2022年2022年计算机体系结构 .pdf

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1、第1章 计算机系统结构的基础知识计算机系统结构的定义 ；计算机系统结构与计算机组成、计算机实现的区别；计算机系统结构的分类；计算机系统设计的定量原理：以经常性事件为重点； Amdahl 定律；CPU性能公式 ；程序的局部性原理。计算机系统设计的主要任务和方法；计算机系统的性能评测； 计算机系统结构的发展；提高并行性的途径有哪些？计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。Amdahl 定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。CPU 性能公式。执行一个程序所需的CPU 时间= IC CPI

2、时钟周期时间程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。提高并行性的途径：时间重叠、资源重复、资源共享。第2章 指令系统的设计指令系统设计涉及的内容有哪些？指令系统设计的基本原则； 哈弗曼编码、等长扩展码的编码过程和平均码长的计算方法。指令集结构设计所涉及的内容有哪些？答： (1) 指令集功能设计：主要有RISC和 CISC 两种技术发展方向； (2) 寻址方式的设计： 设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频率，根据适用频率设置必要的寻址方式。 (3) 操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表

3、示的选择有：浮点数据类型、 整型数据类型、 字符型、 十进制数据类型等等。 (4) 寻址方式的表示： 可以将寻址方式编码于操作码中，也可以将寻址方式作为一个单独的域来表示。 (5) 指令集格式的设计：有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式3 种。第3章 流水线技术什么是流水线技术？ 流水线的分类，区别静态流水线和动态流水线；流水线的性能指标： 会画时空图，并用时空图计算吞吐率、加速比和效率； 经典 5段流水线的执行过程； 流水线中的 3 种相关与 3 种冲突，及如何解决？流水线： 将一个重复的时序过程，分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行

4、。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 静态流水线： 指在同一时间内， 多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作的流水线。 当流水线要切换到另一种功能时，必须等前面的任务都流出流水线之后，才能改变连接。动态流水线： 指在同一时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能的流水线。它允许在某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。第4章 向量处理机什么是向量处理机？向量处理的3

5、 种方式；提高向量处理机性能的常用技术：设置多个功能部件；链接技术 ；分段开采技术；采用多处理机系统。向量处理机的性能评价。第5章 指令级并行性的开发硬件方法指令级并行的概念；什么是静态调度和动态调度？Tomasulo 算法的基本思想 ； 动态分支预测技术： 基于硬件的前瞻执行的基本思想；多指令流出技术：超长指令字和超标量的区别？简述 Tomasulo 算法的基本思想。答：核心思想是：记录和检测指令相关，操作数一旦就绪就立即执行，把发生RAW冲突的可能性减小到最少；通过寄存器换名来消除WAR 冲突和 WAW 冲突。寄存器换名是通过保留站来实现，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作数。基本思

6、想： 只要操作数有效， 就将其取到保留站，避免指令流出时才到寄存器中取数据，这就使得即将执行的指令从相应的保留站中取得操作数，而不是从寄存器中。指令的执行结果也是直接送到等待数据的其它保留站中去。因而，对于连续的寄存器写，只有最后一个才真正更新寄存器中的内容。一条指令流出时， 存放操作数的寄存器名被换成为对应于该寄存器保留站的名称（编号） 。前瞻执行： 解决控制相关的方法，它对分支指令的结果进行猜测，然后按这个猜测结果继续取指、 流出和执行后续的指令。只是指令执行的结果不是写回到寄存器或存储器，而是放到一个称为ROB 的缓冲器中。等到相应的指令得到“确认”（即确实是应该执行的）后，才将结果写入

7、寄存器或存储器。第6章 指令级并行性的开发软件方法指令调度的基本方法； 循环展开的目的是什么？全局指令调度的目标是什么？踪迹调度和超块调度的基本思想；显式并行指令计算EPIC ；开发更多的指令级并行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 第7章 存储系统什么是存储系统？三级存储系统：cache- 主存- 辅存。cache 的基本工作原理； 3 种映像规则；查找方法；替换算法；改进cache 性能的方法：降低不命中率；减

8、少不命中开销；减少命中时间。并行主存系统；虚拟存储器；“cache- 主存”层次和“主存- 辅存”层次（虚拟存储器）的异同点有哪些？替换算法：由于主存中的块比Cache 中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。简述 “Cache 主存 ” 层次与 “ 主存 辅存 ” 层次的区别。答：存储层次比较项目“Cache 主存” 层次“ 主存 辅存 ” 层次目的为了弥补主存速度的不足为了弥补主存容量的不足存储管理的实现全部由专用硬件实现主要由软件实现访问速度的比值（第一级比第二

9、级）几比一几万比一典型的块（页）大小几十个字节几百到几千个字节CPU 对第二级的访问方式可直接访问均通过第一级不命中时 CPU 是否切换不切换切换到其它进程第8章 输入输出系统I/O 系统的基本概念；总线设计要考虑哪些问题？什么是通道处理机？通道的种类及各自的特点；通道处理机的作用和工作过程。通道：专门负责整个计算机系统输入/输出工作的专用处理机，能执行有限的一组输入输出指令。第9章 互连网络什么是互连网络 ？常用的几种互连函数有哪些？静态互连网络的结构及参数 ；动态互连网络的结构及性能参数。互连网络： 一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统中结点之间的相互连接。在拓扑上， 互连网络是输入结点到输出结点之间的一组互连或映名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 象。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -