計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試題目(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章：1. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義答：由程序設(shè)計者看到的一個計算機系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。2. 透明性概念答：在計算機技術(shù)中，一種本來是存在的事物或?qū)傩?，但從某種角度看似乎不存在，稱為透明性現(xiàn)象。3. 兼容性 向后兼容兼容性：同一個軟件可以不加修改地運行于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的各檔機器，可獲得相同的結(jié)果，差別只在于不同的運行時間。向后兼容：按某個時期投入市場的某種型號機器編制的程序，不加修改就能運行于在它之后投入市場的機器。4. Amdahl定律答：系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時間的比例有關(guān)。5.

2、CPI答：每條指令的平均時鐘周期數(shù)。6. MIPS答：每秒百萬條指令數(shù)！MIPS=時鐘頻率/(CPI*106)7. MFLOPS答：每秒百萬次浮點操作次數(shù)。MFLOPS=程序中的浮點操作次數(shù)/(執(zhí)行時間*106)8. 命中率的概念答：9. Flynn分類法是按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性特征進行計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的劃分答：單指令流單數(shù)據(jù)流SISD 單指令流多數(shù)據(jù)流SIMD 多指令流單數(shù)據(jù)流MISD（實際不存在）多指令流多數(shù)據(jù)流MIMD10. 計算機系統(tǒng)設(shè)計的定量原理（四個）答：加快經(jīng)常性事件的速度 Amdahl定律 CPU性能公式 訪問的局部性原理11. CPI和加速比的計算答：CPI=CPU時鐘周期數(shù)

3、/ICCPU時間=CPU時鐘周期數(shù)/頻率CPU時間=CPU時鐘周期*時鐘周期長加速比=（采用改進措施后的性能）/（沒有采用改進措施前的性能） =(沒有采用改進措施前執(zhí)行某任務(wù)的時間)/(采用改進措施后執(zhí)行某任務(wù)的時間)12. 軟硬件實現(xiàn)的特點 硬件實現(xiàn)：速度快、成本高； 靈活性差、占用內(nèi)存少 軟件實現(xiàn)：速度低、復(fù)制費用低；靈活性好、占用內(nèi)存多13. 系統(tǒng)評價的標準運算速度存儲器系統(tǒng)其他性能成本標準第二章 指令系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)類型答：數(shù)據(jù)表示是計算機硬件能夠直接識別，可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的數(shù)據(jù)類型。2. 浮點數(shù)和定點數(shù)的區(qū)別是浮點數(shù)的小數(shù)點可以不是固定的3. 浮點數(shù)的表示方式，物理空間

4、可以劃分為四個部分答：mf尾數(shù)的符號位 ef階碼的符號位 e階碼的值 m尾數(shù)的值4. 評價浮點數(shù)表示性能的三個指標答：表數(shù)范圍，表數(shù)精度，表數(shù)效率5. 浮點數(shù)舍入處理 恒舍法 恒置法6. 警戒位的設(shè)置在規(guī)定的尾數(shù)字長之外，運算器中的累加器需要另外增加的長度稱為警戒位不設(shè)置警戒位，可能出現(xiàn)很大的誤差。7. 數(shù)據(jù)描述符的數(shù)據(jù)表示方法和帶標志符的數(shù)據(jù)表示方法的不同在于前者可以表示一組數(shù)據(jù)8. 字節(jié)編址的存儲器，字長為64位，每個字的最低三位二進制數(shù)值都為0，因此造成了地址空間的浪費9. 零地址空間，對通用寄存器、主存和I/O設(shè)備分別進行編址，那么系統(tǒng)具有3個零地址空間。10. 間址尋址和變址尋址的方

5、式間接尋址方式與變址尋址方式的比較，目的相同：都是為了解決操作數(shù)地址的修改。原則上，一種處理機中只需設(shè)置間址尋址方式與變址尋址方式中的任何一種即可，有些處理機兩種尋址方式都設(shè)置主要優(yōu)缺點比較： (1)采用變址尋址方式編寫的程序簡單、易讀。 (2)對于程序員，兩種尋址方式的主要差別是： 間址尋址：間接地址在主存中，沒有偏移量 變址尋址：基地址在變址寄存器中, 有偏移量 (3)實現(xiàn)的難易程度：間址尋址方式容易實現(xiàn) (4)指令的執(zhí)行速度：間址尋址方式慢 (5)對數(shù)組運算的支持：變址尋址方式比較好11. 指令系統(tǒng)中操作碼的表示方式，三種，其中最節(jié)省存儲空間的是哪種，各自的特點是什么？答：固定長操作碼，

