2022年计算机系统结构(自整 .pdf

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1、1.设计指令系统时，以乘法预算为例，系统结构设计、计算机组成设计、计算机实现各考虑什么？系统结构设计考虑是否要设计乘法指令。计算机组成考虑是否要配置高速的乘法器。计算机事先考虑的是组成高速乘法器或加法-移位器的器件集成度、类型数量以及微组装技术。2.计算机系统”由中间开始”设计，其“中间”指的是什么地方？这样设计的好处是什么？“中间”是多级层次结构中的软、硬件交界面，目前是处于传统机器级与操作系统机器级之间。这样设计，能合理进行软、硬件的功能分配，优化软硬件设计，可为软件和应用提供更多更好地硬件支持，可是软件硬件同时设计，缩短系统的设计周期。3.为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构？

2、可重新调整软、硬件比例，为应用语言级、操作系统级。高级系统级提供更多更好的硬件支持，改变硬件器件迅速发展而软件日益复杂、开销过大的状况；或直接用硬件或固件实现，发展高级语言机器或操作系统计算机结构。其次，可让各虚拟机器级用实处理机代替，摆脱以往各级功能都在同一台实机器上实现的状况，发展多处理机，分步处理、计算机网等系统结构。可在宿主机上模拟或仿真另一台机器，推动自虚拟机，多种操作系统共行等技术的采用，从而促进软件移植、计算机系统性能评价，计算机设计自动化的发展。4.简要说明翻译和解释的区别和联系？区别：翻译是用转化程序将高一级的系统程序转化成低一级机器级上等效的程序，然后在低一级机器机上实现的

3、技术。解释是在低级机器上用它的一串语句或指令来访真高级机器机上的一条语句或指令的功能通过高级机器语言程序中的每条语句或指令的逐条解释来实现的技术。联系：翻译和解释是高级语言机器级的程序在低级机器上实现的必须步骤，各机器级的实现主要靠翻译或解释，或两者联合。5.就目前的通用机来说，计算机系统结构的属性主要包括哪些？主要包括：数据表示，寻址方式，寄存器组织，指令系统，存储系统组织，中断机构，系统机器级的管态和用户态的定义和切换，系统机器级I/O 结构，保护方式和保护机构。6.是以实例简要说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响？三者实现互不相同，但又相互影响。计算机系统结构相

4、同，但可采用不同的组成。相同的组成可有多种不同的实现。计算机系统结构不同，会使采用的组成技术不同，反之组成也会影响结够。综上系统结构的设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更多更好的支持，同时要考虑可能采用和准备采用的技术。7.简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自的优缺点。提高硬件功能优：提高解题速度，减少程序所需存储空间。缺：提高硬件成本，降低硬件利用率，降低计算机利用率，降低计算机系统灵活性和适应性。提高软件功能优：降低硬件成本，提高计算机系统的灵活性和适应性。缺：降低结题速度，软件设计费用和程序所需存储空间量要增加。8.实现软件移植的途经有哪些？各受什么限制？途径：统一高级

5、语言，系列机，模拟与仿真。统一高级语言只能实现高级语言软件的移植，目前语言种类繁多，无法完全统一成一种，只能相对统一少数几种。系列机，系列机内各档机器的结构变化不能太大到一定程度会阻碍系列机发展，只能实现结构相同或相近的机器间的汇编语言应用软件的移植。模拟与仿真，模拟是用宿主机的机器指令解释，机器语言差别大时，速度慢；仿真用宿主机的微程序解释，当机器差异大时，仿真困难，仿真的效率和灵活性差。9.器件的发展对逻辑设计的方法的影响有哪些？有逻辑化简改成着眼于采用什么组成技术能够规整、批量生产，易于超大规模集成，缩短设计周期，提高系统效能，尽量采用存储逻辑和通用软件。全硬件设计改成采用微汇编、微高级

6、语言、计算机辅助设计等手段软硬结合和自动化设计。10.计算机系统在处理数据的并行上，可分为哪四个等级，给出简单解释，并各举一例。位串字串，只能同时处理一个字的一位，无并行性。例：位串计算机。位并字串，同时处理一个字的所有位。例：简单并行的单处理机。位片串字并，同时处理多个字的同一位。例：相连处理机STARAN、MPP 等处理机。全并行,同时处理多个字的多个位或位组。例：全并行阵列处理机ILLIAC IV。11.分别阐述模拟与仿真方法的适用场合、好处、存在的问题和应采取的措略。模拟：是指用机器语言解释另一种机器指令系统方式实现软件移植。适用场合：移植运行时间短，使用次数少，在时间关系上没有约束和

