精选计算机系统结构期末考试题目.docx

第一章：1 .计算机系统结构的定义答：由程序设计者看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。2 .透明性概念答：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称 为透明性现象。3 .兼容性向后兼容兼容性：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器，可获得相同的结 果，差异只在于不同的运行时间。向后兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行于在它 之后投入市场的机器。4 . Amdahl 定律答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方 式的使用频率或占总执行时间的比例有关。5 . CPI答：每条指令的平均时钟周期数。6 . MIPS答：每秒百万条指令数！ MIPS二时钟频率/（CPI* 10八6）. MFLOPS答：每秒百万次浮点操作次数。乂51/»5=程序中的浮点操作次数/（执行时间*10八6）.命中率的概念答：7 . Flynn分类法是按指令流和数据流的多倍性特征进行计算机系统结构的划分答:单指令流单数据流SISD单指令流多数据流SIMD多指令流单数据流MISD实 际不存在）多指令流多数据流MIMD8 .计算机系统设计的定量原理（四个）答：加快经常性事件的速度Amdahl定律CPU性能公式访问的局部性原理. CPI和加速比的计算答：CPI=CPU时钟周期数/ICCPU时间=CPU时钟周期数/频率CPU时间=CPU时钟周期*时钟周期长加速比=采用改良措施后的性能）/（没有采用改良措施前的性能）=（没有采用改良措施前执行某任务的时间）/（采用改良措施后执行某任务的时间）9 .软硬件实现的特点硬件实现：速度快、本钱高；灵活性差、占用内存少软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多.系统评价的标准运算速度存储器系统其他性能本钱标准第二章指令系统.数据表示和数据类型答：数据表示是计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的数据类型。1 .浮点数和定点数的区别是浮点数的小数点可以不是固定的.浮点数的表示方式，物理空间可以划分为四个局部答：mf尾数的符号位ef阶码的符号位e阶码的值 m尾数的值.评价浮点数表示性能的三个指标答：表数范围，表数精度，表数效率.浮点数舍入处理恒舍法恒置法2 .警戒位的设置在规定的尾数字长之外，运算器中的累加器需要另外增加的长度称为警戒位不设置警戒位，可能出现很大的误差。3 .数据描述符的数据表示方法和带标志符的数据表示方法的不同在于前者可以表示一组 数据.字节编址的存储器，字长为64位，每个字的最低三位二进制数值都为0,因此造成了 地址空间的浪费4 .零地址空间，对通用存放器、主存和I/O设备分别进行编址，那么系统具有3个零地址 空间。5 .间址寻址和变址寻址的方式间接寻址方式与变址寻址方式的比较，目的相同：都是为了解决操作数地址的修改。 原那么上，一种处理机中只需设置间址寻址方式与变址寻址方式中的任何一种即可，有 些处理机两种寻址方式都设置主要优缺点比较：(1)采用变址寻址方式编写的程序简单、易读。(2)对于程序员，两种寻址方式的主要差异是：间址寻址：间接地址在主存中，没有偏移量变址寻址：基地址在变址存放器中，有偏移量(3)实现的难易程度：间址寻址方式容易实现(4)指令的执行速度：间址寻址方式慢(5)对数组运算的支持：变址寻址方式比较好.指令系统中操作码的表示方式，三种，其中最节省存储空间的是哪种，各自的特点是什 么？答：固定长操作码，Huffman编码，扩展编码O1固定长度操作码：规整，便于编码；浪费信息量O2Huffman编码法：节省内存空间；不规整，不便于编码03扩展编码法：使操作码的平均长度最短，信息的冗余量最小.地址码个数选择的结论是什么？6 .计算一段代码的访存次数、程序存储量和执行速度.