计算机体系结构试题及答案免费版本.docx

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1、计算机体系构造试题及答案1, 计算机高性能开展受益于：(1)电路技术的开展；(2)计算机体系构造技术的开展。2, 层次构造：计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次构造，每一层以不同的语言为特征。第六级：应用语言虚拟机 -第五级：高级语言虚拟机 -第四级：汇编语言虚拟机 -第三级：操作系统虚拟机 -第二级：机器语言(传统机器级) -第一级：微程序机器级。3, 计算机体系构造：程序员所看到的计算机的属性，即概括性构造及功能特性。4, 透亮性：在计算机技术中，对原来存在的事物或属性，从某一角度来看又好像不存在的概念称为透亮性。5, Amdahl提出的体系构造是指机器语言级程序员所望见的计算机属性。

2、6, 经典计算机体系构造概念的实质3是计算机系统中软, 硬件界面的确定，也就是指令集的设计，该界面之上由软件的功能实现，界面之下由硬件和固件的功能来实现。7, 计算机组织是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机系统的物理实现。8, 计算机体系构造, 计算机组织, 计算机实现的区分和联系？答：一种体系构造可以有多种组成，一种组成可以有多种物理实现，体系构造包括对组织及实现的探讨。9, 系列机：是指具有一样的体系构造但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。10, 软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统构造一样的各机器，而且它们所获得的结果一样，差异只在于运行时间的不同。11, 兼容机

3、：不同厂家生产的, 具有一样体系构造的计算机。12, 向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。13, 当今计算机领域市场可划分为：效劳器, 桌面系统, 嵌入式计算 三大领域。14, 摩尔定律：集成电路密度大约每两年翻一番。15, 定量分析技术根底1性能的评测：a响应时间：从事务开场到完毕之间的时间；计算机完成某一任务所花费的全部时间。b流量：单位时间内所完成的工作量。c假定两台计算机 x, y；x比 y快意思为：对于给定任务，x的响应时间比y少。x的性能是y的几倍是指：响应时间x /响应时间y = n，响应时间及性能成反比。16, 也许率事务优先原那么：根本思想对于也许率事务最常见

4、的事务，给予它优先的处理权和资源运用权，以获得全局的最优结果。17, Amdahl定律：加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。系统加速比 =总执行时间改良前/总执行时间改良后= 18, Amdahl定律推论：假如仅仅对计算机中的一局部做性能改良，那么改良越多，系统获得的效果越小。假如只针对整个任务的一局部进展优化，那么多获得的加速比不大于1 /1-可改良比例。19, cpu性能：Cpu时间 =总时钟周期数 /时钟频率 Cpi =总时钟周期数 / iccpi：平均每条指令的时钟周期数；ic：执行过程当中的指令条数。Cpu性能公式：总cpu时间 = cpi i

5、c /时钟频率 其中：cpi反映了计算机实现技术, 计算机指令集的构造和计算机组织；Ic反映了计算机指令集的构造和编程技术；时钟频率：反映了计算机实现技术，生产工艺和计算机组织。20, 并行性：是指在同一时刻或是同一时间间隔内完成两种或两种以上性质一样或不一样工作。第二章1, 依据cpu内部存储单元类型对指令集构造进展分类，一般可分为堆栈型指令集构造, 累加器型指令集构造和通用存放器型指令集构造。2, 通用存放器型指令集机进一步细分为3种类型： 存放器-存放器型R-R, 存放器-存储器型R-M, 存储器-存放器型。3, 寻址方式：1存放器寻址：例：ADD R4, R3 含义：RegsR4-Re

6、gsR4+RegsR32马上值寻址：例：ADD R4,3含义：RegsR4-RegsR4+33偏移寻址：例：ADD R4, 100(R1)含义：RegsR4+Mem100+RegsR14存放器间接寻址：例：ADD R4, (R1)含义：RegsR4-RegsR4+MemRegsR15索引寻址：例：ADD R3, (R1+R2)含义：RegsR3-RegsR3+MemRegsR1+RegsR26干脆寻址或肯定寻址：例：ADD R1, (1001)含义：RegsR1-RegsR1+Mem10017存储器间接寻址：例：ADD R1,a(R3)含义：RegsR1-RegsR1+MemMemRegsR3

7、8自增寻址：例：ADD R1, (R2)+含义：RegsR1-RegsR1+MemRegs9自减寻址10缩放寻址4, 指令集构造的功能设计： 指令集构造中操作的分类 操作类型 实例1算术及逻辑运算 整数的算术和逻辑运算：加, 减, 及, 或等2数据传输 LOAD/STORE3限制 分支, 跳转, 过程调用和返回, 自陷等4系统 操作系统调用, 虚拟存储器管理。5浮点 浮点加, 减等操作6十进制 十进制加, 十进制乘, 十进制到字符的转换7字符串 字符串移动, 比拟8图形 像素操作，压缩操作5, 困难指令机CISC：是指强化指令功能，实现软件功能向硬件功能转移，基于这种指令集构造而设计实现的计算

8、机系统。CISC指令集存在的缺点：1 在这种指令系统中，各种指令的运用频率相差悬殊。2 CISC指令集构造的困难性带来了计算机体系构造的困难性，这不仅增加了研制时间和本钱，而且还简洁造成设计错误。3 CISC指令集构造的困难性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。4 在CISC指令集构造中，很多困难指令须要很困难的操作，因而运行速度慢。5 在CISC指令集构造中，由于各条指令功能的不均衡，不利于采纳先进的计算机体系构造技术如流水技术来提高系统的性能。6, 20世纪80年头开展起来的精简指令集计算机：其目的是尽可能地降低指令集构造的困难性，以到达简化实现，提高性能的目的，也是当今指令集构

9、造功能设计的一个主要趋势。其设计时遵循的原那么：1 选取运用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。2 每条指令的功能尽可能简洁，并在一个机器周期内完成。3 全部指令长度均一样。4 只有LOAD和STORE操作指令才访问存储器，其它指令操作均在存放器之间进展。5 以简洁有效的方式支持高级语言。7, 操作数类型：整数定点, 浮点, 十进制, 字符, 字符串, 向量, 堆栈等。8, 操作数类型的表示有两种方法：1由操作码的编码指定。2数据可以附上由硬件说明的标记，由这些标记指定操作数的类型，从而选择适当运算。9, 操作数类型大小有：字节8, 半字16b, 单字32b, 双字64b第三章1, 流水线

10、技术：是指将一个重复的时序过程，分解为假设干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上及其它子过程同时执行。2, 流水线分类：1按功能的多少来分：单功能流水线, 多功能流水线；2按同一时间内各段之间的连接方式来分：静态流水线, 动态流水线3按流水线的级别来分：部件级流水线运算操作流水线, 处理机级流水线指令流水线, 处理机间流水线宏流水线4按各个流水段之间是否有反应回路来分：线性流水线, 非线性流水线5按数据表示分：标量流水处理机, 向量流水处理机3, 先行限制器处理机构造：包括三个独立的限制器和四个缓冲栈。其中三个限制器为：存储限制器, 指令限制器, 运算限制器。四个缓冲栈：先行指令

11、缓冲栈, 线性读数缓冲栈, 现行操作栈，后行写数栈。4, 吞吐率：是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。TP = n / Tk实际吞吐率小于最大吞吐率 Tk = (k+n-1)t5, 加速比：是指流水线的速度及等功能非流水线的速度之比s；效率：是指流水线的设备利用率E。6, 假设流水线各段的时间相等：吞吐率：TP=n/(k+n-1)t TPmax=1/t假设各段执行时间不相等时，完成几个任务：TP=n /(ti + (n-1)max(t1,t2tk)7, 加速比和运用效率的关系： E = s/m或 S = mE8, 效率和吞吐率的关系： E = TPt0或 TP = E/t 11

12、, 效率：E = n个任务占用的时空区 / k个流水段的总的时空区 = T0 / KTk E = n/(k+n-1) S = kn /(k+n-1) TP = n / (k+n-1)t12, 单功能流水栈：是指只能完成一种固定功能的流水栈。13, 多功能流水栈：流水栈的各段通过不同连接实现不同功能。14, 非线性流水线调度：任务时要找出一个最小的循环周期，依据个周期向流水线输入新任务，流水线的各个功能段都不会发生冲突，而且流水线的吞吐率和效率最高。15, 非线性流水线：某些流水段之间有反应回路或前馈回路。16, 启动距离：连续输入连个任务之间的时间间隔。17, 流水线冲突：几个任务争用同一个流

13、水段。18, 制止向量：预约表中每一行随意两个“x之间距离的集合。19, 冲突向量：C = (CmCm-1C2C1)其中m时制止向量中的最大值20, 数据相关：在执行本条指令的过程中，假如用到的指令, 操作数, 变量等是前面指令的执行结果，这种相关称为数据相关。21, 限制相关：由条件分支指令, 转子程序指令, 中断等引起的相关。22, 三种数据相关：限度后写相关, 先写后读相关, 写写相关。第四章1, 指令级并行：当指令之间不存在相关时，它们在流水线中时可以重叠起来并行执行的，这种指令序列中存在的潜在并行性称为指令级并行。2, 在开发循环级并行的各种技术中，最根本的技术有：指令调度技术, 循

14、环绽开技术和换名技术。第五章存储系统1, 存储系统定义：两个或两个以上速度, 容量和价格各不一样的存储器用硬件, 软件或软件及硬件相结合的方法连接起来成为一个存储系统。这个存储器系统对应用程序员时透亮的，并且，以应用程序员看，它是一个存储器，这个存储器的速度接近最快的那个存储器，存储容量及容量最大的那个存储器相等，单位容量的价格接近最廉价的那个存储器。2, 存储系统分为两类：1Cache存储系统：由Cache及主存储器构成，目的是提高存储器速度。2虚拟存储系统：由主存储器和硬盘构成，目的是扩大存储器容量。3, 存储系统的价格： C =C1S1+C2S2/S1+S24, 存储系统的速度：表示方法

15、：访问周期, 存取周期, 存储周期, 存取时间等。5, 命中率定义：在M1存储器中访问到的概率u = N1 / (N1+N2) N1是对存储器M1的访问次数，N2是对M2存储器的访问次数。6, 访问效率： T1 1e = T1/T = = = fu, T2/T1 uT1+(1-u)T2 u+(1-u)T2/T17, 采纳预取技术提高命中率.方法 不命中时，把M2存储器中相邻多个单元组成的一个数据块取出来送入M1存储器中. u= (u+n-1) / n 其中u是采纳预取技术之后的命中率；u是原来的命中率； n为数据块大小及数据重复运用次数的乘积。8, 加速内部地址变换方法：1书目表：用一个小容量

16、高速存储器存放页表；2快慢表：快表, 慢表构成一个两级存储系统；3散列函数：把相联访问变成接地址访问。9, 页面替换算法：1随机算法RAND；2先进先出算法FIFO；(3)近期最少运用算法LFV；4最久没有运用算法LRV；5最优替换算法OPT。10, “颠簸现象：一个页面刚被调出主存储器，又要被调入。11, 堆栈型替换算法：对随意一个程序的页地址流作两次主存页面数安排，分别安排m个主存页面和n个主存页面，并且mn。假如在任何时刻t，主存页面数集合Bt都满意关系：Bt(m)Bt(n)那么这类算法成为堆栈型替换算法。12, Cache地址映像方法：1全相联映像；2干脆映像；(3)组相联映像；4位选

17、择组相联映像；5段相联映像。13, Cache存储替换算法：1轮换法2LRV算法3比拟对法4堆栈法。14, 单处理机的Cache一样性：包括写直达法：写通过法，CPU的数据写入Cache时，同时页写入主存还有写回法：抵触修改法，CPU的数据只写入Cache，不写入主存，仅当替换时才把修改正的Cache块写回主存二者优缺点比拟：1 牢靠性：写直达法优于写回法。2 及主存的通讯量，写回法少于写直达法。3 限制的困难性，写直达法比写回法简洁。4 硬件实现的代价，写回法比写直达法好。15, 多处理机的一样性：1书目协议 2兼听协议第六章输入/输出系统1, 衡量I/O系统的性能指标主要有响应时间和牢靠性