7、限制的软件。好处：灵活可实现不同系统间软件移植。缺：结构差异很大时，模拟的运行速度会急剧下降，实时性差。策略：模拟和仿真结合。仿真是指微程序直接解释另一种名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -机器指令系统。适用场合：在结构差别不大的系统间使用。好处:可提高被移植软件的执行速度。缺：不灵活，当两种机器结构差别很大时，很难仿真。策略：模拟仿真结合，发展异种机联网。12.除了分步处理。MPP 和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为哪几种不同的结构？列举他们要解决的主要问题.可分为：流水线计算机、阵列处理机、多处理机和数据流计算机四种不同的结构。流水线计算

8、机通过时间重叠，多个部件在时间交错重叠地并行执行运算和处理，实现时间上的并行。主要解决：拥塞控制、冲突防止，分支处理和流水线调度等问题。阵列机通过资源重复实现空间上的并行。主要解决：处理单元灵活，规律的互联模式和互联网络设计，数据再存储器中的分布算法等问题。多处理机通过资源共享，让共享输入/出子系统、数据库资源及共享不共享主存的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上的相互作用，达到时间和空间上的异步并行。主要解决：处理机间互联等硬件结构，进程间的同步和通讯，多处理机调度等问题。数据流计算机没有共享变量的概念，不共享存储的数据。主要解决：研究合适的硬件组织和结构，高效执行的数

9、据流语言等问题。13.简单说明多计算机系统和多处理机系统的区别。多处理机系统是由多台处理机组成的单一系统；多计算机系统是由多台独立的计算机组成的系统多处理机系统中个处理机虽有自己的控制部件，科尔带本地存储器，能执行各自的程序，但都受逻辑上统一的操作系统控制；多计算机系统中个计算机分别在逻辑上独立的操作系统控制下运行多处理机系统中个处理机以文件、单一数量或向量、数组等形式交互作用，多计算机系统中各计算机间可以互不通讯，即使通讯也只鞥你是经过通道或通信线路以文件或数据集成式进行多处理机系统中个处理机全面实现作业、任务、指令，数据各级的并行；多计算机系统中个计算机实现多个作业的并行。14.简述几种耦

10、合度的特征。最低耦合指计算机之间通过目中存储介质外无物理连接，也无共享的联机硬件资源。紧密耦合指多台计算机经总线或高速开关互联，共享主存，有较高的信息传输速率，可实现数据一级、任务级，作业级并行。15.计算机系统的3T 性能目标是什么？TFLOPS 的计算能力；TBYTE的主存容量；TBYTE/S的 I/O 系统带宽。16.软硬件取舍的基本原则在考虑现有硬件的条件下，要有高的性能价格比。要考虑到准备采用的组成技术。不能仅从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件的技术的进展。还要从“软”的角度把如何编译和操作系统的实现以及高级语言的设计提供更好地硬件支持放在首位。17.数据结构

11、和机器数据表示之间有什么关系？确定和引入数据表示的基本原则是什么？数据表示是数据结构的组成元素，数据结构通过软件映像变换成机器所具有的各种数据表示来实现。不同数据表示可为数据结构的实现提供不同支持，表现在实现效率和方向上不同。数据结构和数据表示是软件和硬件之间的交界面。基本原则:看系统效率是否提高，及是否减少了实现的时间和存储空间。实现时间是否减少又主要看在主存和处理机之间传送的信息量是否减少。引用这种表示的通用性和利用率是否高。18.标识符数据表示与描述数据表示有何区别？描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同？标志符是和每个数据相连的，合存在一个存贮单元中，描述单个

12、数据的类型特征；描述符是和数据分开存放的，专门用来描述所要访问的数据是整块数据还是单个数据，访问该数据块或数据元素所需要的地址以及其他特征信息等。19.堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么？堆栈型机器系统结构为为程序调用的哪些操作提供了支持？通用寄存器型对堆栈数据结构实现的支持较差：1、堆栈操作指令少；2、速度低；3、通常只用于保存返回地址。堆栈型支持有力：1、硬件堆栈；2、堆栈指令丰富；3、支持高级语言编译；4、支持子程序嵌套和递归。可将以下信息全部压入栈：返回地址、条件码、关键寄存器内容、必要的全局或局部参数。为子程序开辟局部变量中间结果工作区。20.当浮点数尾基值减小时，对机器数

13、的表示会产生哪些影响？数的可表示范围小；可表示数的总个数减少；输在数轴上的分步变密；机器数的精度提高；运算名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -过层中的精度损失增大；运算速度有所降低。21.以浮点数数据表示为例，说明什么史书的课表示精度？什么是运算中的精度损失？浮点数尾数基值最小，对上述二者，那个有利？那个不例？数的可表示精度是数轴上数的离散程度，两个数间差越小，精度越高；运算中的精度损失指运算中尾数超长造成的损失。尾数基值取小则可表示范围变小，个数减少，分布变密，精度提高，速度降低，对前者有利，对后者不利。22.简述三种面向的寻址方式的关系。面向寄存器：速度

