最新計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考試資料

1、.最新計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考試資料最新計算機系統(tǒng)構(gòu)造考試資料2020年07月06日星期二13：071、翻譯和解釋的區(qū)別和聯(lián)絡(luò)?區(qū)別：翻譯是整個程序轉(zhuǎn)換，解釋是低級機器的一串語句仿真高級機器的一條語句。聯(lián)絡(luò)：都是高級機器程序在低級機器上執(zhí)行的必須步驟。2、為什么將計算機系統(tǒng)看成是多級機器構(gòu)成的層次構(gòu)造?可以調(diào)整軟、硬件比例；可以用真正的實處理機代替虛擬機器；可以在1臺宿主機上仿真另一臺。3、計算機系統(tǒng)構(gòu)造用軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)各自的優(yōu)缺點?硬件優(yōu)點：速度快，節(jié)省存儲時間；缺點：本錢高，利用率低，降低靈敏性、適用性。軟件優(yōu)點：本錢低，進步靈敏性、適用性；缺點：速度慢，增加存儲時間、軟件設(shè)計費。4、就目前通

2、用機來說，計算機系統(tǒng)構(gòu)造的屬性主要包括哪些?數(shù)據(jù)表示、尋址方式、存放器組織、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)組織、中斷系統(tǒng)、管態(tài)目態(tài)定義與轉(zhuǎn)換、IO構(gòu)造、保護方式和機構(gòu)。5、試述由上往下、由下往上設(shè)計思路和存在的問題?由上往下：先考慮應(yīng)用要求，再逐級往下考慮怎樣實現(xiàn)。適用于專業(yè)機由下往上：根據(jù)已有器件，逐級往上。六七十年代通用機設(shè)計思路。以上方法存在的問題是軟、硬件脫節(jié)。6、采用統(tǒng)一高級語言方法、適用場合、存在問題和應(yīng)采取的策略。定義：是指為所有程序員使用的完全通用的高級語言。適用場合：軟件移植方便。存在問題：目前語言的語法、語義構(gòu)造不同；人們的看法不同；同一語言在不同機器上不通用；程序員的習(xí)慣應(yīng)采取的策略

3、：可一定范圍內(nèi)統(tǒng)一匯編語言，構(gòu)造一樣機器間搞系列機。7、由中間開場的設(shè)計思路及優(yōu)點既考慮應(yīng)用也考慮現(xiàn)有器件，由軟硬件分界面向兩端設(shè)計。優(yōu)點：并行設(shè)計，縮短周期。8、模擬和仿真的區(qū)別模擬：機器語言解釋，在主存中；仿真：微程序解釋，在控制存儲器中。9、采用系列機方法、適用場合、好處、存在問題和應(yīng)采取的策略定義：根據(jù)軟硬件界面的系列構(gòu)造，設(shè)計軟件和不同檔次的系列機器。適用場合：同一系列內(nèi)軟件兼容好處：照應(yīng)"中間開場"設(shè)計思路；緩解軟件要求穩(wěn)定環(huán)境和硬件開展迅速的矛盾。存在問題：軟件兼容有時會阻礙系統(tǒng)構(gòu)造的變革。策略：堅持這一方法，但到一定時候要開展新系列，還可采用模擬仿真。10、

4、為什么要進展軟件移植?軟件的相對本錢越來越高，應(yīng)重新分配軟、硬件功能。但：成熟軟件不能放棄；已有軟件修改困難；重新設(shè)計軟件經(jīng)濟上不劃算。11、除了分布處理MPP和機群系統(tǒng)外，并行處理計算機按其根本構(gòu)造特征可分為哪幾種不同構(gòu)造?例舉它們要解決的問題。流水線處理機：多個部件時間上并行執(zhí)行。擁塞控制，沖突防止，流水線調(diào)度。陣列處理機：空間上并行。處理單元靈敏，規(guī)律的互連形式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法。多處理機：時間和空間上的異步并行。多CPU間互連，進程間的同步和通訊，多CPU間調(diào)度。數(shù)據(jù)流計算機：數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)令牌在指令間傳遞。硬件組織和構(gòu)造，高效數(shù)據(jù)流語言。12、采用模擬與仿真方法、適