18、。2, 磁盘的数据传输率分为外部传输率和内部传输率。3, 外部传输率突发数据传输率：计算机通过磁盘接口从硬盘的缓存中将数据读出，发给相应的限制器的速度。4, 内部传输率持续传输率：硬盘将数据从盘片上读取出，交给硬盘上的缓冲存储器的速度。5, 反映存储外设牢靠性能的参数有牢靠性, 可用性和可信性。6, 牢靠性衡量标准用：平均无故障时间。7, 可用性衡量标准用：平均失效间隔时间。8, 总线：总线时各子系统之间共享的通信链路，具有低本钱和多样性这两个优点。9, 总线的主要缺点：它必需独占运用，造成了设备信息交换的瓶颈，从而限制了系统中总的I/O吞吐量。10, 别离事务总线：在有多个设备时，可用通过打

19、包技术来提高总线带宽，这样每次I/O操作就不必在整个传输过程中都占有总线，其根本思想时将总线事务分成恳求和应答两局部，这样总线就可以在某个总线事务的恳求和应答间的空闲时间间隔内被其它总线事务运用。又称流水总线, 悬挂总线, 包交换总线11, 限制外部设备的输入/输出方式分为：干脆传送, 程序查询, 中断, DMA, 通道方式。12, I/O设备的编址方式：1存储器映射I/O或称为统一编址2I/O设备单独编址13, 通道：能够执行有限的I/O指令，并且能够被多台外围设备共享的小型的DMA专用处理机。14, 通道的功能：1承受来自CPU的I/O指令，并依据指令要求选择指定的外围设备及通道相连接。2

20、执行CPU为通道组织的通道程序，从主存中取出通道指令，对通道指令进展译码，并依据须要向被选中的设备限制器发出各种操作吩咐。3为主存和外设装配和拆卸信息，限制主存和I/O设备传送数据并供应传送通路，指示数据存放的主存地址和传送字节数。4指定传送工作完毕时要进展的操作。5检查外围设备的工作状态，时正常还是故障。6在数据传输过程中完成必需的格式变换。15, 通道的种类：1字节多路通道2选择通道3数组多路通道。16, 通道的工作过程：1在用户程序中运用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。2通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。通道处理机执

21、行通道程序是及CPU执行用户程序并行的。3通道程序完毕后向CPU发中断恳求，CPU响应某个中断恳求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断恳求进展处理。第七章多处理机1, Cache一样性协议：1书目协议和兼听协议；2横向分为：写作废协议和写更新协议；3纵向分为：单处理协议和单数据流协议。2, 并行计算机体系构造的分类：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和多指令流多数据流MIMD。3, 书目协议分为三类：全映射书目, 有限书目, 链式书目。4, 链式书目：通过维护一个书目指针链来跟踪共享数据拷贝。思想：当p1读x时，存储器送x到cachel

22、，同时写cachel的一个链完毕指针ct在存储器也保存一个指向cachel的指针，到p2读x时，存储器那么保存一个指向cachel2的指针，到某一处理机须要写x时，他必需沿整个书目连发送一个数据无敌信息，在收到全部处理机的答复信号后，存储器才给该处理机写允许权到cachel中的数据块须要替换时，要把该cache从书目链中删除，有如下解决方法；1 把cachei+1的指针指向cachei+1，在cachel中存放新数据块(2)使cachel及在链中位子其后的全部cachel中的单元x无效3运用双向链，在替换时不再须要遍历整个链，但指针增加了一倍，一样性协议更加完备优点:b不限制共享数据块的拷贝数

23、目又保持了可扩展性，指针的长度已处理机数目的对属关系增长，cache的每个数据块的指针数目及处理机的数目无关缺点:链式书目的困难成都超过了前两种书目5定义：互联网络；是将对称式系统或分布式系统中的节点可能好像处理器，存储模块或者其它设备，它们通过互联网络进展信息交换，在拓扑上，互联网络为输入和输出两组节点之间供应一组互联或映像61节点数称为网络规模 (2) 及节点互联的边的数目为节点的最大值称为网络直径3 网络中随意连个结点间最短路径长的最大值称为网络直径4 等分宽度b在将某一网络切成相两半的各种切法中，沿切口的最小道数边数称为通道等分宽度5路由：指 在网络通信中对路径的选择及指定7互联函数：假如把互连网络的N个a端和N个出端各自用整数0，1，.N代数，那么互连函数表示合练的出编号和如编号的一一对称关系8互连网络表示方法1互连函数表示法 2图形表示法3输入输出对应表示法9常见的数据路由或互连函数的功能：1循环2置换3匀称混洗4超立方体路由功能5播送和传播