14、快，增加硬件；面向主存：速度稍慢，减少寄存器占用；面向堆栈：速度慢，减轻编译负担。三者各有特点，但可共同使用，不互相排斥。23.简单比较寻址方式在指令中的两种指名方式。操作码中的某位。缺点：不灵活。优点：指令总长短。设寻址方式字段。缺点：指令总长长。优点：寻址灵活。24.什么叫“程序段动态再定位”。程序在主存中的实际位置可以动态移动的定位技术。可以使用基址寄存器或映象表硬件。25.在满足寻址范围的前提下，列举缩短指令字中地址码长度的方法。使用各种寻址方法。如：加基址；加变址；相对寻址；访问地址空间分成段，指令中只给出段号或段内位移字段之一；寄存器寻址；寄存器间接寻址。26.操作系统的那些功能适

15、合于硬化或固化?哪些功能不适合于硬化或固化？适合于硬化或固化的是郭热的高频使用的“机构型”功能，即通用的，不变的基本操作。如，进程切换程序状态的保护和恢复等。27.“机构型”和“策略型”的含义是什么？机构型功能指基本的通用的功能；策略型功能指不稳定的可能会改变的功能。28.简述按 CISC方向改进指令系统的思路和具体方法.思路可从面向目标程序、高级语言、操作系统三个方面考虑。面向目标程序可采用的办法：1、对高频指令增强功能加快速度，低频指令合并和取消；2、复合指令代替子程序或宏。29.简述 Huffman 压缩概念的基本思想。当各种事件发生概率不均等时，采用优化技术对概率高的事件用短位数表示，

16、低的用长位数表示。30.简述 Huffman 方法及其优缺点。构造方法：构造haffman 树、每个节点用01 表示、从根开始01 编码优点：平均码长最短，冗余少。缺点：种类多，不易译码。31.在高级语言优化实践改进中，通常采用那些思路？通过对原程序中各种高级语言语句的使用频度进行统计来分析改进。如何面向编译，优化代码生成来改进。设置改进指令系统，使它与各种语言间的语义差距都有相同的缩小。让机器具有分别面向各种高级语言的多种指令系统，多种系统结构。32.简述标识符数据表示的主要优点。简化了指令系统和程序设计。简化了编译程序。便于实现一致性校验。能由硬件自动变换数据类型。支持数据库系统的实现和数

17、据类型的无关要求。为软件测试和应用软件开发提供了支持。33.简述设计RISC结构用了那些基本技术？按 RISC一般原则设计。逻辑实现用硬联和微程序结合。用重叠寄存器窗口。指令用流水和延迟结合。优化设计编译系统。34.描述控制方式中采用集中式串行连接是总线的配过程。各部件经公共的“总线请求”线向总线控制器发出使用总线的请求。仅当“总先忙”未建立时，控制器在“总线可用”线上发出“总线可用”信号，串行送往各部件。如果某部件未发“总线请求”，就将“总线可用”信号顺链下传。否则，停止下传，向“总线忙”送出信号，并去除该部件的“总线请求”，此次总线分配结束，该部名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理

18、-第 3 页，共 9 页 -件获得总线使用权。等到该部件数据传送完后，由部件去除“总线忙”信号，“总线可用”信号就随之去除。如果系统仍有总线请求，就开始新的总线分配过程。35.简要举出集中式串行连接、定时查询和独立请求三种总线控制方式的优缺点。同时分析硬件产生故障是通信的可靠性。集中式串行连接：a 经公共总线向总线控制器申请；b 总线不忙时，总线控制器响应请求，送出总线可用。c 总线可用信号在部件间串行通过，直至某个部件发生总线请求。d 该部件获得总线使用权e 数据传送，维持总线忙；f 传送完成，去除总线忙g 总线请求再次建立时，重复新的分配过程。优点：简单，线数少，可扩充性好，可靠性高。缺点

19、：对总线可用线及电路敏感，不灵活，速度慢。定时查询：a 每个部件发总线请求；b 总线不忙时，定时查询谁发的请求；c 查询到后，查询停止，该部件获得总线使用权；d 数据传送，维持总线忙；e 传送完成，去除总线忙；f 总线请求再次建立时，重复新的分配过程。优点：灵活，可靠性高缺点：线数多，扩展性差，控制复杂，总线分配受限计数信号。独立请求：a 每个部件有总线请求和总线准许；b 总线未分配时，总线分配器根据某种算法仲裁哪个申请部件使用总线。c 数据传送d 传送完毕后除去总线已分配和总线准许。优点：速度快，灵活，方便隔离失效部件缺点：线数多，复杂。36.简述专用和非专用总线各自的优缺点。专用线：只连接

