程序设计期中考总结.docxVIP

Von Neumann提出存储程序计算机模型；存储程序结构特点：以运算器为核心；采用存储程序原理（指令和数据都在存储器）；存储器按地址访问的、线性编址的空间；控制流由指令产生；指令由操作码和操作数组成；数据以二进制编码表示，采用二进制运算。计算机分型：VLSI/向量机/流水线/Cache/并行；David Patterson提出了RISC体系结构；线延迟墙：导线变细，阻力变大；导线间隔变短，导致耦合电容，从而影响频率；频率墙：不能仅仅依靠提高处理器的主频来提高系统的性能；存储墙：处理器性能与存储系统性能之间存在巨大的差距I/O墙：处理器的主频与I/O总线时钟频率之间存在巨大的差距程序的时间局部性（循环），程序的空间局部性（数组）开销性能设计必须考虑的因素：成本和价格芯片制作过程：版图设计、备片、光刻成像、参杂、金属化、、钝化、切割、测试、封装集成电路成本=计算机系统的成本和价格影响计算机系统成本的主要因素：时间和产量等，最直接影响是时间计算机性能评测：时间；响应时间（执行时间）：从事件开始到结束之间的时间。吞吐率：在单位时间内所能完成的工作量（任务）。用户以响应时间为标准，多道程序系统以吞吐率为标准响应时间与性能成反比“X比Y快”：对于给定的任务，X的响应时间比Y少，“X比Y快n倍”指：响应时间一般定义为CPU时间CPU时间：CPU运行某程序时的工作时间，包括用户CPU时间和系统CPU时间计算机性能设计和评价的原则：大概率事件优先、Amdahl定律Amdahl定律：加快某部件执行速度所获得的系统加速比，受限于该部件在系统所占的重要性。该定律可以确定系统中对性能限制最大的部件，也可以用来计算通过改进某部件所获得的系统性能的提高。推论：如果仅对计算机一部分做性能改进，则改进越多，获得的效果越小；如果只针对整个任务的一部分进行优化，那么所获得的加速比不小于1/（1-fe）；系统加速比系统加速比依赖的两个因素：可改进比例、部件加速比。fe是可改进比例，Se是部件加速比，Te是优化后的时间，S是系统加速比程序执行的CPU时间为：CLK总时钟周期数程序执行过程中所处理的指令书IC每条指令执行所需要的时钟周期数CPI时钟频率（f）反映了计算机实现技术、生产工艺和计算机组织；指令的平均时钟周期数（CPI）反映了计算机组织（如流水线）和计算机指令集结构。程序的指令数IC：反映了计算机指令集的结构和编译技术。第三章 程序编译的过程GCC可以编译多种高级语言，包含了预处理器、编译器、汇编器、链接器等组件。第四章 指令系统指令集：指令的集合，每条指令由CPU执行指令表示方法：二进制格式；物理存储空间组织方式位、字节、字等；x86可变字长RISC固定字长操作由操作码表示操作数：存储单元的地址，隐含或显示表示存储单元：存储器、寄存器、堆栈和累加器大端方式：高地址存低位；小端方式：高地址存高位DLX指令集结构特点：注重指令流水效率；简化指令的译码；32个32位通用寄存器；R0始终为0；R31保存返回地址。寄存器寻址：ADD，R1，R2，R3立即数寻址：ADD，R1，R2，#42偏移寻址：ADD，R1，R2，40（R3）寄存器间接寻址：ADD，R1，R2，（R3）I类型指令：Regs[R1] ←32 Mem[30+Regs[R2]]R类型指令：J类型指令：J name##表示拼接下标表示选中某个域，上标表示复制某个域，Mem表示存储器中的一个数组，存储器按照字节寻址，可以传送任意字节的数据。MIPS指令集设计原则：简单有益于规整；所有算术指令都有三个操作数，操作数的顺序是固定的（目标操作数在前）