6、Huffman編碼，擴展編碼1固定長度操作碼：規(guī)整，便于編碼；浪費信息量2Huffman編碼法：節(jié)省內(nèi)存空間；不規(guī)整，不便于編碼3擴展編碼法：使操作碼的平均長度最短，信息的冗余量最小12. 地址碼個數(shù)選擇的結(jié)論是什么？13. 計算一段代碼的訪存次數(shù)、程序存儲量和執(zhí)行速度14. 基本指令系統(tǒng)有哪五類答：數(shù)據(jù)傳送類指令，運算類指令，程序控制類指令，輸入輸出指令，處理機控制和調(diào)試指令15. CISC和RISC的特點和區(qū)別RISC的特點(1)大多數(shù)指令在單周期內(nèi)完成 (2)LOAD/STORE結(jié)構(gòu) (3)硬布線控制邏輯 (4)減少指令和尋址方式的種類 (5)固定的指令格式 (6)注重編譯的優(yōu)化CISC

7、的特點處理機的指令平均執(zhí)行周期都在4以上，增強指令系統(tǒng)功能，簡化了軟件，硬件復(fù)雜了16. RISC思想的精華是減少指令平均執(zhí)行周期題2.16第三章 存儲系統(tǒng)1. 存儲系統(tǒng)的定義、性能指標答：兩個或兩個以上速度，容量和價格各不相同的存儲器用硬件，軟件或者軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來成為一個系統(tǒng)。速度接近最快，容量接近最大的，價格接近最便宜的。性能指標：存儲容量，速度，價格2. 計算機存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)答：1層：通用寄存器堆，2層：指令和數(shù)據(jù)緩沖棧，3層：Cache，4層：主存儲器，5層：聯(lián)機外部存儲器，6層：脫機外部存儲器3. 什么是頻帶平衡問題？解決它的三個主要方法是什么？答：存儲器的訪問速

8、度能不能跟得上系統(tǒng)的需求，是影響整個計算機性能的極為重要的關(guān)鍵問題，這就是存儲器的頻帶平衡問題。解決方法：1，多個存儲器并行工作，2設(shè)置各種緩沖存儲器，3，采用存儲系統(tǒng)，特別是Cache存儲系統(tǒng)。4. 高位交叉訪問和低位交叉訪問的目的是什么？答：高位交叉訪問：用來擴大存儲器的容量。低位交叉訪問：提高存儲器的訪問速度。5. 地位交叉訪問如何實現(xiàn)快速存取。分時啟動6. 采用地位交叉訪問，如何實現(xiàn)無訪問沖突？答：把主存儲器的存儲體個數(shù)設(shè)置為質(zhì)數(shù)個7. 虛擬存儲系統(tǒng)由主存和虛擬存儲器構(gòu)成8. 虛擬存儲系統(tǒng)分為段式、頁式和段頁式，各自的特點是什么？答：段式的優(yōu)點：程序的模塊化性能好，便于程序和數(shù)據(jù)的共享

9、，缺點：地址變換所花費的時間比較長，主存儲器的利用率比較低。 頁式的優(yōu)點：主存儲器的利用率比較高，頁表相對比較簡單，地址映像和變換速度比較快。缺點：程序的模塊化性能不好，頁表很長，占空間。段頁式優(yōu)點：模塊化性能好，利用率高，管理容易。9. 通過什么表格進行地址映像和變換段表，頁表，段頁表10. 快慢表怎樣實現(xiàn)二級存儲系統(tǒng)快表： 小容量(幾幾十個字)， 高速硬件實現(xiàn)， 采用相聯(lián)方式訪問。慢表： 當快表中查不到時，從主存的慢表中查找； 慢表按地址訪問；用軟件實現(xiàn)。 快表與慢表也構(gòu)成一個兩級存儲系統(tǒng)。 主要存在問題：相聯(lián)訪問實現(xiàn)困難，速度低11. 頁面替換算法中LRU和FIFO分別代表什么？如何畫調(diào)

