計算機系統(tǒng)概述

指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在存儲器中，形式上沒有差別，但計算機應能區(qū)分他們。通過指令周期的不同階段。

完整的計算機系統(tǒng)包括，1）軟件系統(tǒng)：程序、文檔和數(shù)據(jù)；2）硬件系統(tǒng)：主機【運算器、控制器、主存儲器】和外部設備【外存、I/O設備】。

系統(tǒng)軟件包括，OS、DBMS、語言處理程序、分布式軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、標準庫程序、服務性程序。

機器語言和匯編語言與機器指令對應，而高級語言不與指令直接對應，具有較好的可以值性。

存儲系統(tǒng)

行緩沖器大小=列數(shù)*位平面數(shù)，用SDRAM實現(xiàn)。【舉例】8個16M*8位的芯片=128MB，其中8個的8即為位平面數(shù)。

MDR位數(shù)=數(shù)據(jù)線位數(shù)=存儲字長?！咀ⅰ科渲械谝粋€等于號必須成立，此由硬件決定；第二個等于號通常相等。

SDRAM，不同于DRAM（異步方式），采用同步方式與CPU交換數(shù)據(jù)，將地址和控制信號都鎖存起來。

DRAM需要讀后再生，讀后再生也具有刷新功能。但與刷新不同的是，刷新操作需要只需要給出行地址。

刷新方式分為，1）集中刷新：固定一段時間刷新，稱為死時間；2）分散刷新：增加系統(tǒng)存取周期，前半部分用于讀寫，后半部分用于刷新，沒有死時間；3）異步刷新：一個刷新周期內(nèi)一行只刷新一次，減少了死時間。

固態(tài)硬盤基于閃存，閃存基于ROM。

固態(tài)硬盤以頁為讀寫單位。

動態(tài)磨損均衡是在寫入時自動選擇較新的塊。

靜態(tài)磨損均衡更先進，沒有數(shù)據(jù)寫入時也會自動分配。

線選法，高位地址線直接連接至各個存儲芯片的片選端。

譯碼器片選法，高位地址線通過地址譯碼器產(chǎn)生片選信號。

磁盤存儲器包括，1）磁盤驅(qū)動器【即磁盤本身】；2）磁盤控制器；3）盤片。

扇區(qū)，也稱塊，是磁盤讀/寫的最小單位，也即磁盤按塊存取。

磁盤高速緩存是在內(nèi)存中開辟的區(qū)域。

磁盤存取時間為尋道時間、旋轉(zhuǎn)時延【旋轉(zhuǎn)半周】和傳輸時延【扇區(qū)處理時間】的加和。

磁盤調(diào)度算法可以優(yōu)化尋道時間，物理結(jié)構(gòu)和空閑分區(qū)的分配會影響旋轉(zhuǎn)時延，傳輸時延和旋轉(zhuǎn)時延難以從操作系統(tǒng)層面優(yōu)化。

RAID是指將多個獨立的物理磁盤組成一個獨立的邏輯盤。

從RAID0到RAID5的技術分別為，0）無冗余無校驗（條帶化）；1）鏡像；2）海明碼；3）位交叉；4）塊交叉；5）無獨立檢驗。

多模塊存儲器是一種空間并行技術，解決訪存速度問題，主要分為單體多字存儲器和多體并行存儲器。

多體并行存儲器有兩種啟動方式，1）輪流啟動，每個模塊一次讀寫位數(shù)等于數(shù)據(jù)總線位數(shù)；2）同時啟動，所有模塊一次并行讀寫總位數(shù)等于數(shù)據(jù)線位數(shù)。

CPU與cache之間數(shù)據(jù)交換以字為單位，而cache與主存的交換以cache塊為單位。

cache訪問效率等于cache全部命中所需時間/實際cache-主存訪問時間。

cache映射中比較器的個數(shù)取決于一個組內(nèi)有幾行，就需要幾個比較器。

直接映射【一行一組】，只需要一個比較器；全相聯(lián)映射【整個cache是一組】，行數(shù)就是比較器個數(shù)；n路組相聯(lián)【一組n行】，需要n個比較器。

指令cache和數(shù)據(jù)cache分離，是為了減少流水線沖突，在IF段使用指令cache，在MEM段使用數(shù)據(jù)cache。

cache缺失由硬件完成；缺頁處理由軟件完成，操作系統(tǒng)通過缺頁異常處理程序?qū)崿F(xiàn)；TLB缺失既可以用硬件，又可以用軟件來處理。

cache中各字段的意義，標記位【指明cache行中存放的是主存哪一塊的副本】、有效位【說明cache行中信息是否有效】、LRU位【記錄主存塊的使用情況，根據(jù)計數(shù)值選擇淘汰某個塊】。

指令系統(tǒng)

偏移尋址分為三種，1）相對尋址，地址相對PC偏移；2）基址尋址，地址相對基址偏移，基址由操作系統(tǒng)給出，不可變；3）變址尋址，地址相對指令中的A偏移，變址由用戶指定，可變。

變址尋址，有利于處理數(shù)組問題和編制循環(huán)程序。

基址尋址有利于多道程序設計和編制浮動程序。

浮動程序是指在多道程序設計的系統(tǒng)中，要求每道程序存放在主存的任何位置都能正確地運行。

mov指令可以將第二個操作數(shù)復制到第一個操作數(shù)，但兩個操作數(shù)不能都是內(nèi)存。

imul指令是有符號乘法指令，可以是雙操作數(shù)，也可以是三操作數(shù)，但是第一個操作數(shù)必須是寄存器。

RISC機器一定采用指令流水線，大部分指令在一個時鐘周期內(nèi)完成。