5、用場合、好處、存在問題和應(yīng)采取的策略。模擬定義：用機器語言解釋另一指令系統(tǒng)適用場合：運行時間短，使用次數(shù)少，時間上無限制。好處：可在不同系統(tǒng)間移植。存在問題：構(gòu)造差異大時，運行速度下降，實時性差。策略：與仿真結(jié)合仿真定義：用微程序解釋令一指令系統(tǒng)適用場合：構(gòu)造差異不大的系統(tǒng)好處：運行速度快存在問題：構(gòu)造差異大時，很難仿真。策略：與模擬結(jié)合，開展異種機連網(wǎng)。13、多計算機系統(tǒng)和多處理機系統(tǒng)的區(qū)別都屬于多機系統(tǒng)，區(qū)別：多處理機是多臺處理機組成的單機系統(tǒng)，多計算機是多*立的計算機。多處理機中各處理機邏輯上受統(tǒng)一的OS控制，多計算機的OS邏輯上獨立。多處理機間以單一數(shù)據(jù)、向量、數(shù)組、文件交互作用，多計

6、算機經(jīng)通道或通信線路以數(shù)據(jù)流形式進展。多處理機作業(yè)、任務(wù)、指令、數(shù)據(jù)各級并行，多計算機多個作業(yè)并行。14、各種耦合度特征最低：無物理連接，如脫機系統(tǒng)。松散：通信線路互連，適于分布處理嚴密：總線或數(shù)據(jù)開關(guān)互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)、作業(yè)級并行。15、以實例說明計算機系統(tǒng)構(gòu)造、組成、實現(xiàn)的互相關(guān)系與影響。構(gòu)造一樣，可用不同的組成。如系列機中不同型號的機器構(gòu)造一樣，但高檔機往往采用重疊流水等技術(shù)。組成一樣，實現(xiàn)可不同。如主存可用雙極型，也可用MOS型等。構(gòu)造不同組成不同，組成的進步會促進構(gòu)造的進步，如微程序控制。構(gòu)造的設(shè)計應(yīng)結(jié)合應(yīng)用和可能采用的組成。組成上面決定于構(gòu)造，下面受限于實現(xiàn)。組成與實現(xiàn)的權(quán)衡取決

7、于性價比等；構(gòu)造、組成、實現(xiàn)的內(nèi)容不同時期會不同。16、軟件移植的途徑，各受什么限制?統(tǒng)一高級語言：只能相對統(tǒng)一系列機：只能在構(gòu)造一樣或相近的機器間移植模擬：機器語言差異大時，速度慢仿真：靈敏性和效率差，機器差異大時仿真困難。17、并行處理數(shù)據(jù)的四個等級，給出簡單解釋，各舉一例位串字串：無并行性，如位串行計算機。位并字串：一個字的所有位并行，如簡單并行的單處理機。位片串字并：多個字的同一位并行，如相連處理機。全并行：同時處理多個字的多個位，如全并行陣列機。18、設(shè)計乘法指令時，構(gòu)造、組成、實現(xiàn)各考慮什么?構(gòu)造：是否設(shè)計乘法組成：是否配置高速乘法器實現(xiàn)：考慮器件集成度類型數(shù)量及微組裝技術(shù)。19、

8、器件的開展對邏輯設(shè)計方法的影響一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)為采用組成技術(shù)規(guī)模消費，規(guī)模集成，并盡量采用通用器件二是由全硬設(shè)計轉(zhuǎn)為微匯編、微高級語言、CAD等軟硬結(jié)合和自動設(shè)計第二章1、數(shù)據(jù)構(gòu)造和機器的數(shù)據(jù)表示之間的關(guān)系?引入數(shù)據(jù)表示的根本原那么?數(shù)據(jù)構(gòu)造要變換成數(shù)據(jù)表示來實現(xiàn)，不同的數(shù)據(jù)表示效率和方便性不同。它們是軟硬件的交界面。原那么：1、是否進步效率減少時間，2、通用性和利用率。2、簡述三種面向的尋址方式的關(guān)系。面向存放器：速度快，增加硬件；面向主存：速度稍慢，減少存放器占用；面向堆棧：速度慢，減輕編譯負擔(dān)。三者各有特點，但可共同使用，不互相排斥。3、堆棧型機器與通用存放器型機器的主要區(qū)別?堆棧型機器

9、對程序調(diào)用的哪些操作提供支持?通用存放器型對堆棧數(shù)據(jù)構(gòu)造實現(xiàn)的支持較差：1、堆棧操作指令少；2、速度低；3、通常只用于保存返回地址。堆棧型支持有力：1、硬件堆棧；2、堆棧指令豐富；3、支持高級語言編譯；4、支持子程序嵌套和遞歸?？蓪⒁韵滦畔⑷繅喝霔＃悍祷氐刂?、條件碼、關(guān)鍵存放器內(nèi)容、必要的全局或部分參數(shù)。為子程序開拓部分變量中間結(jié)果工作區(qū)。4、比較尋址方式在指令中的兩種指明方式。操作碼中的某位。缺點：不靈敏。優(yōu)點：指令總長短。設(shè)尋址方式字段。缺點：指令總長長。優(yōu)點：尋址靈敏。5、"機構(gòu)型"和"策略型"的含義?機構(gòu)型功能指根本的通用的功能；策略型功能指不

10、穩(wěn)定的可能會改變的功能。6、數(shù)據(jù)描繪符和向量數(shù)據(jù)表示對向量數(shù)據(jù)構(gòu)造所提供的支持有什么不同?描繪方法比變址方法簡便，但不能解決向量數(shù)組高速運算問題；向量處理機能快速形成元素地址，能把元素成塊預(yù)取到CPU，用一條指令同時對整個向量數(shù)組高速處理。7、按CISC方向改進指令系統(tǒng)的思路詳細方法?思路可從面向目的程序、高級語言、操作系統(tǒng)三個方面考慮。面向目的程序可采用的方法：1、對高頻指令增強功能加快速度，低頻指令合并和取消；2、復(fù)合指令代替子程序或宏。8、haffman方法及優(yōu)缺點?構(gòu)造方法：構(gòu)造haffman樹、每個節(jié)點用01表示、從根開場01編碼優(yōu)點：平均碼長最短，冗余少。缺點：種類多，不易譯碼。9

11、、haffman壓縮概念的根本思想?概率高的事件用短位數(shù)表示，低的用長位數(shù)表示。10、以浮點數(shù)數(shù)據(jù)表示說明數(shù)的可表示精度、運算中的精度損失，尾數(shù)基值取小對哪個有利哪個不利?數(shù)的可表示精度是數(shù)軸上數(shù)的離散程度，兩個數(shù)間差越小，精度越高；運算中的精度損失指運算中尾數(shù)超長造成的損失。尾數(shù)基值取小那么可表示范圍變小，個數(shù)減少，分布變密，精度進步，速度降低，對前者有利，對后者不利。11、OS中哪些適宜硬化或固化?哪些不適宜?高頻使用的機構(gòu)型功能適宜，策略型功能不適宜。12、什么是程序的動態(tài)再定位?程序在主存中的實際位置可以動態(tài)挪動的定位技術(shù)?？梢允褂没反娣牌骰蛴诚蟊碛布?。13、縮短地址碼長度的方法基址

12、、變址、相對尋址、分段、存放器尋址、存放器間接尋址等。14、變址和基址各適用于何種場合?設(shè)計一種只用6位地址碼就可以指向一大地址空間中任意64個地址之一的尋址機構(gòu)。變址適宜標量計算機中，基址主要對邏輯與物理空間進展變換，支持動態(tài)再定位。用6位地址碼表示64個地址中的任意一個，可以用隱含尋址或PC自相對尋址形成物理地址。15、設(shè)計RISC機器的一般原那么及可采用的根本技術(shù)?原那么：精簡指令條數(shù)、格式，讓指令等長，一個周期內(nèi)完成，增加通用存放器，一般指令不可訪存只能對存放器操作，硬件實現(xiàn)為主，少量微程序解釋，進步編譯程序質(zhì)量。技術(shù)：按以上原那么優(yōu)化、實現(xiàn)指令，設(shè)置存放器，指令采用重疊流水方式解釋，

13、采用延遲轉(zhuǎn)移，進步廉價程序質(zhì)量。16、比較CISC和RISC，今后的開展是什么?CISC問題：系統(tǒng)龐大導(dǎo)致本錢高可靠性低，80%指令利用率低，性價比低。RISC優(yōu)點：簡化指令系統(tǒng)，適宜VLSI實現(xiàn)，解決了CISC的上述問題。缺點：加重匯編語言負擔(dān)，目的程序開銷大，對浮點運算虛擬存儲支持不強，對編譯程序要求高。開展趨勢：二者互相結(jié)合，取長補短。17、比較四種浮點數(shù)尾數(shù)下溢處理方法截斷法：將超出機器字長的部分截去，整數(shù)最大誤差1，分數(shù)最大誤差2-m，統(tǒng)計平均誤差0，不能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差，實現(xiàn)最簡單不增硬件不需處理時間，但最大誤差平均誤差大且無法調(diào)節(jié)。舍入法：設(shè)一附加位，整數(shù)最大誤差0.5，分數(shù)最大

14、誤差2-m-1，統(tǒng)計平均誤差略0，不能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差，實現(xiàn)簡單增硬件少最大誤差小，但速度慢需處理時間平均誤差無法調(diào)節(jié)。恒置1法：最低位恒置1，整數(shù)最大誤差1，分數(shù)最大誤差2-m，統(tǒng)計平均誤差略0，不能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差，實現(xiàn)最簡單不增硬件不需處理時間，但最大誤差平均誤差大且無法調(diào)節(jié)。查表舍入法：用2k個字的ROM或PLA存放下溢處理表，根據(jù)查表內(nèi)容處理下溢。整數(shù)、分數(shù)、統(tǒng)計平均誤差均趨于0，能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差，處理速度快但需增加硬件。1、以IBM370為例說明為什么把中斷分類以及分成幾類。大型多用處機器中斷源多，每個中斷源單獨形成入口將導(dǎo)致硬件實現(xiàn)難，代價大，因此可歸類，每類給中斷效勞程序入口

15、由軟件轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理部分。IBM370中斷分為6類：機器校驗，訪管，程序性，外部，I/O，重新啟動。2、專用和非專用線各自的優(yōu)缺點專用線：只連接一對物理部件的總線。優(yōu)點：不用爭總線，控制簡單，系統(tǒng)可靠。缺點：總線數(shù)多且長，本錢高，利用率低，不易擴展。非專用線：可被多種功能與部件共享，但同一時刻只能被一個部件使用。優(yōu)點：集成度高，造價低，可擴展才能強，總線利用率高，易標準化。缺點：流量小，爭用總線，部件效率低，可能成為瓶頸，可靠性差。3、減少總線線數(shù)的方法線的組合：減少按功能和傳遞方向所需的線數(shù)。編碼：對少數(shù)幾根功能線進展編碼取代多根單功能線。并/串-串/并：在總線兩端設(shè)置轉(zhuǎn)換器，經(jīng)分拆移位后在目