根本指令系统有哪五类答：数据传送类指令，运算类指令，程序控制类指令，输入输出指令，处理机控制和调 试指令. CISC和RISC的特点和区别RISC的特点(1)大多数指令在单周期内完成(2)L0AD/ST0RE 结构(3)硬布线控制逻辑(4)减少指令和寻址方式的种类(5)固定的指令格式(6)注重编译的优化CISC的特点处理机的指令平均执行周期都在4以上，增强指令系统功能，简化了软件，硬件复杂了. RISC思想的精华是减少指令平均执行周期题 2.16第三章存储系统1 .存储系统的定义、性能指标答：两个或两个以上速度，容量和价格各不相同的存储器用硬件，软件或者软件与硬件 相结合的方法连接起来成为一个系统。速度接近最快，容量接近最大的，价格接近最廉 价的。性能指标：存储容量，速度，价格.计算机存储系统的层次结构答：1层：通用存放器堆，2层：指令和数据缓冲栈，3层：Cache, 4层：主存储器，5 层：联机外部存储器，6层：脱机外部存储器.什么是频带平衡问题？解决它的三个主要方法是什么？答：存储器的访问速度能不能跟得上系统的需求，是影响整个计算机性能的极为重要的 关键问题，这就是存储器的频带平衡问题。解决方法：1,多个存储器并行工作，2设置各种缓冲存储器，3,采用存储系统，特别 是Cache存储系统。2 .高位交叉访问和低位交叉访问的目的是什么？答：高位交叉访问：用来扩大存储器的容量。低位交叉访问：提高存储器的访问速度。3 .地位交叉访问如何实现快速存取。分时启动.采用地位交叉访问，如何实现无访问冲突？答：把主存储器的存储体个数设置为质数个.虚拟存储系统由主存和虚拟存储器构成4 .虚拟存储系统分为段式、页式和段页式，各自的特点是什么？答：段式的优点：程序的模块化性能好，便于程序和数据的共享，缺点：地址变换所花 费的时间比较长，主存储器的利用率比较低。页式的优点：主存储器的利用率比较高，页表相比照拟简单，地址映像和变换速 度比较快。缺点：程序的模块化性能不好，页表很长，占空间。段页式优点：模块化性能好，利用率高，管理容易。5 .通过什么表格进行地址映像和变换段表，页表，段页表.快慢表怎样实现二级存储系统快表：小容量（几几十个字），高速硬件实现，采用相联方式访问。慢表：当快表中查不到时，从主存的慢表中查找；慢表按地址访问；用软件实现。快表与慢表也构成一个两级存储系统。主要存在问题：相联访问实现困难，速度低.页面替换算法中LRU和FIFO分别代表什么？如何画调度表答：LRU：最久未使用算法，FIFO：先进先出算法。调度表：P166. Cache存储系统的组成主存和虚拟存储器构成.地址映像和变换方式，掌握全相联、直接映像及组相联三种，了解各自的特点答：在Cache中，地址映像是指把主存地址空间映像到Cache地址空间；地址变换那么 是指当程序已经装入到Cache之后，在实际运行过程中，把主存地址如何变换成Cache 地址。全相联优点：块的冲突率最小，利用率也最高；缺点：代价高，访问速度慢。直接映像优点：硬件实现简单，访问速度也比较快，确定：冲突率比较高，Cache的命 中率很低。组相联优点：Cache的利用率比较高，缺点：就是实现难度比较大。6 . Cache加速比的计算P193题 3.1, 3.14第四章I/O系统的根本输入输出方式及特点答：根本输入输出方式：程序控制输入输出方式；中断输入输出方式；直接存储器访问 方式。特点：异步性，实时性，设备无关性。2 .中断优先级是根据中断硬件排队器决定，中断的紧迫性由四个因素决定四个因素：中断源的急迫性；设备的工作速度快）；数据恢复的难易程度难）；要求 处理机提供的效劳量少）。3 .能绘制中断请求图.中断的软硬件功能分配主要需要考虑从第一次关cpu中断到第一次开cpu中断为止的这 段时间4 .中断屏蔽的方法有：设置中断屏蔽码和改变处理机优先级.中断屏蔽码的设置方法及判定5 .通道和IOP的主要作用是将外围设备的管理工作从cpu中别离出来题4.4第五章.指令重叠执行方式的执行时间计算答：顺序执行：T=3nt； 一次重叠:T=(l+2n)t；二次重叠:T=2+n) to.二次重叠执行必须解决的两个问题答：1)有独立的取指令部件、指令分析部件和指令执行部件(2)要解决访问主存储器的冲突问题.先行控制方式的关键技术：缓冲技术和预处理技术1 .处理机的结构图5.3，能了解一个程序指令的执行情况.数据相关的种类答：指令相关，主存操作数相关，通用存放器相关和变址相关。2 .控制相关的种类答：主要包括：无条件转移、一般条件转移、复合条件转移、中断等。3 .转移预测技术：软件猜测法和硬件猜测法的原理和方法，两个先行缓冲栈的理解软件“猜测法目标：通过编译器尽量降低转移成功的概率。