10、度表答：LRU：最久未使用算法，F(xiàn)IFO：先進先出算法。調(diào)度表：P16612. Cache存儲系統(tǒng)的組成主存和虛擬存儲器構(gòu)成13. 地址映像和變換方式，掌握全相聯(lián)、直接映像及組相聯(lián)三種，了解各自的特點答：在Cache中，地址映像是指把主存地址空間映像到Cache地址空間；地址變換則是指當程序已經(jīng)裝入到Cache之后，在實際運行過程中，把主存地址如何變換成Cache地址。全相聯(lián)優(yōu)點：塊的沖突率最小，利用率也最高；缺點：代價高，訪問速度慢。直接映像優(yōu)點：硬件實現(xiàn)簡單，訪問速度也比較快，確定：沖突率比較高，Cache的命中率很低。組相聯(lián)優(yōu)點：Cache的利用率比較高，缺點：就是實現(xiàn)難度比較大。14.

11、 Cache加速比的計算P193題3.1，3.14第四章1. I/O系統(tǒng)的基本輸入輸出方式及特點答：基本輸入輸出方式：程序控制輸入輸出方式；中斷輸入輸出方式；直接存儲器訪問方式。特點：異步性，實時性，設(shè)備無關(guān)性。2. 中斷優(yōu)先級是根據(jù)中斷硬件排隊器決定，中斷的緊迫性由四個因素決定四個因素：中斷源的急迫性；設(shè)備的工作速度（快）；數(shù)據(jù)恢復(fù)的難易程度（難）；要求處理機提供的服務(wù)量（少）。3. 能繪制中斷請求圖4. 中斷的軟硬件功能分配主要需要考慮從第一次關(guān)cpu中斷到第一次開cpu中斷為止的這段時間5. 中斷屏蔽的方法有：設(shè)置中斷屏蔽碼和改變處理機優(yōu)先級6. 中斷屏蔽碼的設(shè)置方法及判定7. 通道和I

12、OP的主要作用是將外圍設(shè)備的管理工作從cpu中分離出來題4.4第五章1. 指令重疊執(zhí)行方式的執(zhí)行時間計算答：順序執(zhí)行：T=3nt；一次重疊：T=(1+2n)t；二次重疊：T=（2+n）t。2. 二次重疊執(zhí)行必須解決的兩個問題答：1)有獨立的取指令部件、指令分析部件和指令執(zhí)行部件(2)要解決訪問主存儲器的沖突問題3. 先行控制方式的關(guān)鍵技術(shù)：緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)4. 處理機的結(jié)構(gòu)（圖5.3），能了解一個程序指令的執(zhí)行情況5. 數(shù)據(jù)相關(guān)的種類答：指令相關(guān)，主存操作數(shù)相關(guān)，通用寄存器相關(guān)和變址相關(guān)。6. 控制相關(guān)的種類答：主要包括：無條件轉(zhuǎn)移、一般條件轉(zhuǎn)移、復(fù)合條件轉(zhuǎn)移、中斷等。7. 轉(zhuǎn)移預(yù)測技術(shù)：

13、軟件猜測法和硬件猜測法的原理和方法，兩個先行緩沖棧的理解軟件“猜測法”目標：通過編譯器盡量降低轉(zhuǎn)移成功的概率。硬件“猜測法”方法：通過改變硬件結(jié)構(gòu)來降低轉(zhuǎn)移指令對流水線的影響兩個先行指令緩沖棧向前條件轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移成功與不成功各50%在先行指令緩沖棧中增加一個先行目標緩沖棧按照轉(zhuǎn)移成功的方向預(yù)取指令到先行目標緩沖棧中。先行指令緩沖棧仍然按照轉(zhuǎn)移不成功的方向繼續(xù)預(yù)取指令。如果轉(zhuǎn)移不成功，則繼續(xù)分析原來先行指令緩沖棧中指令。如果轉(zhuǎn)移成功，則分析新增設(shè)的先行目標緩沖棧中的指令。8. 流水線工作原理答：流水線方式是把一個重復(fù)的過程分解為若干個子過程，每個子過程可以與其他子過程同時進行。9. 時空圖繪制10