16、的端形成完好的字。4、比較幾種數(shù)據(jù)寬度單字：適宜低速設(shè)備，不用指明傳送信息單位，缺點是速度慢總線利用率低；定長塊：高速設(shè)備，充分利用總線寬度不用指明傳送信息單位，但不靈敏；可變長塊：優(yōu)先級速度都高的設(shè)備，靈敏需充分利用總線帶寬，但需指定傳送信號塊大小。單字加定長塊：優(yōu)先級高速度低的設(shè)備，短數(shù)據(jù)可用單字傳送減少帶寬浪費，信息塊太小時成為單字方式總線利用率低。單字加可變長塊：普遍使用，靈敏有效，但復(fù)雜開銷大。5、有通道情況下的I/O過程a目態(tài)程序中可安排I/O廣義指令b運行到廣義指令后，產(chǎn)生訪管中斷cCPU響應(yīng)中斷后進入管態(tài)d管理程序根據(jù)廣義指令編寫通道程序，進入通道選擇設(shè)備期e選擇通道和子通道，

17、取出指令，選擇控制器和設(shè)備，發(fā)啟動命令，完畢通道選擇設(shè)備期f進入通道數(shù)據(jù)傳送期，完成數(shù)據(jù)傳送g向CPU發(fā)I/O懇求，第二次轉(zhuǎn)管態(tài)，調(diào)出相應(yīng)管理程序，之后CPU返回目態(tài)。6、比較通道的三種類型字節(jié)多路：單字節(jié)，適于大量低速設(shè)備，字節(jié)穿插，屢次選擇設(shè)備，分時共享，滿負荷時對通道要求的實際流量應(yīng)是所連各設(shè)備的流量之和。數(shù)組多路：定長塊，適于大量高速設(shè)備，成組穿插，屢次選擇設(shè)備，分時共享，滿負荷時對通道要求的實際流量應(yīng)是所連各設(shè)備的流量最大的那個。選擇：不定長塊，高優(yōu)先級高速設(shè)備，獨占通道，一次選擇設(shè)備，獨占，滿負荷時對通道要求的實際流量應(yīng)是所連各設(shè)備的流量最大的那個。7、為什么中斷優(yōu)先級從高到低一般

18、為：機器校驗、程序性和管理程序調(diào)用、外部、I/O、重新啟動?機器校驗假設(shè)不及時處理，系統(tǒng)將無法正常工作。程序中斷假設(shè)低于外部和I/O中斷可能導(dǎo)致混亂。只有處理完機器故障后，才能進入訪管中斷。重新啟動一般時間并不緊迫，所以放在最后。8、集中式串行鏈接的過程，優(yōu)缺點，硬件故障時通訊的可靠性。a經(jīng)公共總線向總線控制器申請b總線不忙時，總線控制器響應(yīng)懇求，送出總線可用。c總線可用信號在部件間串行通過，直至某個部件發(fā)生總線懇求。d該部件獲得總線使用權(quán)e數(shù)據(jù)傳送，維持總線忙f傳送完成，去除總線忙g總線懇求再次建立時，重復(fù)新的分配過程。優(yōu)點：簡單，線數(shù)少，可擴大性好，可靠性高。缺點：對總線可用線及電路敏感，

19、不靈敏，速度慢。9、集中式定時查詢的過程，優(yōu)缺點，硬件故障時通訊的可靠性。a每個部件發(fā)總線懇求b總線不忙時，定時查詢誰發(fā)的懇求c查詢到后，查詢停頓，該部件獲得總線使用權(quán)d數(shù)據(jù)傳送，維持總線忙e傳送完成，去除總線忙f總線懇求再次建立時，重復(fù)新的分配過程。優(yōu)點：靈敏，可靠性高缺點：線數(shù)多，擴展性差，控制復(fù)雜，總線分配受限計數(shù)信號。10、集中式獨立懇求的優(yōu)缺點，硬件故障時通訊的可靠性。a每個部件有總線懇求和總線準許b總線未分配時，總線分配器根據(jù)某種算法仲裁哪個申請部件使用總線。c數(shù)據(jù)傳送d傳送完畢后除去總線已分配和總線準許。優(yōu)點：速度快，靈敏，方便隔離失效部件缺點：線數(shù)多，復(fù)雜。11、在現(xiàn)代計算機系

