【高级系统架构师】第一章 计算机原理

从历年考试真题来说，本章节一般有2-3题。 主要有：硬件组成、指令集（SIMD,MIMD），Flynn分类，流水线算法等。

 

重点知识梳理：

1、Flynn分类：

单指令流单数据流（SISD):传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件分配数据。（传统计算设计）

单指令流多数据流(SIMD) :以并行处理机（矩阵处理机）为代表，并行处理机包括多个重复的处理单元，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同数据

多指令流多数据流（MIMD): 指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统。如多核处理器、多处理机  (现代社会，都是这个）

2、复杂指令集系统与精简指令集系统（基本每次都有一题）

复杂指令系统计算机（CICS）：增强指令的功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统来实现。 

1） 指令数量众多

2） 指令使用频率相差悬殊

3）支持多种寻址方式

4）变长的指令

5） 可以对主存单元的数据直接处理

6） 以微程序控制为主

精简指令系统计算机（RISC）：尽量简化指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完成指令，较复杂的功能用一段子程序来实现

1）指令数量少

2）指令寻址方式少

3) 指令长度固定

4）以硬布线逻辑控制为主

5）单周期指令执行

6）优化的编译器

3 存储系统 （一般也有一题）

1）分类： 顺序存储、直接存储、随机存储、相联存储

2）主存： 随机存取存储器和只读存储器 

3）辅助存储器：顺粗存储的设备（硬盘，U盘这类）

4）Cache存储器：a、直接映像 b、全相联映像  C、 组组相联映像   （忽视吧，太难了）

4、流水线（一般也有一题）

1、 执行时间 公式：1条指令相加   100条指令：1条指令相加+（100-1）*最大耗费时间

2、吞吐率： 任务数/完成任务所用的时间。

3、 加速比：T0/TK  （看案例）

 

历年真题：

1、某计算机系统采用5级流水线结构执行指令，设每条指令的执行由取指令(2∆t)、分析指令(1∆t)、取操作数(3∆t)、运算(1∆t)和写回结果(2∆t)组成，并分别用5个子部完成，该流水线的最大吞吐率为(1);若连续向流水线输入10条指令，则该流水线的加速比为(2).

解析：

吞吐率 n/(2t+1t+3t+1t+2t+(n-1)*3t)=n/(6t+3nt)   

加速比：

10条指令不用流水线的执行时间=（2t+1t+3t+1t+2t）*10=90t。

10条指令使用流水线的执行时间=（2t+1t+3t+1t+2t）+（10-1）*3t=36t。

所以加速比为：90t/36t=5:2

2、某计算机系统输入/输出采用双缓冲工作方式，其工作过程如下图所示，假设磁盘块与缓冲区大小相同，每个盘块读入缓冲区的时间T为10μs，缓冲区送用户区的时间M为6μs，系统对每个磁盘块数据的处理时间C为2μs。若用户需要将大小为10个磁盘块的Docl文件逐块从磁盘读入缓冲区，并送用户区进行处理，那么采用双缓冲需要花费的时间为（5）μs，比使用单缓冲节约了（6）μs时间。

解析：

单缓冲区执行时间：(10+6+2)+(10-1)*(10+6)=162μs

双缓冲区执行时间：(10+6+2)+(10-1)*10=108μs

双缓冲比单缓冲节省162-108=54μs。

3、DMA （直接存储器访问）工作方式是在（ ）之间建立起直接的数据通路。

解析： 主存与外设

4、RISC(精简指令系统计算机）的特点不包括：（ ）。

A. 指令长度固定，指令种类尽量少
B. 寻址方式尽量丰富，指令功能尽可能强
C. 增加寄存器数目，以减少访存次数
D. 用硬布线电路实现指令解码，以尽快完成指令译码

解析： RISC 寻址方式 少，答案是 B

5、在嵌入式系统的存储部件中，存取速度最快的是（）

A. 内存
B. 寄存器组
C. Flash
D. Cache

解析：  快-》慢    寄存器>Cache>内存>外存   答案是：B

大致从历年真题来看，计算题占80%   计算公式必须学会。