1、计算机设计者的工作：指令集设计、功能组成设计、逻辑电路设计和硬件结构的设计等。
2、设计计算机的功能并不就是用户所需要的功能，它主要考虑到成本、技术、兼容性和市场大小等诸多因素，体现在生产和设计中要有赢利，用户承受得了。衡量原则就是成本性能比。根据这一原则，我们首先要设计确定计算机应具有的功能，我们也称之为功能结构设计。
完成了这一步，我们就可以进行指令结构和工艺结构的设计。
3、软件和硬件实现的取舍原则？
常用的基本功能或产量很大的功能才适宜于用硬件实现。投入的硬件实现经费和提高的性能是否被市场接受。用户的消费心理是少投入多获益，能做到这一点的话，市场会增大，v值也会增大，产量大成本就会下降。
设计者最终要用成本性能比作为软、硬件实现功能的取舍标准；消费者要用**性能比作为选购计算机系统的取舍标准。
4、设计人员的参考原则：
1.考虑用户应用领域。
2.设计周期长的硬件不宜采用。
3.常用的功能尽量采用硬件实现。
4.实现功能的成本性能比(或**性能比)要低。
5.超前设计。
5、计算机设计的四个原则：（1）amdahl定律，（2）高频事件高速处理(大概率事件优先的原则)，（3）局部性原理，（4）适应计算机发展趋势。
5.2、amdahl定律可以概括为：计算机性能的改善程度受其采用的快速部件(被提高性能的部件)在原任务中使用所占的时间百分比的限制。
5.3、局部性原理，即程序尽可能重复使用它最近使用过的数据和指令。这个原理主要包含三个方面：
1.最重要的是90/10局部性规则， 2.时间局部性，3.
空间局部性。
6、计算机的设计过程：计算机系统结构设计、计算机组成设计和计算机实现。
6.1、计算机系统结构是指研究、归纳、设计——机器语言程序员或编译程序生成在该计算机系统上能正确运行的程序时所看到的和遵循的计算机属性，以及如何改进、提高这种属性。我们把它比喻为方针政策。
计算机系统结构设计主要是计算机的功能设计和指令集的设计。
6.2、计算机组成设计是指计算机系统结构的逻辑实现。主要是指机器级功能的硬件逻辑设计，包括机器级的数据流和控制流的组成设计及其逻辑功能设计。
遵循系统结构给定的方针和策略，我们比喻其为组织实施。
6.3、在指令系统中指令的确定是属于计算机系统结构的，而指令操作的实现，如取指令、取操作数、运算、送结果等具体操作及排序方式是属于计算机组成的，而实现这些指令功能的具体电路、器件的设计及装配技术是计算机物理实现的。
7、计算机的性能是指在计算机上完成用户的应用任务所需的时间长短。既是设计者设计计算机的目标，又是用户购买计算机的依据。
8、在一个固定的时钟节拍下，cpu按设计好的单元步骤，机械地一步一步地工作。这个固定节拍有一定的时间长度，称为时钟周期。纳秒（ns）.
例如10ns (1ns =10-9s) ，如果用它的倒数则是时钟频率，为100mhz (1/10ns =1/(10×10-9s)=108)
cputime =整个程序的总时钟数×时钟周期=整个程序的总时钟数/时钟频率。
8.1、改善cpu性能，即（1.） 时钟频率，（2.） cpi，（3）. 指令数。
9、计算机性能评价指标：除了用cputime外，还常用mips和mflops。mips的意思是每秒钟执行的百万条指令数。mflops是每秒钟执行的百万个浮点操作数。
10、更确切地说，性能是一个计算机系统完成一个能够反映用户应用程序和系统程序的客观任务的能力，称这个任务为系统的工作负载。
正确进行计算机性能评价是如何选择工作负载和如何统计比较执行时间。
10.1、计算机专家们从实际的应用中归纳一系列测试程序，用来测试机器的软件和硬件的综合性能，称这些测试程序为基准程序，代替工作负载。
工作负载基准程序分类：实际程序，核心基准程序，简单基准程序，合成基准程序。
基准程序在计算机系统设计、选择、改进以及系统性能评测、制定招标方案、选购计算机等方面是极其重要的。
基准程序构成的方法有两种：一种是从实际工作负载中抽取**称为自然测试负载，另一种是为了测试而专门构成的程序**称之为人工测试负载。
基准程序的一般设计原则： 1. 具有代表性，反映用户的实际应用。
2. 不能对基准程序进行优化。 3.
