计算系统概述核心知识图谱考研专项版
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计算系统概述核心知识图谱（考研专项版）
计算机系统核心知识图谱（考研专项版）
🔍 计算机分类：细化对比与考点映射
电子模拟 vs 数字计算机对比表（常考选择题）
| 特性 | 电子模拟计算机 | 电子数字计算机 |
|---|---|---|
| 信号类型 | 连续物理量（电压/温度） | 离散数字信号（二进制） |
| 精度 | 低（误差1%-0.1%） | 极高（理论无限精度） |
| 运算方式 | 并行模拟电路 | 串行/并行数字电路 |
| 存储能力 | 无独立存储器 | 分层存储体系 |
| 典型应用 | 🌟仪表控制系统（如PID调节） | 通用计算、数据处理 |
专用计算机新增考点
- DSP芯片特性 ：哈佛结构（指令与数据分开存储）、硬件乘法器、零开销循环
- SoC系统 ：ARM Cortex-M系列典型案例（如STM32集成ADC/DSP/ Timer）
🚀 计算机发展阶段：关键技术突破补充
代际关键创新点
1958年肖克利获诺奖
1958年德州仪器首块IC
1971年Intel 4004
2000年多核革命
第一代 电子管
第二代 晶体管
第三代 中小规模IC
第四代 VLSI
第五代 异构计算
🌟考点提示
- 三代机重要转变：操作系统的诞生（如UNIX雏形）
- 冯诺伊曼瓶颈突破：现代计算机采用 哈佛混合架构 （CPU内部高速缓存分流）
💾 存储器发展：新型技术补充
存储技术演进轴
磁芯 → DRAM（三管→单管） → SDRAM → DDR4 → HBM（3D堆叠）
新型存储器（可能出简答）
| 类型 | 特性 | 应用场景 |
|---|---|---|
| PCRAM | 相变原理，高密度 | 替代NAND Flash |
| MRAM | 磁阻效应，写入速度快 | 工业级缓存 |
| ReRAM | 电阻变化，低功耗 | 物联网设备 |
⚙ CPU架构演进：重点公式补充
🌟性能公式（必背）
- 程序执行时间 = 指令数 × CPI × 时钟周期
- CPU时间 = (指令数 × CPI) / 主频
- Amdahl定律：S = 1 / [ (1 - α) + α/k ]
超标量与流水线（简答题要点）
- 流水线冒险 ：数据/控制/结构冒险解决方案
- 超标量执行 ：Pentium的U/V流水线设计
- 分支预测 ：动态预测（两位饱和计数器）
🧮 性能评价：真题题型强化
MIPS计算例题（经典题型）
【题目】某处理器主频2GHz，执行测试程序100万条指令，平均CPI=1.5，求：
- 程序执行时间（秒）
- MIPS值
【解】
- T = (100万 × 1.5) / 2×10^9 = 0.00075秒
- MIPS = (100万 / 0.00075) / 1e6 ≈ 1333.3
SPEC基准测试要点
- 测试集组成 ：12个整数程序+17个浮点程序（SPEC2017）
- 结果表示 ：Base值（禁止编译器优化）与Peak值
🧭 层次结构：分层模型模拟题
计算机抽象层历年真题
操作系统的三个基本抽象：
- 进程（虚拟CPU）
- 地址空间（虚拟内存）
- 文件（虚拟磁盘）
🌟微程序控制层：
- 位于硬件层与操作系统层之间
- 将机器指令转换为控制信号序列
✏ 考研重点标注（近5年高频考点）
- 摩尔定律的未来 ：More than Moore路线（三维集成/存算一体）
- RISC vs CISC ：ARM与x86架构对比（寄存器数量/指令格式）
- 存储墙问题 ：通过Cache分级与预取算法优化
- 异构计算 ：CPU+GPU+FPGA的协同计算模式
🗂 知识结构脑图（思维可视化）
计算机系统
硬件
软件
CPU
存储体系
总线架构
操作系统
编译系统
多核架构
流水线
Cache映射
虚拟内存
建议将此笔记与《计算机组成与设计：硬件/软件接口》教材配套使用，重点关注第1、4、5章的知识延伸部分。每次复习时可结合思维导图进行知识体系重构。