20、一对物理部件的总线。优点：不用争总线，控制简单，系统可靠。缺点：总线数多且长，成本高，利用率低，不易扩展。非专用线：可被多种功能与部件共享，但同一时刻只能被一个部件使用。优点：集成度高，造价低，可扩展能力强，总线利用率高，易标准化。缺点：流量小，争用总线，部件效率低，可能成为瓶颈，可靠性差。37.简单比较几种类型的数据宽度。单字：适合低速设备，不用指明传送信息单位，缺点是速度慢总线利用率低；定长块：高速设备，充分利用总线宽度不用指明传送信息单位，但不灵活；可变长块：优先级速度都高的设备，灵活需充分利用总线带宽，但需指定传送信号块大小。单字加定长块：优先级高速度低的设备，短数据可用单字传送减少带

21、宽浪费，信息块太小时成为单字方式总线利用率低。单字加可变长块：普遍使用，灵活有效，但复杂开销大。38.简述减少总线线数的几种方法。线的组合：减少按功能和传递方向所需的线数。编码：对少数几根功能线进行编码取代多根单功能线。并/串-串/并：在总线两端设置转换器，经分拆移位后在目的端形成完整的字。39.以 IBM370 为例说明为什么把中断分类以及分成几类。大型多用途机器中断源多，每个中断源单独形成入口将导致硬件实现难，代价大，因此可归类，每类给中断服务程序入口由软件转入相应处理部分。IBM370 中断分为 6 类：机器校验，访管，程序性，外部，I/O，重新启动。40.在现代计算机系统中，中断系统的

22、软硬件功能是怎样分配的？为什么这样分配？中断响应要求快，一般用硬件实现。中断的处理过程一般用软件，也可用硬件支持。中断响应过程中现场的保存和恢复用硬件实现，以保证响应速度。另一部分现场用软件实现，提高灵活性。41.通道分为哪三种类型？各适合链接什么类型的设备？满负荷时、设备对通道要求的实际流量与所连接的设备有什么关系？字节多路：单字节，适于大量低速设备，字节交叉，多次选择设备，分时共享，满负荷时对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量之和。数组多路：定长块，适于大量高速设备，成组交叉，多次选择设备，分时共享，满负荷时对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量最大的那个。选择：不定长块，高优先级高

23、速设备，独占通道，一次选择设备，独占，满负荷时对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量最大的那个。42.为什么通常机器中各类中断优先级由高到低依次为机器校验、程序性和管理程序调用、外部I/O、重新启动。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -机器校验若不及时处理，系统将无法正常工作。程序中断若低于外部和I/O 中断可能导致混乱。只有处理完机器故障后，才能进入访管中断。重新启动一般时间并不紧迫，所以放在最后。43.简述在通道情况下的I/O 过程。a.目态程序中可安排I/O 广义指令；b.运行到广义指令后，产生访管中断；c.CPU响应中断后进入管态；d.管理程序根据

24、广义指令编写通道程序，进入通道选择设备期；e.选择通道和子通道，取出指令，选择控制器和设备，发启动命令，结束通道选择设备期；f.进入通道数据传送期，完成数据传送；g.向 CPU发 I/O 请求，第二次转管态，调出相应管理程序，之后CPU返回目态。44.为什么要发展存储体系？单一工艺的存储器件不能同时满足容量、速度和价格的要求；并行主存系统效果有限。所以必须使用由多种不同工艺存储器组成的存储系统，从系统结构上公斤，发展存储体系。45.在分支交叉存储器中为什么实际频宽不随M 增大而线性增大？M 大-数据总线长-负载重-增加门级数-增加延迟；顺序取指效率可提高M 倍，但出现转移效率就会下降。45.主

25、存实际频宽与模数m 的关系是什么？出现这种现象的原因是什么？指令流与数据流完全随机时，主存实际频宽与模块数m 有什么关系？主存实际频宽随模数增大而增大，但增量会减小。这是因为程序会有转移，数据分布有随机性。完全随机时，大致成平方根关系增大。47.在页式虚拟存储器中，什么叫页面失效？什么叫页面争用？什么时候两者同时发生？什么时候两者不同时发生？虚页不在主存中，会发生页面失效。页面调入主存时，其位置被其它虚页占用，会发生页面争用。分配给程序的内存被全部占用后，会同时发生。反之不同时发生。48.简述段式存储管理的地址变换过程？程序号、段号、段内偏移量由程序号找到相应的段表基址寄存器，查到段表始址和段

