种有多个处理器或多个处理机并行的结构形式;
  (4)采用适合于函数式程序运行的多处理器(机)互连的结构,最好采用树形方式的互连结构或多层次复合的互连结构形式;
  (5)尽量把运行各种的结点机紧靠该进程所需用的数据安排,并使运行时需相互通信的进程所占用的处理机也靠近让各处理机的负荷平衡。(1分)

程序

一个复杂的大程序可以分解成多个在逻辑上相对独立的模块，这些模块可以是主程序、子程序或过程也可以是数据块。

程序状态字对应用程序员是透明的，对系统程序员是不透明的。

静态再定位就是在目的程序装入主存时，由装人程序用软件方法把目的程序的逻辑地址变换成物理地址，程序执行程序时，物理地址不再改变。

总线

集中式总线控制的优先次序方式有串行链接、定时查询和独立请求（**）

计算机总线按信自传送的方向而言,可分为单向传输和双向传输。

总线控制的集中式独立请求方式的优点和缺点:
(1)优点:总线分配速度快;不用查询；控制器可以使用程序可控的预定方式、自适应方式、循环方式 或它们的混合方式灵活确定下一个使用总线的部件;能方便地隔离失效部件的请求。
(2)缺点:控制线数量过大,为控制N个设备必须有2N+1根控制线,且总线控制器要复杂很多

信息在总线上的传送方法基本上可分为同步和异步两种（*）。

减少总线数量的方法:组合、编码及并/串—串/并转换。

总线按在系统中的位置分芯片级、板级和系统级等3级。

总线标准： 机械 功能 电气 同步

控制方式

• 串行链接
  优点：1.选择算法简单；2.控制线少3根 3.部件增减容易 4.扩展性好 5.逻辑简单，通过重复设置提高可靠性。
• 分配过程：
  （1）所有部件都经公共的“总线请求”线向总线控制器发出要求使用总线的申请；
  （2）只有当“总线忙”信号未建立时，送出“总线可用”信号，串行送往各部件；
  （3）未发“总线请求”信号的部件将“总线可用”信号继续传给下一个部件；
  （4）发过“总线请求”信号的部件停止发送“总线可用”信号；
  （5）该部件建立“总线忙”信号并去除“总线请求”信号，获得总线的使用权，此次总线分配结束。（2分）

替换算法

替换算法的确定主要看主存是否有高的命中率，也要看算法是否便于实现辅助软、硬件成本是否低。

会对主存命中率产生影响的是:(2021)
A 程序地址流
B 替换算法
C 分配给程序的实页数

弥补CPU与存储器在速度上的差距

在组成上引入并行和重叠技术，构成并行主存系统。

地址

程序员编程用的地址为逻辑地址，主存物理地址是程序在主存中的实际地址 (**)
CPU要能预知未来被访问信息的地址是基于计算机程序具有局部性，包括时间局部性和空间局部性。

计算机系统

在高性能多用户计算机系统中,用户程序输入/输出应由用户向系统发出I/O请求,经操作系统来调度分配设备,并进行具体的输入输出处理。（2021）

从计算机原理上看,软件的功能可以用硬件或固件完成,硬件的功能也可以用软件模拟完成。（2021）

计算机系统从 “从中间开始”向两边设计的方法及软硬件人员各需设计的内容:(2022)
计算机系统从“从中间开始”向两边设计是选择从层次结构的主要软、硬界面开始设计，即在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间进行合理的软、硬件功能分配。软件人员依次设计操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级；硬件人员依次设计传统机器语言机器级、微程序机器级和数字逻辑级。

计算机系统设计的组要任务包括系统结构、组成和实现的设计。(*)

计算机系统结构的研究内容包括：（1）数据表示；（2）中断分类；（3）信息保护方式。

计算机系统中处理数据的角度来看，并行性等级从低到高可以分为四级。分别是位串字串、位并字串、位片串字并、全并行。

从使用语言的角度，一台由软、硬件组成的通用计算机系统可以被看成是按功能划分的多层机器级组成的层次结构。

计算机系统的层次结构角度来看，计算机系统结构是对计算机系统中的各级界面定义及其上下的功能分配。

计算机实现的设计着眼于的技术是：器件技术和微组装技术

从计算机系统结构上讲,机器语言程序员能看到的机器属性是:编程要用到的硬件组织(2020)

计算机系统层次结构由高到低依次为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级。

计算机有面向主存、面向寄存器和面向堆栈的寻址方式。

计算机系统设计中，对功能确定起主要作用的是应用软件

机群系统的优点
（1）系统有高的性能价格比；
（2）系统的开发周期短；
（3）系统的可扩展性好；
（4）系统的资源利用率高；
（5）用户投资风险小；
（6）用户编程方便。

