电脑知识：计算机设计基本原理知识

2. 计算机系统结构作为一门学科，主要是研究软件、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。计算机系统结构，计算机组成和计算机实现是三个不同的概念。计算机系统结构是计算机系统的软硬件的界面；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。

3. 计算机系统结构的分类

(1) 通常把计算机系统按照其性能和价格的综合指标分为巨型、大型、中型、小型、微型等。

(2) 按用途可分为科学计算、事务处理、实时控制、家用等。

(3) 按处理机个数和种类，可分为单处理机、多处理机、并行处理机、关联处理机、超标量处理机、超流水线处理机、SMP（对称多处理机）、MPP（大规模并行处理机）、机群系统等。

(4) Flynn分类法。按照指令流和数据流的不同组织方式，将计算机系统结构分为以下四类：

¨ 单指令流单数据流SISD（Single Instruction stream Single Datastream ）
¨ 单指令流多数据流SIMD（Single Instruction stream Multiple Datastream ）
¨ 多指令流单数据流MISD（Multiple Instruction stream Single Datastream ）
¨ 多指令流多数据流MIMD（Multiple Instruction stream Multiple Datastream ）

（5）冯氏分类法。提出用最大并行度对计算机系统结构进行分类。分为：
¨ 字串位串WSBS（Word Serial and Bit Serial）
¨ 字并位串WPBS（Word Parallel and Bit Serial）
¨ 字串位并WSBP（Word Serial and Bit Parallel）
¨ 字并位并WPBP（Word Parallel and Bit Parallel）

（6）汉德勒分类法。根据并行度和流水线提出的分类方法。

4. 计算机系统设计者的主要任务

(1) 确定用户对计算机系统的功能、价格和性能的要求。

(2) 软硬件的平衡。

(3) 设计出符合今后发展方向的系统结构。

5. 计算机系统设计的主要方法

(1) "由下往上"（bottom-up）设计。

(2) "由上往下"（top-down）设计。

(3) "由中间开始"（middle-out）设计。

6. 系统结构的评价标准

(1) 用基准测试程序来测试评价机器的性能。

(2) 成套的基准测试程序。

(3) 程序执行时间

(4) MIPS（Million Instructions Per Second）
MIPS = =

(5) MFLOPS（Million FLoating point Operations Per Second）
MFLOPS =

7. 计算机系统设计的定量原理

(1) 加快经常性事件的执行速度(Make the common case fast)。

(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。
Fe表示（改进前可改进部分占用的时间）/（改进前整个任务的执行时间），Se表示（改进前改进部分的执行时间）/（改进后改进部分的执行时间），则：
改进后的整个任务的执行时间为：
, 其中为改进前的整个任务的执行时间。
改进后的整个系统加速比为：

（3）CPU性能公式。
CPU时间=CPU时钟周期数/频率；
CPU时间=CPU时钟周期数*时钟周期长；
平均时钟周期数CPI=CPU时钟周期数/IC（指令的条数）；
CPU时间=（IC*CPI）/频率f；

（4）访问的局部性原理。
时间局部性、空间局部性。

8．冯o诺依曼计算机的特征可概括为：

（1）存储器是字长固定的、顺序线形编址的一维结构。

（2）存储器提供可按地址访问的一级地址空间，每个地址是唯一定义的。

（3）由指令形式的低级机器语言驱动。

（4）指令是执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。

（5）以运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传送都途经运算器。运算器、存储器、输入输出设备的操作以及它们之间的联系都由控制器集中控制。

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