20、統(tǒng)中，中斷系統(tǒng)的軟硬件功能是怎樣分配的，為什么這樣分配?中斷響應(yīng)要求快，一般用硬件實現(xiàn)。中斷的處理過程一般用軟件，也可用硬件支持。中斷響應(yīng)過程中現(xiàn)場的保存和恢復(fù)用硬件實現(xiàn)，以保證響應(yīng)速度。另一部分現(xiàn)場用軟件實現(xiàn)，進步靈敏性。第四章1、在分體穿插存儲器中為什么實際頻寬不隨M增大而線性增大?M大-數(shù)據(jù)總線長-負載重-增加門級數(shù)-增加延遲；順序取指效率可進步M倍，但出現(xiàn)轉(zhuǎn)移效率就會下降。2、段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換過程。程序號、段號、段內(nèi)偏移量1由程序號找到相應(yīng)的段表基址存放器，查到段表始址和段表長度。2檢查是否越界，正常轉(zhuǎn)3 3由段表始址和段號找到裝入位等相應(yīng)表項4裝入位為1轉(zhuǎn)5，否那么產(chǎn)生缺頁中斷

21、5主存地址+段內(nèi)偏移=物理地址第五章1、試舉例說明什么是"先讀后寫"，"寫-寫"，"先寫后讀"相關(guān)?設(shè)有指令h，i，j，k，l，m，n依次流入流水線，假設(shè)i要讀數(shù)的單元正是k寫數(shù)的單元，正常順序是i先讀，k再寫。但由于異步流動下，k可能先于指令i被解釋，從而i讀到的是不正確數(shù)據(jù)正常數(shù)據(jù)應(yīng)該是k寫之前的，這種相關(guān)稱為"先讀后寫"相關(guān)。假設(shè)i，k向一單元寫數(shù)據(jù)，正常情況下最后單元中應(yīng)保存k寫的數(shù)據(jù)，但由于異步流動，k可能先于i寫數(shù)據(jù)，使該單元最后結(jié)果不正確，這種相關(guān)稱"寫-寫"相關(guān)。類似可知&quo

22、t;先寫后讀"相關(guān)。2、解決通用存放器數(shù)相關(guān)有幾種方法?試作簡單比較。方法1：推后"分析k+1"讀。可將"分析k+1"推到"執(zhí)行k"完畢時，也可以使它們部分重疊，只要"分析k+1"能獲得正確操作數(shù)即可。缺點：它們是以犧牲速度為代價。優(yōu)點：不增加設(shè)備。方法2：設(shè)置"相關(guān)專用通路方法"。在運算器輸出到輸入之間增設(shè)"相關(guān)專用通路"，保證在"執(zhí)行k+1"之前輸入中已獲得正確信息。優(yōu)點：重疊速度不下降。缺點：增加設(shè)備為代價。3、為實現(xiàn)指令重疊解釋可能采取哪

23、些方法?簡單分析其特點?方法1：讓操作數(shù)和指令分別存放在兩個獨立編址且可同時訪問的存儲器中。優(yōu)點：有利于實現(xiàn)指令的保護。缺點：主存總線控制復(fù)雜，軟件設(shè)計費事。方法2：指令和操作數(shù)混存在多體穿插主存構(gòu)造中，只要指令和操作數(shù)不在一個分體時就在一個主存周期獲得。優(yōu)點：實現(xiàn)上簡單，開銷少。缺點：當(dāng)指令和操作數(shù)在同一體時無法重疊。方法3：增設(shè)FIFO工作的指令緩沖存放器。當(dāng)主存空閑時預(yù)取下幾條指令到指緩。優(yōu)點：微操作可分成分析指令和執(zhí)行指令兩部分。缺點：數(shù)據(jù)相關(guān)問題。4、試比較幾種指令級高度并行的超級處理機超標量處理機：配置多套功能部件輔助電路，靠編譯程序優(yōu)化指令順序，使流水吞吐率進步。優(yōu)點：硬件不調(diào)整

