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  • 【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。

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