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计算机系统概述

指令和数据以同等地位存储在存储器中，形式上没有差别，但计算机应能区分他们。通过指令周期的不同阶段。

完整的计算机系统包括，1）软件系统：程序、文档和数据；2）硬件系统：主机【运算器、控制器、主存储器】和外部设备【外存、I/O设备】。

系统软件包括，OS、DBMS、语言处理程序、分布式软件系统、网络管理系统、标准库程序、服务性程序。

机器语言和汇编语言与机器指令对应，而高级语言不与指令直接对应，具有较好的可以值性。

存储系统

行缓冲器大小=列数*位平面数，用SDRAM实现。【举例】8个16M*8位的芯片=128MB，其中8个的8即为位平面数。

MDR位数=数据线位数=存储字长。【注】其中第一个等于号必须成立，此由硬件决定；第二个等于号通常相等。

SDRAM，不同于DRAM（异步方式），采用同步方式与CPU交换数据，将地址和控制信号都锁存起来。

DRAM需要读后再生，读后再生也具有刷新功能。但与刷新不同的是，刷新操作需要只需要给出行地址。

刷新方式分为，1）集中刷新：固定一段时间刷新，称为死时间；2）分散刷新：增加系统存取周期，前半部分用于读写，后半部分用于刷新，没有死时间；3）异步刷新：一个刷新周期内一行只刷新一次，减少了死时间。

固态硬盘基于闪存，闪存基于ROM。

固态硬盘以页为读写单位。

动态磨损均衡是在写入时自动选择较新的块。

静态磨损均衡更先进，没有数据写入时也会自动分配。

线选法，高位地址线直接连接至各个存储芯片的片选端。

译码器片选法，高位地址线通过地址译码器产生片选信号。

磁盘存储器包括，1）磁盘驱动器【即磁盘本身】；2）磁盘控制器；3）盘片。

扇区，也称块，是磁盘读/写的最小单位，也即磁盘按块存取。

磁盘高速缓存是在内存中开辟的区域。

磁盘存取时间为寻道时间、旋转时延【旋转半周】和传输时延【扇区处理时间】的加和。

磁盘调度算法可以优化寻道时间，物理结构和空闲分区的分配会影响旋转时延，传输时延和旋转时延难以从操作系统层面优化。

RAID是指将多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑盘。

从RAID0到RAID5的技术分别为，0）无冗余无校验（条带化）；1）镜像；2）海明码；3）位交叉；4）块交叉；5）无独立检验。

多模块存储器是一种空间并行技术，解决访存速度问题，主要分为单体多字存储器和多体并行存储器。

多体并行存储器有两种启动方式，1）轮流启动，每个模块一次读写位数等于数据总线位数；2）同时启动，所有模块一次并行读写总位数等于数据线位数。

CPU与cache之间数据交换以字为单位，而cache与主存的交换以cache块为单位。

cache访问效率等于cache全部命中所需时间/实际cache-主存访问时间。

cache映射中比较器的个数取决于一个组内有几行，就需要几个比较器。

直接映射【一行一组】，只需要一个比较器；全相联映射【整个cache是一组】，行数就是比较器个数；n路组相联【一组n行】，需要n个比较器。

指令cache和数据cache分离，是为了减少流水线冲突，在IF段使用指令cache，在MEM段使用数据cache。

cache缺失由硬件完成；缺页处理由软件完成，操作系统通过缺页异常处理程序实现；TLB缺失既可以用硬件，又可以用软件来处理。

cache中各字段的意义，标记位【指明cache行中存放的是主存哪一块的副本】、有效位【说明cache行中信息是否有效】、LRU位【记录主存块的使用情况，根据计数值选择淘汰某个块】。

指令系统

偏移寻址分为三种，1）相对寻址，地址相对PC偏移；2）基址寻址，地址相对基址偏移，基址由操作系统给出，不可变；3）变址寻址，地址相对指令中的A偏移，变址由用户指定，可变。

变址寻址，有利于处理数组问题和编制循环程序。

基址寻址有利于多道程序设计和编制浮动程序。

浮动程序是指在多道程序设计的系统中，要求每道程序存放在主存的任何位置都能正确地运行。

mov指令可以将第二个操作数复制到第一个操作数，但两个操作数不能都是内存。

imul指令是有符号乘法指令，可以是双操作数，也可以是三操作数，但是第一个操作数必须是寄存器。

RISC机器一定采用指令流水线，大部分指令在一个时钟周期内完成。