高等计算机体系结构课程小结.201509-201511讲义
计算机系统结构复习总结
计算机系统结构复习总结计算机系统结构复习总结一、计算机系统结构概念1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。
*注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。
1.2 计算机系统的层次结构现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。
现代计算机结构图*注意：计算机结构的层次模型依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。
从语言层次上画分可得下图：计算机结构的层次模型1.3计算机系统结构组成与实现计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系：计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。
因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。
计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。
应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。
1.4 计算机系统结构的分类计算机结构分类方式主要有三种：（1）按“流”分类按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。
指令流是指机器执行的指令序列，数据流是指指令流调用的数据序列。
多倍性是指在计算机中最受限制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单位中，最多可并行执行的指令条数或处理的数据个数。
*注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻辑结构类型：①SISD计算机②SIMD计算机③MISD计算机④MIMD计算机（2）按“并行性”和“流水线”分类（3）按计算机系统结构的最大并行度进行分类1.5计算机系统的设计与实现随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件间界限已经变得模糊了。
体系结构概总结
第1章计算机系统结构的基本概念层xcc次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
透明性：在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
大概率事件优先原则的基本思想是：对于大概率事件(最常见的事件)，赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
CPI=执行程序所需的时钟周期数/所执行的指令条数CPU性能公式：CPU时间=执行程序所需的时钟周期数×时钟周期时间CPU时间=IC×CPI×时钟周期时间，IC为所执行的指令条数并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
计算机体系结构报告总结
计算机体系结构报告总结计算机体系结构报告总结篇1我作为一名中国电信的客服人员已经三年了。
在这三年里，有苦有累，有欢笑也有感动。
有收获有疑问，有成熟更有对客服未来的不断探索。
在过去的三年里，我的进步是直线向上的，缓而不慢，细而扎实。
因为作为一个客服人员，我深知基本功要做好做实，微笑要留住，礼貌要恰当，耐心要保持，这些非一日之促成。
这个工夫是细水长流，着急不得，不近功也不能急利。
于自己的成长有更好的磨练。
在平凡的客服里我努力展示了自己优秀的一面。
在KPI的考核中每月被评为优秀客户代表.在06年作为优秀代表派往__进行亲和力培训,在06年被安排去__10000号交流学习，期间我的多次建议被领导采纳.由于成绩突出,被评为2006年度优秀员工.在文娱方面，兴趣广。
爱好文笔。
在去年5月份举办的“电信产品广告征集”中被采纳一条有价值的广告语。
今年5月份在五四青年节组织成员创作和表演节目，获得大家的好评。
做客服，人说“这是在做吃力不讨好的事”。
确实，客服需要处理的事有时是那么琐碎，每天忙忙碌碌，每天都会碰到各种各样的客户，礼貌的，粗鲁的，感谢的，生气的，讲理的，不讲理的，打错电话的……刚开始的时候，每天的情绪也会随着碰到的事情，碰到的客户而改变。
