2022年《计算机体系结构》期末复习题答案.docx
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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载运算机体系结构期末复习题答案系别 _ 班级 _ 姓名 _ 学号 _一、 填空题 (每空 1 分)1.依据弗林( Flynn )分类法,运算机系统可以分为 4 类: SISD 运算机、( SIMD 运算机 )、(MISD 运算机 )和( MIMD 运算机 );2. 改进之后的冯 .诺依曼运算机的只要特点是 储备器为中心,总线结构,分散掌握;3. 当前运算机系统中的储备系统是一个层次结构,主存,辅存,脱机大容量储备器);其各层分别为:(通用寄存器, 高速缓存,4.高速缓冲储备器的地址映象方式
2、有三种,它们分别是:(全向量方式,直接相联方式,组相联方式 );5.虚拟储备器的三种治理方式是(段式治理,页式治理和段页式治理);6.目前运算机中常用数据有(用户定义数据,系统数据和指令数据)三种类型;7.通常可能显现的流水线的相关性有(资源相关,数据相关和掌握相关);8.解决中断引起的流水线断流的方法有(不精确断点法和精确断点法);9.目前向量处理机的系统结构有两种:(储备器储备器型和寄存器寄存器型);10.通用运算机基本指令分为5 类,它们分别是: (数据传送类,运算类,程序掌握类,输入输出类,处理机掌握和调试类);11执行指令 x1=x2+x3 ;x4=x1-x5 会引起( RAW )类
3、型的数据相关,执行指令 x5=x4*x3 ;x4=x0+x6 会引起 (WAR )类型的数据相关, 执行指令 类型的数据相关;x6=x1+x2 ;x6=x4*x5 会引起 (WAW )12多运算机网络中,通常显现的4 种通信模式是(单播模式,选播模式,广播模式和会议模式 );13.传统的冯 .诺依曼运算机是以掌握驱动方式工作,以数据驱动方式工作的典型运算机是(数据流运算机 ),以需求驱动方式工作的典型运算机是作的典型运算机是(人工智能运算机);二、名词说明 (每题 2 分)1.运算机体系结构:(归约机 ),以模式匹配驱动方式工运算机系统结构就是运算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特
4、性,是硬件子系统的概念结构及其功能特性;2.系列机:所谓系列机是指同一厂家生产的具有相同的系统结构,术方案,形成了不同型号的多种机型;3.模拟 : 但实行了不同的组成和实现的技模拟是指用软件的方法在一台运算机上,实现另一台运算机的指令系统,被模拟的机器是不存在的,称为虚拟机,执行模拟程序的机器称宿主机;4.程序的局部性原理 : 细心整理归纳 精选学习资料 程序拜访局部性原理说明白运算机在程序执行过程中出现出的一种规律,即程序往往重 第 1 页,共 17 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - -
5、 - - - - - - - - - - -复使用它刚刚使用过的数据和指令;优秀学习资料欢迎下载所局部性分为时间上的局部性和空间上的局部性两种;谓时间局部性是指近期被拜访的代码,很可能不久又将再次被拜访;空间局部性是指地址上相邻近的代码可能会被连续地拜访;5.MIPS :它表示每秒百万条指令数;6.高速缓冲储备器 : 高速缓冲储备器是存在于主存与 CPU 之间的一级储备器,由静态储备芯片(SRAM )组成,容量比较小但速度比主存高得多,接近于 CPU 的速度;7.虚拟储备器 : 虚拟储备器是由主储备器和帮助储备器组成,通过必需的软件和硬件的支持,使得 CPU可以拜访的储备器具有近似于主存的速度
6、和近似于辅存的容量;8.快表 : 为了提高地址转换速度,缩短查表时间,采纳一个小容量的、高速的相关储备部件,用来存放当前最常常用到的那一部分页表,实行按内容相联方式进行拜访;这样, 查页表的时间就相当于拜访小容量的相关储备器的时间,从而大大地提高了速度,这个小容量相关储备器称为快表;9.程序定位:把一个程序交给处理机运行,必需第一把这个程序的指令和数据装入到主储备器中;一般情形下, 程序所安排到的主存物理空间与程序本身的规律地址空间是不同的,把指令和数据中的规律地址 相对地址 转变成主存物理地址 肯定地址 的过程称为程序定位;10.推迟转移技术:为了使指令流水线不断流,在转移指令之后插入一条不