24、指令順序、容易實現(xiàn)、適宜矩陣計算。缺點：開銷大。超長指令字處理機：編譯程序?qū)⑦x擇可并行指令放入一條超長指令中，運行時指令中每個操作段控制一功能部件。優(yōu)點：硬件構(gòu)造和指令系統(tǒng)簡單、無增加硬件開銷、指令級并行性高。缺點：指令構(gòu)造與一般計算機不兼容、指令構(gòu)造不靈敏浪費指令存儲空間、不適于一般領(lǐng)域。超流水線處理機：利用時間并發(fā)性，利用較短時鐘周期進步流水線速度。優(yōu)點：開銷小。缺點：必須有高速時鐘機。5、流水線按級別分成幾類?線性流水線與非線性流水線有什么區(qū)別?動態(tài)流水線和靜態(tài)流水線有什么區(qū)別?流水線按級別分部件級、處理機級和系統(tǒng)級三級。線性流水線段間無反響或超過的通路，非線性流水線那么有反響回路或前越

25、通路。靜態(tài)和動態(tài)流水都是多功能的流水。其中，動態(tài)流水線按一種功能流水未完成之前，可重組開場另一種功能的流水。靜態(tài)流水線必須等流水線排空之后才可進展功能切換。6、在"一次重疊"的機器中，會出現(xiàn)哪些相關(guān)?如何處理?轉(zhuǎn)移指令與后續(xù)指令相關(guān)：減少使用轉(zhuǎn)移指令，需要使用時可采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)。指令相關(guān)：不允許程序在執(zhí)行過程中修改指令，需要修改指令時可用類似于IBM370的執(zhí)行指令，變指令相關(guān)為操作數(shù)相關(guān)，統(tǒng)一按操作相關(guān)去處理。主存空間數(shù)相關(guān)：在存儲控制器中，寫數(shù)申請優(yōu)先于讀數(shù)申請被響應(yīng)變址值二次相關(guān)，設(shè)置變址值相關(guān)專用通路。通用存放器組的變址值一次相關(guān)：設(shè)置變址值相關(guān)專用通路，并推后后

26、續(xù)指令的分析。7、為處理流水機器的全局性相關(guān)，可以加快或提早形成轉(zhuǎn)移指令所需的條件碼，那么可從哪兩方面考慮?舉例說明。一是加快單條指令內(nèi)部條件碼的形成。如有的指令，象乘、除指令只要取出操作數(shù)，利用其數(shù)的符號位是同號，還是異號，就可以斷定結(jié)果的正負。而是在一段程序內(nèi)提早形成條件碼，例如，在循環(huán)程序中，將控制循環(huán)變量改值的指令提早到循環(huán)體開場處。在硬件上設(shè)置專用的條件碼存放器，以便在判斷是否循環(huán)時，已提早產(chǎn)生了條件碼。8、解釋重疊方式中的"一次重疊"的含義。將指令的解釋分為"分析"和"執(zhí)行"兩個階段，任何時刻都只是"執(zhí)行k&qu

27、ot;與"分析k+1"在時間上重疊，也就是讓指令分析部件與指令執(zhí)行部件同時處理相鄰的兩條指令。9、什么是流水線的速度瓶頸?消除流水線速度瓶頸的方法有哪兩種，舉例示意說明。流水線中經(jīng)過時間最長的功能段就是流水線中的速度瓶頸。去除流水線的速度瓶頸的方法，一是將瓶頸過程再細分。例如，流水線瓶頸段為2t，其它各段均為t，那么可將該瓶頸段再細分成兩個子段，各子段經(jīng)過時間均為t；二是將瓶頸子過程多套并聯(lián)，如上例，將瓶頸重復(fù)設(shè)置兩個，任務(wù)錯開一個t時間分配給這兩個段。10、流水機器的中斷處理有哪兩種方法，各有什么優(yōu)缺點?流水機器的中斷處理有不準確斷點法和準確斷點法兩種。不準確斷點法好處是