被客户骂了两句，心情变得沉重，笑不出来;被客户表扬了，马上轻快起来，热情而周到。
想想这是很不成熟的表现。
所幸我得到周围很多同事们的帮助，使我慢慢成熟起来。
用户真诚的道谢和满意的笑声使我体会到了自己的价值。
在初接电话，对客户所提出的问题，我不敢轻易做出回应。
但很快，我便意识到除了有热情的态度之外更应该有丰富而扎实的业务知识，才不致以使自己没有足够信心来正确回答客户的问题。
于是，我养成了利用工作之余的时间来熟悉业务知识与做疑难问题记录的习惯。
记得当初接线时，我遭遇很多困难，不止一次没有完全回答好客户提出的问题，甚至遭遇到客户的投诉，我的心情在很长一段时间内都处于最低谷。
但是，我没有因此而放弃自己，而是一直在寻找弊端，不耻下问，加强业务积累和学习，还主动利用业余时间多听了一些优秀的录音。
计算机系统结构实训课程学习总结
计算机系统结构实训课程学习总结通过参加计算机系统结构实训课程，我深刻认识到了计算机系统的组成和工作原理，在实践中积累了关于计算机组成与原理方面的经验和技能。
在这篇文章中，我将对我在实训课程中所学习到的内容进行总结和回顾。
一、课程背景计算机系统结构实训课程是一门旨在培养学生对计算机系统基本知识的理解和掌握的课程。
通过该课程，我们有机会学习计算机硬件的组成、计算机指令和数据的表示方法，以及计算机系统的结构与工作原理，从而为我们日后深入学习计算机相关专业打下了坚实的基础。
二、实训课程内容1. 计算机硬件组成：课程开始的第一部分，我们学习了计算机硬件的各个组成部分，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
通过理论学习和实际操作，我们对计算机硬件的功能和作用有了更加清晰的认识。
2. 计算机指令和数据表示方法：在本部分，我们学习了计算机中的指令和数据的表示方法，包括二进制表示、十进制表示以及十六进制表示。
通过实际编码练习，我们可以更好地掌握这些表示方法，并能够准确地理解和处理计算机指令和数据。
3. 计算机系统结构与工作原理：这是整个实训课程的重点部分。
通过学习计算机系统的结构与工作原理，我们能够深入了解计算机的层次结构和各个组成部分之间的关系。
同时，我们还学习了计算机的指令执行过程、中断处理过程等。
这对我们理解计算机的运行机制和进行系统调试非常重要。
三、实训中的收获通过参加计算机系统结构实训课程，我获得了以下几个方面的收获：1. 提高了实践能力：通过实际动手操作，我加深了对计算机硬件组成和工作原理的理解。
在实训过程中，我熟悉了计算机的各个组成部分，并学会了组装和调试计算机硬件。
2. 培养了解决问题的能力：在实训过程中，我遇到了各种各样的问题，比如硬件故障、软件配置问题等。
通过自己的努力和与同学的讨论，我逐渐成长为一个能够独立解决问题的人。
3. 加深了对计算机系统的理解：通过实际操作和理论学习，我对计算机系统的结构和运行原理有了更加深刻的认识。
计算机体系结构总结
第1章计算机系统结构的基本概念多级层次结构：第一级：微程序机器级；机器语言（传统机器级）；操作系统虚拟机；汇编语言虚拟机；高级语言虚拟机；应用语言虚拟机计算机系统结构：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
经典计算机系统结构的实质：计算机系统中软、硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。
硬件和软件在功能实现上是等效的，即一种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。
在实现性能上是不等效的。
软件实现的优点是设计容易、改进简单；硬件实现的优点是速度快语言实现的两种基本技术：翻译，解释翻译和解释是语言实现的两种基本技术。
它们都是以执行一串Ｎ级指令来实现N+1级指令，但二者存在着差别：翻译技术是先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。
而解释技术是每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级的指令，依此重复进行。
在这个过程中不产生翻译出来的程序，因此解释过程是边变换边执行的过程。
软件兼容同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。
软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。
其中向后兼容是软件兼容的根本特征。