7、相关的有效的指令,而转移指令被推迟执行,这种技术称为推迟转移技术;11.窗口重叠技术:为了能更简洁、更直接地实现过程与过程之间的参数传递,大多数 RISC 机器的 CPU中都设置有数量较大的寄存器组,让每个过程使用一个有限数量的寄存器窗口,并让各个过程的寄存器窗口部分重叠,这就是窗口重叠技术;12.流水线技术:把一个重复的时序过程分成如干个子过程,每个子过程都可以有效地在其专用功能段上和其他子过程同时执行的一种技术,称为流水线技术;13.动态流水线:动态流水线在同一时间内答应按多种不同运算的联结方式工作;14.静态流水线:静态流水线在同一时间内只能按一种运算的联结方式工作;细心整理归纳 精选学
8、习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 17 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载15.线性流水线:线性流水线中,从输入到输出,每个功能段只答应经过一次,不存在反馈回路;16.非线性流水线:非线性流水线存在反馈回路,从输入到输出过程中,某些功能段将数次通过流水线,这种流水线适合于进行线性递归的运算;17.流水线的吞吐率:流水线单位时间完成的任务数;18.超流水线运算机:超级流水线结构是把每一个流水线一个周期 分成多个 例如 3 个子流水线,
9、而在每一个子流水线中取出的仍只有一条指令,但总的来看, 在一个周期内取出了三条指令;即在一个时钟周期内能够分时发射多条指令的处理机;19.向量的分段开采技术:当向量的长度大于向量寄存器的长度时,必需把长向量分成长度固定的段,采纳循环结构处理这个长向量,这种技术称为向量循环开采技术,也称为向量分段开采技术;三、简答题 (每题 5 分)1.什么是储备系统?答:储备系统是两个或两个以上的速度、容量、价格不同的储备器采纳硬件,软件或软、硬件结合的方法联结成一个系统,使得整个系统看起来象一个储备器,其速度接近其中最快的一个,容量接近其中最大的一个,价格接近其中最廉价的一个;2.简述全相联映象规章;答:(
10、1)主存与缓存分成相同大小的数据块;(2)主存的某一数据块可以装入缓存的任意一块空间中;3.简述直接相联映象规章;答:(1)主存与缓存分成相同大小的数据块;(2)主存容量应是缓存容量的整数倍,将主存空间按缓存的容量分成区,主存中每一区的 块数与缓存的总块数相等;(3)主存中某区的一块存入缓存时只能存入缓存中块号相同的位置;4.引起 Cache 与主存内容不一样的缘由是什么?为了保持Cache 的一样性,在 第 3 页,共 17 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - -
11、- - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载单运算机系统中一般实行哪些措施?答:不一样的缘由:1 由于 CPU 写 Cache,没有立刻写主存2 由于 I/O 处理机或 I/O 设备写主存实行措施:(1)全写法,亦称写直达法 WT 法Write through 方法:在对 Cache 进行写操作的同时,也对主存该内容进行写入;(2)写回法( WB 法Write back )方法:在 CPU 执行写操作时 ,只写入 Cache,不写入主存;5影响虚拟储备器命中率的因素有哪些?它们是如何影响的?答:(1)页面大小:当页面比较小时,随着页面的增大,命中率明显提高,但当页面增大
12、到一定值时,命中率不再增大,而随着页面的增大而下降;(2)主存容量:当主存容量增加时,命中率不断提高;当容量增大到肯定程度后,命中率的提高就不大了;(3)页面调度方式:页面的调度都是发生在产生缺页中断时进行,因此在程序刚开头运行时命中率很低,为此可以采纳预取式调度法,提高命中率;6.模拟与仿真的主要区分和适合场合是什么?答:模拟是指用软件的方法在一台运算机上,实现另一台运算机的指令系统,被模拟的机器是不存在的, 称为虚拟机, 执行模拟程序的机器称宿主机;由于模拟采纳纯软件说明执行方法,因此运行速度较慢,实时性差;因此只适合于移植运行时间短,使用次数少,而且在时间上没有约束和限制的软件;仿真是指
13、用微程序的方法在一台运算机上实现另一台运算机的指令系统;执行微程序的机器为宿主机,被实现的为目标机;仿真的运行速度比模拟快,但仿真运算机的系统结构,因此对于系统结构差别较大的机器难于用仿真的方法实现软件移植;7.什么是程序直接定位方式?什么是程序静态定位方式?答: 1直接定位方式程序员 在编写程序时或编译程序对源程序进行编译时,就已经准确知道该程序应占用的主存物理空间;因此可以直接使用实际主存物理地址来编写或编译程序;目前大多不用这种方式;2静态定位方式 特地用装入程序来完成并要求程序本身可以重定位;在程序装入主存的过程中 ,把那些带有标识的指令或数据中的规律地址全部变成主存的物理地址,集中一