14、. 流水線的特點（理解）答：在流水線中處理的必須是連續(xù)的同類任務(wù)，只有連續(xù)不斷的提供同類任務(wù)才能充分發(fā)揮流水線的效率。在流水線的每一個功能部件的后面都要有一個緩沖寄存器，用于保存本段的執(zhí)行結(jié)果。流水線的各段時間盡量相等。流水線中需要有“裝入時間”和“排空時間”。每個子任務(wù)由一個專門的功能部件來實現(xiàn)。11. 流水線的分類（按是否線性，級別，功能，數(shù)據(jù)表示，靜動態(tài)等進行劃分），各個流水線的工作原理答：是否線性：線性流水線和非線性流水線。級別：處理機級流水線；功能部件級流水線；處理機間流水線。功能：單功能和多功能流水線數(shù)據(jù)表示：標量流水線和向量流水線靜動態(tài)：靜態(tài)流水線和動態(tài)流水線。1)線性流水線：每

15、一個流水段都流過一次，而且僅流過一次2)非線性流水線：某些流水段之間有反饋回路或前饋回路。3)單功能流水線：只能完成一種固定功能的流水線。4)多功能流水線：流水線的各段通過不同連接實現(xiàn)不同功能5)處理機級流水線，部件級流水線(操作流水線)，宏流水線6)按照數(shù)據(jù)表示方式：標量流水線和向量流水線7)按照控制方式：同步流水線和異步流水線12. 流水線性能分析指標和計算，結(jié)合時空圖吞吐率、效率、加速比13. 非線性流水線的調(diào)度目的避免流水線發(fā)生沖突，提高流水線的吞吐率和效率。14. 功能部件沖突問題15. 非線性流水線的表示16. 無沖突調(diào)度方法（能畫出狀態(tài)圖）17. 順序流動和亂序流動的原理和方法答

16、：順序流動：一串連續(xù)任務(wù)在流水線中是一個接一個地在各個功能段中間流過，從流水線的輸出端看，任務(wù)流出流水線的順序與輸入端的任務(wù)輸入順序完全相同。 亂序流動：在發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)時，要允許沒有數(shù)據(jù)相關(guān)的后續(xù)指令進入相關(guān)指令所占用的功能段執(zhí)行，并超越相關(guān)的指令繼續(xù)往前流動。18. 四種不同類型處理機的性能比較P321機器類型K段流水線基準標量處理機M度超標量處理機N度超流水線處理機（M,N）度超標量超流水線處理機機器流水線周期1個時鐘周期11/N1/N同時發(fā)送指令條數(shù)1條M1M指令發(fā)射等待時間一個時鐘周期11/N1/N指令級并行度ILP1MNM*N19. 單發(fā)射和多發(fā)射，多發(fā)射流水線處理機的結(jié)構(gòu)P324單

17、發(fā)射處理機：在一個時鐘周期內(nèi)只從存儲器中取出一條指令，并且只對一條指令進行譯碼，只執(zhí)行一條指令，只寫回一個運算結(jié)果。多發(fā)射處理機：在一個基本時鐘周期同時從Cache中讀出多條指令，同時對多條指令進行譯碼。20. 多流水線調(diào)度的三種方法及時空圖繪制1順序發(fā)射順序完成2順序發(fā)射亂序完成3亂序發(fā)射亂序完成題5.3，5.11第六章 向量處理機1. 向量表示方式，尤其是稀疏向量的表示和計算方法2. 向量處理機分為兩種結(jié)構(gòu)3. 向量三種處理方式，哪兩種適合向量計算，分別適合什么結(jié)構(gòu)的向量處理機？答：縱向處理方式和縱橫處理方式。前者適合存取器-存取器結(jié)構(gòu)，后者適合寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)。4. 向量處理機的向量/標量性能平衡問題答：向量平衡點定義為了使向量硬件設(shè)備和標量硬件設(shè)備的利用率相等，一個程序中向量代碼所占的百分比。5. 向量計算機的功能部件和操作數(shù)寄存器的預(yù)定判別6. 向量鏈接技術(shù)，能畫圖7. 向量循環(huán)開采技術(shù)8. 向量協(xié)處理器為什么具有價格低的優(yōu)點，大批量->為什么大批量就價格便宜？9. 向量處理機的向量指令的處理時間計算（編隊和鏈接）題6.7第八章 SIMD處理機