向上(下)兼容：按某档计算机编制的程序，不加修改的就能运行于比它高（低）档的计算机。
向前(后)兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场的机器。
兼容机：不同厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
系列机：是指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
它的出现较好地解决了软件要求环境稳定和硬件、器件技术迅速发展之间的矛盾。
透明性：在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好象不存在。
响应时间从事件开始到结束之间的时间，也称为执行时间。
计算机系统结构总结汇总
小第一章总结我们用了6个学时对第一章进行讲解，试图对计算机系统结构有一个完整的了解。
下面对第一章的内容进行总结。
一、概念性问题1. 计算机系统的发展（了解）通常是用器件的发展来为计算机分代的，然而也不能忽视计算机系统结构的重要性。
2. 计算机系统的多级层次结构（1）如何划分成多级层次结构？（2）有哪些层次？（3）划分成多级层次有什么好处？（4）涉及到的概念：翻译、解释、透明性3. 计算机系统结构、组成和实现（1）计算机系统结构的概念（2）计算机系统结构的属性（3）计算机组成和实现的定义（4）计算机系统结构、组成和实现的相互关系4. 计算机系统的软、硬件取舍（1）计算机系统的软、硬件的等效性和不等效性（2）计算机系统的软、硬件取舍原则5. 软件对计算机系统结构的影响（1）软件移植的概念？（2）软件移植的途径有哪些？系列机的概念6. 系统结构中的并行性和弗林分类（1）并行性的概念和含义（2）并行性开发的途径（3）了解弗林分类法二、综合应用类1. 计算机系统的性能评测（1）CPU时间的计算（CPI、指令条数、时钟频率）（2）MIPS和MFLOPS2. 计算机系统的定量设计原理（1）哈夫曼压缩原理（2）Amdahl定律（加速比的计算）（3）程序的局部性原理（4）延伸阅读：第一章总结我们同样用了6个学时对第二章进行讲解，主要对指令系统的设计和优化做了总体讲述。
下面对第二章的内容进行总结。
一、概念性问题1. 数据表示（1）数据表示和数据结构的定义、区别和联系（2）标志符数据表示和数据描述符以及各自的优缺点（3）引入数据表示的原则2. 寻址方式（1）寻址方式在指令中的指明方式（2）静态再定位和动态再定位3. 指令系统设计和优化（1）信息源熵和信息冗余度的概念以及在操作码优化中的作用（2）三种操作码编码方式4. 指令系统的发展和改进（1）CISC和RISC的概念（2）了解按CISC方向发展和改进指令系统的优化实现（3）了解RISC设计的基本原则二、综合应用类操作码编码优化固定长度编码、哈夫曼编码和扩展操作码编码方案，并计算操作码的平均码长。
计算机系统结构概要归纳
计算机系统结构复习第一章 计算机系统结构基本概念1.1计算机系统结构计算机系统层次结构·计算机系统结构主要研究软件、硬件功能分配和对软件硬件界面的确定，即哪些功能由软件完成、哪些功能由硬件完成。
·软件与硬件实现的特点：硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少。
软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多。
·计算机组成的任务是在计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后，研究各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。
·系统结构是计算机系统的软硬件界面；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。
·计算机系统结构的分类：①Flynn 分类法：指令流：机器执行的指令序列。
数据流：由指令调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
多倍性：在系统最受限制的元件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。
按照数据流和指令流的组织方式分为：SISD 、SIMD 、MISD 、MIMD 。
②冯氏分类法：用最大并行度分类，最大并行度：计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。
