北京交通大学计算机体系结构英文教材翻译梗概.pdf

简介：
计算机体系结构作为计算机科学的核心课程之一，旨在深入探讨计算机系统的组成、结构、性能及优化设计。以下是对计算机体系结构基础知识点的系统梳理与总结：### 1.1 计算机系统的层次结构划分 计算机系统可划分为六个主要层次：1. 硬件层：包含中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出设备。2. 微代码层：涵盖微程序控制单元与微指令结构。3. 指令集架构层：涉及指令集、数据类型及寻址方式。4. 操作系统层：包括进程管理、存储管理和文件管理功能。5. virtual machine层：涵盖虚拟化技术与高级语言支持模块。6. 应用层：涉及应用程序及用户界面交互设计。### 1.2 计算机体系结构的属性与实现 而计算机体系结构的属性主要由指令集、数据类型及寻址方式决定，其实现则涉及组成属性与硬件实现细节。### 1.3 计算机设计者的使命 作为设计者，我们需满足多方面的功能需求，包括满足特定应用领域的性能需求、确保软件兼容性、满足操作系统需求以及推动标准化进程。同时，还需兼顾系统的性能、性价比、设计复杂度及体系结构的生命周期价值。### 1.4 性能评估指标 评估计算机体系结构性能可通过执行时间、 SPEC92 基准测试套件及 benchmark suites等多个指标进行量化分析。### 1.5 加速比定理 阿达姆尔定理指出，通过优化局部指令的加速比，可以显著提升整体系统的加速比水平。### 1.6 体系结构分类 按照弗林分类法，计算机体系结构可分为四类：单指令流单数据流（SIMD）机器、单指令流多数据流（MIMD）机器、多指令流单数据流（MISD）机器及多指令流多数据流（MISD）机器。### 2.1 指令集结构分类 指令集结构主要可分为面向堆栈、面向累加器和面向通用寄存器三种类型。值得注意的是，自1980年以来，计算机系统普遍采用面向通用寄存器（GPR）的指令集结构。### 2.2 存储器地址解析 记忆体地址解析机制包括字节编址、半字编址和字编址三种方式，同时需考虑对齐规则和字节顺序问题。### 2.3 寻址方式探索 寻址方式主要包括立即寻址、偏移寻址和寄存器间接寻址等多种类型。这些寻址方式虽然有助于减少指令数量，但也增加了机器实现的复杂度和平均CPI值。以上是对计算机体系结构基础知识点的系统总结，旨在为深入理解计算机体系结构奠定基础。