26、表长度。检查是否越界，正常转3；由段表始址和段号找到装入位等相应表项；装入位为1 转 5，否则产生缺页中断；主存地址+段内偏移=物理地址49简述段式存储管理的优缺点。优点：并行编程，缩短时间；相对独立，易于维护；实现虚拟存储；便于共享和分段保护。缺点：主存利用率低；降低了访寸速度；空闲区管理复杂；查表速度慢。50.简述页式存储管理的地址变换过程。用户标识、用户虚页号、页内偏移。由用户标识找到相应页表基址寄存器，其中有页表始址；由页表始址和页号找到页表中相应表项。检查装入位是否为“1”,为“1”转否则产生缺页中断；由主存块号和页内偏移形成有效地址。51.简述分页方式的优缺点。优点：表项短，减少访

27、表时间；零头少；速度快。缺点：强制分页，不利于存储保护和扩充；有效地址生成慢。52.简述段页式存储管理的地址的变换过程。用户标志、段号、页号、页内偏移用户标志-段基址寄存器；检查是否越界；找到段表中表项检查装入位，段长；找到页表中表项；检查装入位；实页号+页内偏移=有效地址53.简述段页式存储管理的优缺点。优点：具有段式、页式优点；缺点：有效地址形成慢。54.试比较几种页面调度算法。随机算法RAND 思想：用软的或硬的随机数产生主存中要被替换的页号。优点：简单易于实现。缺点：美誉利用主存使用的“历史”信息、没反映程序局部性，命中率低。先进先出FIFO 思想：选择最早装入主存的页作为被替换的页。

28、优点：实现方便利用了主存使用的“历史”信息。缺点：不能正确反映程序局部性，命中率不高，可能出现一种异常现象。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -近期最少使用的算法LRU 思想：选择近期最少访问的页作为被替换页。优点：比较正确反映程序局部性，利用主存使用的“历史”信息，命中率高。缺点：实现较复杂。优化算法OPT 思想：将未来近期里不用的页替换出去。优点：命中率最高，可作衡量其他算法的标准。缺点：不现实，只是一种理想的算法。55.简述主存页面表实现的变形的LRU算法的基本过程。最近最久未使用算法建立主存页面表；用使用位表示是否被访问过，置初值为0；访问实页，则其

29、使用位置1；调入页进入占用位为0 的实页，将占用位置1；所有占用位为1，发生缺页时，替换使用位为0 的页；使用位要全1 时，强制全置0。56.简述页面失效频率算法的思想。某个程序的页面失效率过高时就增加它的主存页数，过少时就减少它的主存页数，以提高总的主存利用率。57.简述再有Cache情况下，给出一个主存地址访存的过程。将主存与Cache 分成大小相同的块；判断要访问的主存地址块号是否在Cache 中；若在，变换为Cache号，访问 Cache；若不在，将该信息由主存调入Cache和 CPU；若 Cache已满，则替换Cache信息，修改相应表格58.简述 CPU Cache 主存层次与CP

30、U 主存辅存层次异同。相同点：都需要地址映象表和地址变换机构。不同点：前者为缩小CPU主存速度差，后者为扩大主存容量；前者硬件后者软影结合实现地址变换；前者用页表后者用目录表实现实现地址映象表；前者CPU与辅存之间无通路，后者缺页时CPU采用换道办法。59.CPU写 Cache时，会发生 Cache 与主存的对应副本内容不一致解决这个问题由哪些方法？各需要增加什么开销？写回法：仅Cache 替换时才写回主存。每个Cache块需增加一个修改位的资源开销。写直达法：同时写入Cache和主存，需增加时间开销。60.二级虚拟储存层次的等效访问时间与主辅存访问时间有什么关系？提高存储层次的访问速度，可采

31、取的措施有哪些？主辅存的访问时间为T1和 T2，等效访问时间TA=HT1+(1-H)T2,H为主存命中率。可采取的措施TA主存访问周期时，可用改进替换算法、增大主存容量等办法来提高H；H 很高时，可降低T1；加快地址映象和变换，如采用快慢表，增大快表命中率等。61什么是堆栈型的替换算法满足 n=Lt 时，Bt(n)=Bt(n+1)；n：分配给程序的实页数；Bt(n)：t 时刻在实页中的页面集合；Lt：t 时刻处理过的不同的虚页数62.试述页式虚拟存储器的页面是怎样划分的？会出现什么情况？怎样发生页面失效？如何处理？页面的划分是将程序空间与主存空间都按相同大小机械等分成页，并按页顺序编号。对于按