分为：1、字串位串WSBS ；2、字并位串WPBS ；3、字串位并WSBP ；4、字并位并WPBP 。
③Handler 分类法：根据并行度和流水线分类，把计算机的硬件结构分成三个层次：1、程序控制部件（PCU ）的个数k ；2、算术逻辑部件（ALU ）或处理部件PE 的个数d ；3、每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路（ELC ）的套数w 。
1.2计算机系统设计技术·计算机系统设计的定量原理：①、加快经常性时间的处理速度；②、Amdahl 定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。
加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施性能）=（没有采用改进措施前执行某任务的时间）/（采用改进措施后某任务执行时间）。
计算机组成与结构原理学习总结
计算机组成与结构原理学习总结学习总结通过一学期的计算机组成与结构和计算机组成原理实验的学习让我受益菲浅。
在秦迎春老师的教学下，我对计算机的了解从一开始的懵懂到现在对计算机组成原理和计算机系统结构方面有了更加深刻的认识。
在理论课和实验课即将结束之时，我对在这一学期的学习进行了总结，总结这一学期的收获与不足。
取之长、补之短，在今后的学习和工作中有所受用。
没有接触过计算机或者对计算机不是特别了解的人可能觉得计算机特别神秘，而且不知道为什么它可以实现那么复杂的功能，而就我们而言越是深入学习越是渴望了解其工作原理。
很幸运这学期我们接触了计算机组成原理实验课，同时也在计算机组成与结构方面加深了理论指导。
在理论知识吸收和实验操作中，体现了现在大学教学中对大学生动手能力的重视和动脑思考的能力。
《计算机组成与结构》这门课程是我们计算机专业的一门核心主干课程，主要讲授计算机系统的基本概念和基本工作原理，了解各主要部件的硬件结构、相互联系和作用，从而对整个计算机系统从硬件角度有一个完整的了解，为学习后续课程及今后对计算机的应用和开发打下良好的基础。
这门课在专业课程内起着承上启下的作用。
这学期的实验课，通过老师的精心讲解以及自己的亲自操作让我对计算机的基本结构，基本组成与结构原理有了更加深入的了解，这门课程对于我们了解现代计算机的各个组成部分及其工作原理有重要作用，通过自己动手做实验使我们更加深入的了解了计算机系统中各种功能的实现方法。
在第1章“计算机系统概论”的学习中，我认识到，计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
这两部分密切配合，计算机才能正常工作和发挥作用，两者缺一不可。
硬件是计算机系统的物质基础，少了它，再好的软件也无法运行；软件则像是计算机系统的灵魂，少了它，再好的硬件也毫无用途。
它们只有并驾齐驱，才能充分发挥计算机的作用和效能。
现代计算机系统的硬件结构和软件结构如下图所示。
硬件结构由5个部件构成：运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。
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内容
Cache一致性的提出 多个Cache不一致的原因
(1) 共享可写数据的不一致性 (2) 进程迁移带来的不一致性 (3) 绕过Cache的I/O操作带来的不一致性
设计Cache一致性协议的两种策略
(1) 写无效 (2) 写更新 (3) 两种策略的缺点
写一次协议
(1) 一致性协议的内容 (2) 每份Cache中的副本可能出现的四种状态(有效、保留、重写、无效)
用缓冲实现虚拟直通寻径 阻塞流控制（Wormhole寻径） 抛弃并重发 阻塞后绕道
备注
第三章 互连与通信续3
通信问题
内容
维序寻径
(1) 寻径方式(确定性寻径、自适应寻径) (2) 两种确定性寻径 --- 维序寻径算法
二维网格中的X-Y寻径 立方体网格中的E立方体寻径 (3) 自适应寻径
通信模式
(1) 通信模式(单播、选播、广播、会议) (2) 寻径效率(通信流量、通信时延)
(1) 集中式目录 (2) 分布式目录 (3) 三种目录实现(全映射、有限、链式)及其各自优缺点(如：占用空间)
备注
第五章 Cache Coherence续2
三种Cache一 致性策略
内容
采用写直达的Cache一致性策略
(1) 两种状态、四种操作 (2) 状态转换
采用写回的Cache一致性策略
计算机科学与技术系研究生课程
《高等计算机体系结构》 课程小结
主讲教师：李建江
《高等计算机体系结构》内容