复现性。能重复测试，其环境相同，结果能重复出现。 4.
可移植性。系统相关性要小。 5.
紧凑性。基准程序不宜太庞大。 6.
成本-效率要高。
11、lst price =器件成本×(1＋直接成本%)/1－平均折扣%)×1－间接成本%)
12、计算机分成三种机器结构：堆栈结构、累加器结构、通用寄存器结构。
12.1、堆栈结构：优点：
赋值表达式简单，指令长度较短，**密度高；缺点：不能随机访问存储器，**效率低。 12.
2、累加器结构：优点：机器内部状态最少，指令长度最短，仅9个字节；缺点：
仅一个暂存器，和存储器的通信频繁。 12.3通用寄存器结构：
优点：第一类寄存器利用率最高，**长度max＜15字节。第二类和累加器形式相似，暂存器个数多；缺点：
寄存器要显示说明，导致指令字较长。
13、确定了计算机应有的功能后，并确定了哪些功能是由硬件来实现(直接提供指令)，哪些功能是由软件实现(由基本指令组合实现)后，再来进行指令集的设计。
14、指令设计四原则：⑴应用范围；分三类：基本指令、专用指令、特权指令。
指令的使用概率；最常用指令操作：存储器访问、算术逻辑单元操作和转移指令操作三类。
常用指令分析；控制操作、算术操作和数据传输三大类指令最常用。
特殊指令设计。分为两大类：第一类特权指令，即操作系统中必须具有的特殊指令；第二类专用指令，即某些应用范围中特别有用的指令。
17、在指令中根据操作数指示计算出逻辑地址和物理地址而得到操作数的方法，称为寻址方式。
18、字单元地址内有两种字节排列次序：第一种为低位收尾，其字节次序是低字节在最低位的排列；第二种为高位收尾，其字节次序是高字节在最低位的排列。
19、假设访问的数据字节数是s，而访问的字节地址是a，那么a mod s =0，则称为地址a所访问的s字节是对齐的。 对齐电路有两种：
一种是外部对齐，指cpu和外部器件交换时的数据对齐关系。
内部对齐，指cpu内部数据总线和寄存器之间的数据对齐关系。
21、操作码优化。 优化的目的一是压缩编码；二是提高译码速度。
哈夫曼压缩的基本思想是：出现频率最大的事件用最少的位来表示，而频率较小的事件用较多的位来表示，从而达到平均位数缩短的目的。
23、编译设计工作者的基本原则是“大概率事件要快，随机事件(小概率事件)要正确”。
27、处理器可分为两部分：1. 数据通路，执行算术逻辑运算，完成计算机的计算功能。2. 控制器是处理器中的主控部分，是将指令转换为实际硬件动作的桥梁，设计最复杂。
27.1、数据通路是处理器中处理数据的部件，数据从主存取出，经数据通路的处理，得到所需要的结果后，再送回主存存放。 数据通路的组成：
一个算术逻辑运算部件（alu）和一些寄存器（pc、iar、mar、mdr、temp和通用寄存器ri等）
28、一条指令的执行分为以下五个步骤：1. 取指令。
2. 指令译码/寄存器读出。3.