32、字节编址，字符串数据、操作数多重间接寻址等，完全可能出现指令或操作数横跨的两页上存储的情况。跨页存放的哪一页不在主存中，就会在取址，取操作数或间接寻址等访存过程中发生页面失效。页面失效是在一条指令分析或执行的过程中发生的。应看做一种故障，必须立即响应和处理。应解决如何保存好故障点现场及故障处理完后恢复的故障点现场的操作。多数计算机都只采用后缓存寄存器法，把发生页面失效的现场全都保存下来。待调页后再取出后缓寄存器内容，恢复故障点现场，继续执行完成指令。63.为实现指令重叠解释可能采取哪些办法？简单分析其特点。让操作数和指令分别存放在两个独立编址且可同时访问的存储器中。优点：有利于实现指令的保护。

33、缺点：主存总线控制复杂，软件设计麻烦。指令和操作数混存在多体交叉主存结构中，只要指令和操作数不在一个分体时就在一个主存周期取得。优点：实现上简单，开销少。缺点：当指令和操作数在同一体时无法重叠。增设FIFO工作的指令缓冲寄存器。当主存空闲时预取下几条指令到指缓。优点：微操作可分成分析指令和执行指令两部分。缺点：数据相关问题。64.解决通用寄存器数相关有几种方法？试作简单比较。推后“分析k+1”读。可将“分析k+1”推到“执行k”结束时，也可以使它们部分重叠，只要“分析k+1”能取名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -得正确操作数即可。缺点：它们是以牺牲速度为代

34、价。优点：不增加设备。设置“相关专用通路办法”。在运算器输出到输入之间增设“相关专用通路”，保证在“执行 k+1”之前输入中已获得正确信息。优点：重叠速度不下降。缺点：增加设备为代价。65在“一次重叠”的机器中，会出现哪些相关？应如何处理？转移指令与后续指令相关：减少使用转移指令，需要使用时可采用延迟转移技术。指令相关：不允许程序在执行过程中修改指令，需要修改指令时可用类似于IBM370 的执行指令，变指令相关为操作数相关，统一按操作相关去处理。主存空间数相关：在存储控制器中，写数申请优先于读数申请被响应变址值二次相关，设置变址值相关专用通路。通用寄存器组的变址值一次相关：设置变址值相关专用通

35、路，并推后后续指令的分析。66流水线按级别分成几类？线性流水线与非线性流水线有什么区别？动态流水线与静态流水线与什么区别？流水线按级别分部件级、处理机级和系统级三级。线性流水线段间无反馈或超过的通路，非线性流水线则有反馈回路或前越通路。静态和动态流水都是多功能的流水。其中，动态流水线按一种功能流水未完成之前，可重组开始另一种功能的流水。静态流水线必须等流水线排空之后才可进行功能切换。67.试举例说明什么是“先读后写”，“写写”，“先写后读”相关。设有指令h,i,j,k,l,m,n 依次流入流水线，若i 要读数的单元正是k 写数的单元，正常顺序是i 先读，k 再写。但由于异步流动下，k 可能先于

36、指令i 被解释，从而i 读到的是不正确数据(正常数据应该是k 写之前的)，这种相关称为“先读后写”相关。若i，k 向一单元写数据，正常情况下最后单元中应保存k 写的数据，但由于异步流动，k可能先于 i 写数据，使该单元最后结果不正确，这种相关称“写-写”相关。类似可知“先写后读”相关。68.说明解决全局相关的几种方法。全局性相关是转移指令与其后续指令之间的相关。处理方法有：猜测法，猜选其中一个分支继续流入，待条件码形成后再决定是继续执行，还是作废，按另一分支重新流入。提前形成转移所需的条件，包括指令内或程序段内条件码的提前生成。加快短循环程序的处理，判断如属于短循环，将循环体内各指令一次取入指

37、令缓冲器中，停止预取指令；猜选分支恒选循环分支。69.为处理流水机器的全局性相关，可以加快或提前形成转移指令所需的条件码，那么可从哪些方面考虑？请举例。一是加快单条指令内部条件码的形成。如有的指令，象乘、除指令只要取出操作数，利用其数的符号位是同号，还是异号，就可以判定结果的正负。而是在一段程序内提前形成条件码，例如，在循环程序中，将控制循环变量改值的指令提前到循环体开始处。在硬件上设置专用的条件码寄存器，以便在判断是否循环时，已提前产生了条件码。70.流水机器的中断处理有哪两种方法，各有什么有缺点？流水机器的中断处理有不精确断点法和精确断点法两种。不精确断点法好处是控制处理简单，缺点是程序排

38、错不利。精确断点法，中断现场准确对应于发出中断的指令，有利于程序的排错，但不利之处是需要大量后援寄存器。71.是比较几种指令级高度并行的超级处理机。超标量处理机：配置多套功能部件辅助电路，靠编译程序优化指令顺序，使流水吞吐率提高。优点：硬件不调整指令顺序、容易实现、适合矩阵计算。缺点：开销大。超长指令字处理机：编译程序将选择可并行指令放入一条超长指令中，运行时指令中每个操作段控制一功能部件。优点：硬件结构和指令系统简单、无增加硬件开销、指令级并行性高。缺点：指令结构与一般计算机不兼容、指令结构不灵活浪费指令存储空间、不适于一般领域。超流水线处理机：利用时间并发性，利用较短时钟周期提高流水线速度