堆栈计算机的概念及其特点(☆2022)；
（1）有堆栈数据表示的机器称为堆栈机器(☆)；
（2）有高速寄存器组成的硬件堆栈，使堆栈的访问速度是寄存器的，容量是主存的(☆)；
（3）丰富的堆栈指令，直接对堆栈中的数据进行各种运算；
（4）有力地支持高级语言程序的编译；
（5）有力地支持子程序的嵌套和递归调用。(☆)；
由高速寄存器组成的硬件堆栈，并与主存中的堆栈区在逻辑上构成整体；有丰富的堆栈操作指令且功能强；支持高级语言的编译；支持子程序的嵌套和递归调用。

堆栈型计算机比通用型计算机更具有的优越性之一是:支持子程序的嵌套和递归调用(2021)

软、硬件取舍的基本原则
（1）系统要有高的性能价格比
（2）要考虑到准备采用和可能采用的组成技术，
（3）不能仅从“硬”的角度考虑进展，还要从“软”的角度为高级语言的设计提供更多、更好的硬件支持。

计算机功能

计算机功能分别用硬件实现和软件实现的优点和缺点
（1）计算机功能用硬件实现的优点是速度较快，性能好，缺点是不灵活，适应差。
（2）计算机功能用软件实现的优点是设计容易，修改容易，有灵活的适应性，缺点是速度，性能低。

计算机组成

计算机组成着眼于机器内部各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能及各部件之间的联系。（*）

• 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，计算机实现是计算机组成的物理实现。
• 计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的控制流和数据流的组成以及逻辑设计等。（2022）

并行

并行性开发途径包括：时间重叠、资源重复、资源共享等

• 提高计算机系统并行性技术的三个途径：
  （1）时间重叠：在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套硬件设备的各个部分以加快硬件的周转来赢得速度；
  （2）资源重复：在并行性概念中引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能；
  （3）资源共享：用软件的方法，让多个用户按一定的时间顺序轮流使用同一套资源来提高资源利用率从而提高系统的性能。

从计算机执行程序的并行性看，由低到高的并行性等级可分为指令内部、指令之间、任务或进程之间和作业或程序之间四级(*)（2022）。

按运算基本对象,并行算法可分为数字型和非数字型两类

能并行读出多个CPU字的单体多字、多体单字和多体多字的交叉访问主存系统被称为并行主存系统。

数据表示

自定义数据表示包括标志符数据表示和数据描述符（**）（2022）

数据描述符和标识符的差别:
（1）标识符:描述单个数据的类型特征；
（2）数据描述符:描述所要访问的数据是整块的还是单个的.

计算机的运算类指令和运算器结构主要是按计算机有什么样的数据表示来确定的。

• 数据表示指的是能由计算机硬件直接 识别和引用 的数据类型（*）。
• 数据表示表现在它有对计算机硬件识别和引用类型的数据进行操作的指令和运算部件。

基本数据表示有定点、浮点、逻辑、十进制、字符（位）串。高级数据表示有自定义数据表示，向量（*）、数组数据表示，堆栈数据表示。

指令

在重叠方式的相关处理中，转移指令的处理一般采用延迟转移技术；指令相关的处理一般设置一条“执行”指令来解决。

• 指令系统的设计包括指令功能和指令格式的设计（*）。
• 从指令的格式来看，指令由操作码和地址码两部分组成。

指令系统的改进是以原有指令系统不修改为前提的,通过增加少量强功能新指令代替常用指令串。

对指令间“一次重叠”描述:

• 仅“执行k”与“分析"k+1”重叠（2020）
• 应尽量使“分析k+1”与“执行k”时间相等
• 只需要一套指令分析部件和执行部件

按静态使用频度改进指令系统着眼于减少目标程序所占用的存储空间；
按动态使用频度改进指令系统着眼于减少目标程序的执行时间。

非特权型指令主要供应用程序员使用；
特权型指令主要供系统程序员使用。

CISC和RISC

机器指令系统的设计、发展和改进上有CISC和RISC两种不同的途径和方向。

计算机改进RISC设计原则（**）(2021)

• 使用频率很高的指令
• 减少系统寻址方式
• 指令在一个机器周期内完成
• 扩大通用寄存器
• 指令用硬联控制，少数用微程序
• 精简指令优化编译程序，简单有效的支持高级语言的实现

面向高级语言的优化实现改进CISC指令系统的途径:
（1）通过对源程序中各种高级语言语句的使用频度进行统计来分析改进；
（2）如何面向编译，优化代码生成来改进；
（3）改进指令系统，使它与各种语言间的语义差距都有同等的缩小；
（4）采用让计算机具有分别向各种高级语言的多种指令系统、多种系统结构的面向问题动态自寻优的计算机系统；
（5）发展高级语言计算机（或高级语言机器）。

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