执行/有效地址计算。4. 存储器访问/完成转移。
5. 写回。
29、控制器的设计与实现途径：硬连线控制和微程序控制。
编码就意味着增加一些硬件电路来解释这些信号，而不是直接使用它们，这样的微指令编制方式称垂直微**，而完全不编码的微指令称水平微**。
30、流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行的操作的一种准并行处理实现技术。流水线是制造高性能cpu的关键技术。
作用：提高硬件功能部件的使用率，减少指令的平均执行时间。
工作分三个阶段：建立、稳态、排空。 流水线深度是指流水线中总的流水级的数目。
31、每条指令平均执行时间=非流水计算机上指令执行时间/流水线深度。
32、流水线竞争有三种：结构竞争，数据竞争，控制竞争。
结构竞争时，流水线暂停一个时钟周期，即插入一个停顿（气泡）。
存在的原因：减少成本，降低单元电路的延时时间，减少电路的复杂程度。
33、基本流水线的扩展：1、允许ex级可以重复多次来完成一个操作。2、增加多个浮点功能单元。
改动后的流水级ex级，增加如下四个部件：1. 主整数部件，和基本流水线相同，主要处理存、取指令，整数alu操作和转移指令。
2. 浮点和整数乘法部件。3.
浮点加法部件，主要处理浮点加、减和数据转换操作。 4. 浮点和整数除法部件。
34、指令执行完成的顺序和它们被发射时的顺序是不一致的，称为“乱序”。
36、记分牌就是一种允许指令乱序执行，克服资源和数据冲突的技术。
四级流水步骤：
⑴ 发射级(issue处理结构竞争和waw竞争。
⑵ 读操作数(read operands动态解决raw竞争。
⑶ 执行(execution)
⑷ 写结果(write result处理war竞争。
38、开发程序中指令级的并行性主要有三方面任务： 1.寻找线性基本块中的不相关**，用于编译调度。 2.寻找那些可能包含有并行性的循环。 3.消除变量名相关。
40、一个处理器具有较高的时钟频率和较深的流水级，称之为超级流水线技术。
超级流水线时钟频率是机器时钟的整数倍。
43、存储体系的设计目标：高速度、大容量、低**。
44、命中率（hitrate）h：cpu产生的有效地址可以直接在高层存储器中访问到的概率。
45、失配率（missrate）m：cpu产生的有效地址不能直接在高层存储器中访问到的概率。
46、若块传送只需几十个时钟周期，那么此传送机制一般用硬件控制；若是几千个，则软件实现。
48、cpu主存物理地址两部分组成：居地址高端的块帧地址和低端部分的块内转移地址。
49、基本替换策略三种：随即替换策略、先进先出策略、最近最少使用策略。
56、主存的组织方式：单体单字主存结构、单体多字主存结构、多体交叉主存结构。
57、i/o设备分三类：数据表示设备、网络通讯设备、存储设备。
58、网络通讯分类：按连接处理器距离分为：局域网、广域网、mpp。
按采用通讯介质，分为：铜线电信号设备和光纤设备。
59、网络并行计算实现依赖技术：高性能的网络和简洁的系统软件。
体系结构重点
题型 填空，名词解释，简答，计算。计算题 1.指令系统，指令编码。等长编码，huffman编码，分组编码。2.性能 加速比 amdahl定理。3.页面置换算法fifo，lru 4.输入输出 中断系统，中断屏蔽码。5.标量机 流水线 画流水线时空图，计算效率，找出瓶颈，顺便看一下加法和乘法混合的时空图...
体系结构复习重点
注 红色代表不确定，玫粉色是加进去的。第一章不考大题，第二章不考概念。一 小题。1 amdahl定律。系统中某一部件由于采用更快的执行方式后，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。2 指令级并行。一种平行计算形式，在一个程式运行中，许多指令操作，能在同时间进行。3 程序...
软件体系结构重点
1.体系结构的概念。软件体系结构包括构成系统的设计元素的描述，设计元素的交互模式，以及在这些模式中的约束。精简为 组件 连接件 约束。2.体系结构风格。体系结构风格是描述特定系统组织方式的惯用范例，强调组织模式和惯用范例。精简为 构件 连接件集 拓扑和约束。3.ustamp 质量属性场景 quali...