39、。优点：开销小。缺点：必须有高速时钟机。72.试总结 IBM370/91 解决流水控制的一般方法、途径和特点。采用流水控制的方法是总线试分步处理方式。途径：分布于各个寄存器中设置忙位标识来判断是否相关。若寄存器正在使用时，置该寄存器的忙标识为“1”，寄存器被释放时，其忙标志清成“0”。因此，访问寄存器时，先看忙位标志，如为“1”表示发生额相关。设置多条流水线，让它们并行的工作，同时在分布于各流水线的入、出端上分别设置若干个保存站来缓冲存放的信息。通过分布设置的站号来控制相关专用通路的链接。相关专用通路采用总线方式，相关后通过更改站号来实现不同相关专用通路的链接。设置多条流水线，让其并行工作，流

40、水线输入端设置多组保存站，这样，就可以实现流水线的异步流动。、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -特点：不必对进入流水线的各条指令的源操作地址和目的操作数地址作两两配对的比较，就可判断是否发生了相关。所以，相关判断的控制大大简化。对于异步流动的先写后读、先读后写及写写三类相关都能很方便，且不家去分的予以解决。相关专用通路采用总线方式，使该通路可以为各种相关所共用，大大简化了硬件。多条流水线采取异步并行，且多条相关的指令可以一直链接下去，是系统有高的性能。73.试比较阵列机的两种基本构形。分布式存储器阵列机。a、各处理单元PE有局部存储器，被分布数据只能被本处

41、理单元直接访问。b、在控制部件 CU内有主存储器。运行时所有指令都在CU 中，只把适合并行处理的“向量类”指令播给各PE，并控制各PE并行执行。c、各 PE可通过互连网ICN 交换数据。d、PE通过 CU连到管理处理机SC上，用于管理系统资源。集中式共享存储器阵列机。a、K个存储体集中组成，经互连网络为全部N 个处理单元共享。其中K等于数据处理单元数。b、互连网用于处理单元与存储分体之间进行转接构成数据通路。74.试分析阵列处理机特点。阵列处理机提高速度是利用资源重复，利用并行性中的同时性；处理单元同等地担负起各种运算，其设备利用率可能不那么高；速度提高在硬件价格大幅度下降情况下，潜力巨大；互

42、连网络对系统性能影响显著；互连网络使阵列处理机比固定结构的单功能流水线灵活；阵列处理机结构和所采用并行算法紧密联系；阵列处理机还必须提高标量处理速度。总之，阵列处理机实质上是专门对付数组运算的处理单元阵列组成的处理机、专门从事处理单元阵列控制及标量处理的处理机和专门从事输入输出及操作系统管理的处理机组成的一个异构型多处理机系统。75.单指令流多数据流的并行处理机在系统组成上应包含哪些部分和功能？重复设置大量的处理单元用规整灵活的互连函数互连，组成处理单元阵列；用专门的并行算法对数组、向量中的元素进行并行处理；一台高性能处理机来进行标量处理和控制互连网络的连接；用一台管理处理机来运行系统程序和输

43、入输出任务。76.简述 ILLIACIV处理单元特点。64 个处理单元排成8*8 方阵；任何一个PU与上一个PU 直接相连；上下同列两端的PU 连城环。左右每一行右端的PU 与下一行左端的PU 相连；最下面一行右端的PU与最上面一行左端的PU 相连；处理单元PU 是累加器，并有一个累加寄存器。77.简述 SIMD系统互联网络ICN 实际的目标。结构简单，低成本；在满足算法和应用前提下，尽量灵活；处理单元信息交换所需步数尽可能减少，以提高速度；能用规整单一的基本构件组合而成，或经多少次通过或经多级链接实现复杂的互连，模块性好，扩充性好。78.试比较互联网络动态拓扑结构的两种形式。动态单极网络指网

44、络只有有限几个连接，必须经循环多次通过，才能实现任意两个处理单元之间的信息传送。节省设备，但通过时间长，对网络控制要求高。动态多极网络指由多个动态单极网络串联组成的网络。通过时间短，灵活性好，可利用不同单极互连网络组合成有不同特征和连接模式的多级互连网络。缺点是：增加设备和成本。79.什么是排网络？实现全排网络有哪两种方法？可实现 N 个入端的所有N！种排列的网络称全排列网络，即 N 个端所有一到一的传送都不会发生传送路径使用冲突的互连网络。方法有：多级互连网络的输出端设置锁存器，使输出端的数据再一次通过多级互连网络；两个多级互连网络，即一个正网络和一个逆网络串接起来，合并掉中间的一级，组成2