硬件“猜测法方法：通过改变硬件结构来降低转移指令对流水线的影响两个先行指令缓冲栈向前条件转移，转移成功与不成功各50%在先行指令缓冲栈中增加一个先行目标缓冲栈按照转移成功的方向预取指令到先行目标缓冲栈中。先行指令缓冲栈仍然按照转移不成功的方向继续预取指令。如果转移不成功，那么继续分析原来先行指令缓冲栈中指令。如果转移成功，那么分析新增设的先行目标缓冲栈中的指令。4 .流水线工作原理答：流水线方式是把一个重复的过程分解为假设干个子过程，每个子过程可以与其他子 过程同时进行。5 .时空图绘制.流水线的特点理解答：在流水线中处理的必须是连续的同类任务，只有连续不断的提供同类任务才能充 分发挥流水线的效率。在流水线的每一个功能部件的后面都要有一个缓冲存放器，用于保存本段的执行 结果。流水线的各段时间尽量相等。流水线中需要有“装入时间和“排空时间。每个子任务由一个专门的功能部件来实现。6 .流水线的分类按是否线性，级别，功能，数据表示，静动态等进行划分)，各个流水 线的工作原理答：是否线性：线性流水线和非线性流水线。级别：处理机级流水线；功能部件级流水线；处理机间流水线。功能：单功能和多功能流水线数据表示：标量流水线和向量流水线静动态：静态流水线和动态流水线。1）线性流水线：每一个流水段都流过一次，而且仅流过一次2）非线性流水线：某些流水段之间有反响回路或前馈回路。3）单功能流水线：只能完成一种固定功能的流水线。4）多功能流水线：流水线的各段通过不同连接实现不同功能5）处理机级流水线，部件级流水线（操作流水线），宏流水线6）按照数据表示方式：标量流水线和向量流水线7）按照控制方式：同步流水线和异步流水线7 .流水线性能分析指标和计算，结合时空图吞吐率、效率、加速比.非线性流水线的调度目的防止流水线发生冲突，提高流水线的吞吐率和效率。8 .功能部件冲突问题.非线性流水线的表示9 .无冲突调度方法（能画出状态图）.顺序流动和乱序流动的原理和方法答：顺序流动：一串连续任务在流水线中是一个接一个地在各个功能段中间流过，从流 水线的输出端看，任务流出流水线的顺序与输入端的任务输入顺序完全相同。乱序流动：在发生数据相关时，要允许没有数据相关的后续指令进入相关指令所占 用的功能段执行，并超越相关的指令继续往前流动。18.四种不同类型处理机的性能比较P321机器类型K段流水线 基准标量处 理机M度超标量 处理机N度超流水 线处理机（M,N）度超 标量超流水线 处理机机器流水线 周期1个时钟周期11/N1/N同时发送指 令条数1条M1M指令发射等 待时间一个时钟周 期11/N1/N指令级并行 度ILP1MNM*N.单发射和多发射，多发射流水线处理机的结构P324单发射处理机：在一个时钟周期内只从存储器中取出一条指令，并且只对一条指令进行 译码，只执行一条指令，只写回一个运算结果。多发射处理机：在一个根本时钟周期同时从Cache中读出多条指令，同时对多条指令进 行译码。19 .多流水线调度的三种方法及时空图绘制。1顺序发射顺序完成02顺序发射乱序完成03乱序发射乱序完成题 53 5.11第六章向量处理机.向量表示方式，尤其是稀疏向量的表示和计算方法1 .向量处理机分为两种结构.向量三种处理方式，哪两种适合向量计算，分别适合什么结构的向量处理机？答：纵向处理方式和纵横处理方式。前者适合存取器-存取器结构，后者适合存放器-存 放器结构。2 .向量处理机的向量/标量性能平衡问题答：向量平衡点定义为了使向量硬件设备和标量硬件设备的利用率相等，一个程序中向 量代码所占的百分比。3 .向量计算机的功能部件和操作数存放器的预定判别.向量链接技术，能画图4 .向量循环开采技术.向量协处理器为什么具有价格低的优点，大批量-为什么大批量就价格廉价？5 .向量处理机的向量指令的处理时间计算编队和链接）题6.7第八章SIMD处理机. SIMD处理机、阵列处理机和并行处理机1 .特点几个CU,几个PU）.两种根本结构分布式存储器结构和共享存储器结构.五元组表示方法M=N,C,I,M,R）. SIMD处理机是否采用流水线技术2 .有限差分问题的表示和计算方法第九章 多处理机（MIMD处理机）1 . 了解多处理机系统的特点，从与SIMD处理机比较的角度. 了解影响多处理机性能的原因2 .衡量任务粒度大小的尺度是什么. N台处理机（包括两台处理M个任务的方法和计算3 .多处理机的Cache 一致性问题.监听协议，写无效策略和写更新策略，哪种更常用