第一章 并行计算简介 第二章 加速比性能模型与可扩展性分析 第三章 互连与通信 第四章 并行存储器系统 第五章 Cache一致性 第六章 基于MPI的并行程序设计 第七章 基于OpenMP的并行程序设计
网络时延(结点时延、线路时延)、 阻塞时延)
四种寻径算法(各自特点、网络时延的计算)
(1) 线路交换 (2) 虚拟直通 (3) 存储转发 (4) Wormhole交换
死锁与虚拟通道
(1) 虚拟通道(逻辑链) (2) 死锁产生的原因(缓冲区产生死锁、通信产生死锁) (3) 死锁的避免(要求通道相关图上不出现圈 --- 利用虚拟通道) (4) 四种解决包冲突的解决方法
备注
第五章 Cache一致性续1
内容
基于目录的 Cache一致性 协议
一般性概念
(1) Cache一致性协议的开销分析(写无效、写更新)
基本思想(只发送给存放该副本的Cache)
(1) 目录的结构(目录里放所有共享数据块的所有Cache副本的地址表、 每个目录项（每个数据结构）包含以及重写位)
目录的方式
(2) 控制方式(级、单元、部分级控制) (3) Ω网(特点、 互联函数及网络描述) (4) 蝶式网络(特点、互联函数及网络描述) (5) 其它(总线、交叉开关)
备注
第三章 互连与通信续2
通信问题
内容
基本术语与性能指标
(1) 消息、包、片 (2) 互联网络(描述(拓扑、寻径算法、流控制)、性能指标(传输时延、吞吐量)) (3) 传输时延(建立时延(源结点时延、目的结点时延)、
备注
第四章 并行存储器系统
内容
存储器系统的 层次结构
一般概念
(1) 存储器系统的层次结构 (2) 五个参数(时间、容量、成本、带宽、单位)
包含性、一致 性和局部性
包含性
(1) 定义 (2) 相邻层之间数据传送的单位
• 一致性
(1) 定义 (2) 维护一致性的两种策略(写直达、写回)
• 局部性
(1) 时间局部性 (2) 空间局部性
备注
第四章 并行存储器系统续1
存储器容 量的规划
虚拟存储 技术
内容
一般概念
(1) 有效存取时间 (2) 命中率 (3) 访问频率 (4) 命中率、缺失率、访问频率、有效访问时间之间的关系
层次结构的优化
(1) 实例 (2) 需要解决的问题(定位问题、寻址问题、替换问题、一致性策略)
共享存储与分布存储
加速比
(1) 绝对加速比、相对加速比 (2) 并行度 (3) 线性、超线性、病态加速比
三种加速比性能模型(思想、特点、决定因素、适用范围)
(1) 固定负载加速比性能模型—Amdahl定律 (2) 固定时间加速比性能模型—Gustafsun定律 (3) 受限于存储器的加速比模型—Sun-Li定律
可扩展性
定义(规模、换代、问题可扩展性)
可扩展性分析
(1) 恒等效率 (2) 恒等效率函数及其求取
备注
第三章 互连与通信
互联网络的作 用
静态网络
元件、拓扑结构、控制方式) 操作方式(同步、异步) 控制策略(集中、分布) 交换方式(电路、分组、Wormhole) 网络拓扑结构(静态、动态)
特点与指标
(1) 点－点相连，不会改变 (2) 结点度、距离、网络直径、网络规模、等分宽度、结点间线长、对称性
典型的静态网络(特点、各种指标的求取)
(1) 线性阵列 (2) 环(双向、单向) (3) 带弦环 (4) 全链接 (5) 树形(带环树、二叉胖树) (6) 星形 (7) 网格(Illiac网、环形网、搏动式阵) (8) 超立方体 (9) 带环立方体 (10) k元n-立方体网络
第一章 并行计算简介
什么是并行计 算？
内容
并行处理、并行处理计算机系统 同时性、并发性、流水
开发并行处理 单用户：加速比；多用户：吞吐率 技术的目的 典型的并行应用
备注
第二章 加速比性能模型与可扩展性分析
加速比性能分 析
可扩展性分析
内容
一般概念
(1) 处理机-时间积、有效工作量、效率 (2) 并行度 (3) 工作负载
(1) 优缺点 (2) 编程模式
DSM与SVM
备注
第四章 并行存储器系统续2
交叉访问 的存储器
内容
定义
(1) 由多个存储模块构成
分类
(1) 低位交叉 (2) 高位交叉 (3) 低位交叉与高位交叉的比较
容错
实现容错的方法(将低位交叉与高位交叉进行组合)
备注
第五章 Cache一致性
Cache 一致性 问题
第三章 互连与通信续1
动态网络
内容
特点
(1) 有源、可重构
互联函数(排列、置换)
(1) 恒等函数 (2) 立方函数 (3) 洗牌函数(均匀洗牌、第k个子洗牌、第k个超洗牌) (4) 逆洗牌函数 (5) 蝶式 (6) PM2I函数
多级互联网络
(1) 三要素 开关(两功能、四功能) 级间互联模式(均匀洗牌、蝶式、多路洗牌、纵横开关、立方体等）