45、logN-1 级的多级网络。80.什么是紧耦合多处理机？什么是松耦合多处理机？各处理机之间通过互联网络共享主存的是紧耦合多处理机。各处理机之间通过共享I/O 子系统，通道或通信线路实现机间通信，他们不共享主存的是松耦合系统。81.多处理机中的并行性表现在那些方面？开发多处理机的并行性有哪些途径？多处理机主要实现作业之间、程序段之间、任务之间的并行，也可包含有指令级、指令内部各微操作之间的并行。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -多处理机的并行性可利用并行算法、并行程序设计语言、并行编译、并行操作系统以及指令硬件等多种途径来开发和实现。82.多处理机系统与并行

46、处理及系统的主要差别是什么？多处理系统与并行系统有差别的原因是并行性等级不同。多处理机系统是任务级并行，并行处理机是操作并行。结构灵活性不同；程序并行性等级不同；所需要的软硬件支持不同；并行任务派生的方式不同，并行处理机能否并行工作是由指令决定，多处理机必须有专门指令指明程序段能否并行执行，派生的任务数是动态变化的；进程同步。并行处理机工作同步是自然的，而多处理机必须采取同步措施；资源分配和任务调度，多处理机比并行处理机任务要复杂的多。83.多处理机在结构与并行性方面与阵列处理机有什么不同?在结构方面，阵列处理机的互联较规整，有一定专用性，互连的处理单元数量大；多处理机要采用更灵活多变的结构，

47、实现复杂的互联模式，互联的处理机数减少。在并行性方面，阵列处理机时操作级并行，是并行性的同时性；多处理机是作业、程序，任务级的并行，同时也包含有指令内部操作之间的并行，是并行性的并发性。84.机间互联的几种形式。总线形式：处理机与外部存储器模块通过总线相连。结构简单、成本低、扩展性好；但总线失效敏感，存在总线争用。适合处理机较少、系统信息流量少、机数可扩充情况。环形互连：各处理机点点相加成环。结构简单、成本低、不争用总线；但信息传输有延迟。适合处理机较少、使用高宽带的光纤通信、系统流量高、机数可扩充的情况。交叉开关：用纵横开关阵列将存储器模块、I/O 通道相连。不争用开关；但开关阵列复杂，设备

48、量较大。适合处理机数较多(但不超过16)、系统流量大、处理机数可扩充的情况。多端口存储器：将交叉开关移到存储器接口中。不争用总线，但存储器接口复杂，较难控制。适合处理机数少、不能扩充(一般是 2 台)，系统流量高的情况。开关枢纽结构：把交叉开关设置在各处理机或接口内部。所有开关枢纽数量少，可用较短路径与处理机连接；但开关枢纽较复杂。适合处理机数多、可扩充、分布结构情况。85.简述对树形结构进行交换的过程。首先利用交换律把相同的运算集中在一起。然后利用结合律把参加这些运算的操作数配对，尽可能并行运算，从而组成树高最小的子树。最后再把这些子树结合起来，用分配律进一步降低树高。86.简述 JOIN语

49、句和 FORK语句的基本功能。FORK m的功能：准备好新进程启动和执行的必须信息；将空闲处理机分配给派生的新进程，若没有，则排队等待；继续在原处理机上执行FORK m语句的原进程JOIN n的功能：1)JOIN语句将计数器初始化为0；行一次JOIN语句，计数器+1，并与 n 比较；相等，则允许进程通过JOIN语句，计数器清0，进程继续执行；相等，则执行JOIN语句的进程结束，释放处理机87.多处理机操作系统有哪三种类型？各适合于哪类机器？主从型、各自独立型、浮动型。主从型适合工作负荷固定，从机处理能力明显低于主处理机功能，或有差别大的多个处理机组成的异构型系统。独立型适合于松耦合的多处理机系

50、统。浮动型适合于紧耦合的多处理机，特别是共享主存和 I/O 子系统的多个相同的处理机组成的童星异构系统。88.分析阵列处理机、单处理机流水、多处理机和单处理机一次重叠方式这四种系统，各能达到什么并行性等级？各自遵循何种并行途径发展而来？在阵列处理机上，可达到指令操作级的并行。它是遵循PE资源重复的并行性途径发展而来的。在单处理机流水上，可达到处理机操作步骤或指令操作步骤上的并行。它是遵循时间重叠地并行性途径发展而来的。在多处理机上，可达到任务、作业间的并行。它是遵循时间重叠地并行性途径发展而来的。再一次重叠地单处理机上，可达到指令操作步骤的并行。它是遵循时间重叠地并行性途径发展而来的。名师资料