14、次完成地址变换,一旦装入主存就不能再变动了;8.什么是程序动态定位方式?答:动态定位方式是利用类似变址寻址方法,有硬件支持完成;程序装入主存时,指令或数 第 4 页,共 17 页 - - - - - - - - - 据地址不作修改, 只把主存的起始地址装入该程序对应的基址寄存器中;在程序运行时 ,利用地址加法器, 指令中的规律地址与已经存放在基址寄存器中的程序起始地址相加,就形成细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载了主存的物理地址;指令的
15、地址码不需全部修改;9什么是指令的重叠说明方式?重叠说明方式有哪三种?答:所谓重叠说明方式,即是在两条相邻指令的说明过程中,某些不同说明阶段在时间上存在重叠部分;重叠说明方式分三种:一次重叠、先行掌握技术和多操作部件并行;10.什么是数据相关,数据相关冲突可分为哪三种类型?答:数据相关是在几条相近的指令间共用相同的操作数时发生的;条指令在进行操作数地址运算时要用到一个通用寄存器的内容,例如, 指令部件中的某一 而这个通用寄存器的内容又要由这条指令前的另一条指令产生,但前面那条指令仍未进入执行部件,仍未产生通用寄存器的内容,这时指令部件中的那条指令只能停下来等待;数据相关冲突可分为 RAW 、W
16、AR 和 WAW 三种类型;11.如有一个经说明实现的运算机,可以按功能划分成4 级;每一级为了执行一条指令需要下一级的 N 条指令说明; 如执行第一级的一条指令需 Kns 时间,那么执行第 2、3、4 级的一条指令各需要用多少时间 ns. 解:其次级的一条指令需第 1 级的 N 条指令说明其次级的一条指令执行时间为 NKns ;第三级的一条指令执行时间为 N2Kns ;第四级的一条指令执行时间为 N3Kns ;12.假设将某系统的某一部件的处理速度加快到10 倍,但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的 40% ,就采纳加快措施后能使整个系统的性能提高多少?解:由题意可知 fe=0.4, re
17、=10, 依据 Amdahl定律T e 1 1S P 1.56T o 1 0.4 0.4 /10 0.6413.如某机要求有:三地址指令 4 条,单地址指令 192 条,零地址指令 16 条;设指令字长为 12 位,每个地址码长3 位;问能否以扩展操作码为其编码?细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 17 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载14.简述冯;诺依曼运算机的特点;答:一般认为其主要特点有以下几点:1机器以运
18、算器为中心;除了完成运算以外,机器内部的数据传输都经过运算器;各部件的操作以及它们之间的和谐由掌握器集中掌握;2储备器按一维线性编址,次序拜访储备器地址单元,每个储备单元的位数固定;3程序储备,指令和数据无区分存放在储备器中,指令和数据一样可以送到运算器中进行运算,指令与数据的区分主要在于地址区域不同;4指令在储备器中按其执行次序存放,由一个次序掌握器(亦称程序计数器或指令计数器)指定即将被执行的指令地址;每读取一条指令后,计数器自动按次序递增;5指令由操作码和地址码组成,操作码指明操作类型,地址码指明操作数的地址和结果地址;6数据以二进制表示;15.试述页式治理虚拟储备器的工作过程;答:页式
19、治理是将主存空间与虚存空间按固定的大小划分成块,每块称为一页; 页的大小和划分与程序的规律功能无关,由操作系统软件来执行;一般而言, 一页的大小应当是 512Bit的整数倍, 由于帮助磁盘储备的物理块的大小为 512Bit ;虚页中的页称为虚页,实存中的各页称为实页, 各虚页与实页之间按全相联方式映象,也就是虚页中的一页,可以存入主存中的任意一页的位置;当 CPU 给出所要拜访的虚地址后,依据用户号拜访基址寄存器,求得用户的页表首地址 Pa,然后与虚地址中的虚页号 P 相加,得到该页的表目,由此表目中得到该页存入主存中的实页号为p,将该页号读出与页内地址组装即可得到主存的实际地址;16.简述运
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