指令字格式的优化指令系统的发展和改进CISC和RISC。按CISC方向发展：面向目标程序、面向高级语言、面向操
作系统的优化实现。按RISC方向发展：设计RISC的基本原则。重叠寄存器窗口技术。延迟
转移技术。第三章总线、中断与输入输出系统输入输出系统概述经历了3个阶段对应着3种方式：程序控制I/O（程序查
询、中断驱动）、直接存储器访问（DMA）、I/O处理机方式（通道、外围处理机PPU）。输入输出设备分外存和传输设备两大
类。总线设计总线分类：半双工、全双工；芯片级、板级（局部总线）、系统级
；专用总线、非专用总线。总线的控制方式：集中式控制、分布式控制。
集中式：串行链接、定时查询、独立请求。总线的通信技术同步通信异步通信：单向控制通信（源控、
目控）、双向控制通信（非互锁、互锁）。数据宽度与总线线数中断系统中断的分类和分级。
中断的响应优先级、处理次序：响应优先级由硬件排队器固定，处理次序可通过屏蔽字灵活改变。中断系统的软硬功能分
配：指中断处理程序软件和中断响应硬件的功能分配。中断系统的功能包括中断请求的保存和清除、优先级的确定、中断断点
及现场的保存、对中断请求的分析和处理以及终端返回等。通道处理机通道处理机是IBM首先提出来的一种I/O处理机方式。
通道处理机的输入输出过程：通道类型：选择通道—高速外设，不定长宽度；字节多
路通道—低速外设，单子交叉数组（块）多路通道—高速外设，定长宽度，块交叉计算机系
统的体系结构王强华第一章计算机系统结构的基础知识计算机系统的多级层次结构关键概念：机器、虚拟机器。翻
译、解释。操作系统机器。硬联控制、微程序控制、固件。透明性。软件和硬件在逻辑功能上具有等效性
具有相同功能的计算机系统，其软、硬件功能分配比例可以在很宽的范围内变化。计算机系统结构
1964年G.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出：计算机系统结构是从程序员所看到的计算机属性，即程序员编写出能在机器上正
确运行的程序所必须了解的概念性结构和功能特性。系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下功能的分配。
系统结构设计主要研究界面的属性的透明性的取舍。计算机系统结构（体系结构）指的是传统机器级的系统结构。
计算机系统结构研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。计算机组成、实现计算机组成指的是计算
机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的数据流、控制流的组成以及逻辑设计等。它着眼于机器级内各事件的排序方式与控制机构、
各部件的功能及各部件间的联系。计算机实现指的是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，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。它着眼于器
件技术和微组装技术，其中，器件技术在实现技术中起着主导作用。IBM370系列IBM370系列计算机系统结构、组成、实现
的关系三者互不相同，但又相互影响。计算机系统结构学科实际上包括了系统结构和组成两个方面的内容。
研究的是软、硬件的功能分配以及如何更好、更合理地实现分配给硬件的功能。代表从程序设计者、计算机设计者两个不同角度
看到的计算机系统结构。软硬件取舍的基本原则系统有高的性能价格比。尽可能不要过多或不合理地限制各种组成
、实现技术的采用。进一步缩短高级语言与机器语言、操作系统与计算机系统结构之间的语义差距。计算机系统的性能评测
峰值性能—理想情况下计算机系统可获得的最高理论性能值。持续性能—实际性能，有算术平均、调和平均和几何平均三种
表示。MIPS—每秒百万条指令数。MFLOPS—每秒百万次浮点运算。计算机系统的定量设计原理
Huffman压缩原理：加速处理高概率事件远比加速处理低概率事件对性能提高要显著。Admal定律：系统加速比定义为
系统改进后的性能誉未改进时的性能的比值。Admal定律表明了性能提高量的递减规
律。程序的局部性原理：时间局部性、空间局部性。计算机系统的设计思路由上往下—适合于专用机设计。
由下往上—60-70年代以前的通用机设计思想。由中间往两边—合理的软、硬件功能分配。软件、应用、器件对系统
结构的影响软件的可移植性。实现软件移植的基本技术：统一高级语言、采用系列机、模拟与仿真。向上
（下）兼容、向前（后）兼容。系列机软件必须保证向后兼容，力争向上兼容。系统结构中的并行性发展并行性
—可以同时进行运算或操作的特性，包括同时性、并发性两重含义。并行性的等级：1.从执行程序的角度：指令内
部，指令之间，任务或进程之间，作业或程序之间。2.从处理数据的角度：位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
3.从信息加工步骤与阶段的角度：存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。并行性
开发的途径：时间重叠，资源重复，资源共享。3T性能目标—1TFLOPS计算能力、1TB主存容量、1TBpsI/O
带宽。并行处理计算机结构：流水线计算机、阵列处理机、多处理机、数据流计算机。多机系统：多处理机系统、多计算
机系统。多处理机系统：同构性多处理机系统、异构型多处理机系统。多机系统的耦合度：反映多机系统中各机器之间物
理连接的紧密度和交叉作用能力的强弱，可分为最低耦合、松散耦合、紧密耦合。计算机系统的分类弗林分类法：1966年，
弗林提出按指令流和数据流的多倍性分类。多倍性是指在系统性能瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。分为S
ISD、SIMD、MISD、MIMD四大类。第二章数据标识、寻址方式与指令系统数据表示指的是能由机器硬件直接
识别和引用的数据类型。同数据结构的关系：数据结构和数据表示是软、硬件的交界面。同运算器及运算指令的关系：决
定了运算器的结构及运算指令的设置。简单数据表示：定点数、二―十进制数、变址操作、串操作等。高级数据表示自
定义数据表示：标志符数据表示、数据描述符数据表示。标志符数据表示：能够简化指令、提供类型安
全环境。数据描述符数据表示：与数据分开存放，用于描述数组、向量、记录等。
经描述符存取操作数，及二维阵列的描述：向量数组数据表示：有向量数据表示的处理机就是向量处理机。引入向量数据表示
的主要目的是为了便于实现向量运算的并行性。堆栈数据表示：有堆栈数据表示的机器就称为堆栈机器。堆栈机器与通用寄存
器型机器的主要区别在于堆栈指令、堆栈存储的位置等。引入数据表示的原则：效率、通用性、利用率。浮点
数尾数基值大小和下溢处理方法的选择浮点数的一般格式：浮点数的特性：只能表示出数轴上分散于正、负两个区间
上的离散值；浮点数表示的值：rm阶值X尾数值；
阶码决定了数的范围，为数决定了数的精度；当尾
数右移一个rm进制数位时，为保持数不变，阶码才增1；浮点数尾数的下溢处理方法：截断法、舍入法、恒置1法、查表舍入法。
寻址方式指指令按什么方式寻找（或访问）所需的操作数。指明方式：占用操作码的某些位；
在地址码部分设置专门的寻址方式位字段。程序的定位技术：逻辑地址、物理地址。逻辑地址空间至物理地址空间的变换：静态重定位、动态重定位。按整数边界存储：字长、主存宽度（数据通路宽度）、最小寻址单位。指令系统的设计和优化指令系统的设计主要包括功能、格式方面的设计。指令操作码的优化：信息源的熵、平均码长、信息冗余量、Huffman编码。扩展操作编码：码点扩展法、扩展位扩展法。 |
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