28、控制處理簡單，缺點是程序排錯不利。準確斷點法，中斷現(xiàn)場準確對應(yīng)于發(fā)出中斷的指令，有利于程序的排錯，但不利之處是需要大量后援存放器。11、在流水機器中，全局性相關(guān)指的是什么?處理全局性相關(guān)的方法有哪些?簡要說明。全局性相關(guān)是轉(zhuǎn)移指令與其后續(xù)指令之間的相關(guān)。處理方法有：猜測法，猜選其中一個分支繼續(xù)流入，待條件碼形成后再決定是繼續(xù)執(zhí)行，還是作廢，按另一分支重新流入。提早形成轉(zhuǎn)移所需的條件，包括指令內(nèi)或程序段內(nèi)條件碼的提早生成。加快短循環(huán)程序的處理，判斷如屬于短循環(huán)，將循環(huán)體內(nèi)各指令一次取入指令緩沖器中，停頓預(yù)取指令；猜選分支恒選循環(huán)分支。12、流水處理的主要技術(shù)途徑是什么?在CPU中可以有哪兩類流水

29、?在存儲系統(tǒng)或存儲體系中舉出兩個應(yīng)用流水的例子。流水處理的主要技術(shù)途徑是時間重疊和功能部件專用化。CPU內(nèi)部可以有指令流水線和運算操作流水線。在存儲體系中CACHE存儲器的查地址映象表和訪物理CACHE可以流水。存儲器系統(tǒng)中，主存模m多體穿插對各分體的穿插訪問也可以看成是一種流水。第四章1、在分體穿插存儲器中為什么實際頻寬不隨M增大而線性增大?M大-數(shù)據(jù)總線長-負載重-增加門級數(shù)-增加延遲；順序取指效率可進步M倍，但出現(xiàn)轉(zhuǎn)移效率就會下降。2、段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換過程。程序號、段號、段內(nèi)偏移量1由程序號找到相應(yīng)的段表基址存放器，查到段表始址和段表長度。2檢查是否越界，正常轉(zhuǎn)3 3由段表始址和段

30、號找到裝入位等相應(yīng)表項4裝入位為1轉(zhuǎn)5，否那么產(chǎn)生缺頁中斷5主存地址+段內(nèi)偏移=物理地址3、段頁式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換過程用戶標志、段號、頁號、頁內(nèi)偏移1用戶標志-段基址存放器2檢查是否越界3找到段表中表項4檢查裝入位，段長5找到頁表中表項6檢查裝入位7實頁號+頁內(nèi)偏移=有效地址4、段式存儲管理優(yōu)缺點優(yōu)點：并行編程，縮短時間；相對獨立，易于維護；實現(xiàn)虛擬存儲；便于共享和分段保護。缺點：主存利用率低；降低了訪寸速度；空閑區(qū)管理復(fù)雜；查表速度慢。5、分頁方式的優(yōu)缺點優(yōu)點：表項短，減少訪表時間；零頭少；速度快。缺點：強迫分頁，不利于存儲保護和擴大；有效地址生成慢。6、段頁式管理的優(yōu)缺點優(yōu)點：具有段式、

31、頁式優(yōu)點缺點：有效地址形成慢。7、為什么要開展存儲體系單一工藝的存儲器件不能同時滿足容量、速度和價格的要求；并行主存系統(tǒng)效果有限。所以必須使用由多種不同工藝存儲器組成的存儲系統(tǒng)，從系統(tǒng)構(gòu)造上公斤，開展存儲體系。8、頁面失效頻率算法的思想某個程序的頁面失效率過高時就增加它的主存頁數(shù)，過少時就減少它的主存頁數(shù)，以進步總的主存利用率。9、主存頁面表實現(xiàn)的變形LRU的過程最近最久未使用算法1建立主存頁面表2用使用位表示是否被訪問過，置初值為0 3訪問實頁，那么其使用位置1 4調(diào)入頁進入占用位為0的實頁，將占用位置1 5所有占用位為1，發(fā)生缺頁時，交換使用位為0的頁6使用位要全1時，強迫全置0。10、頁

32、式管理中的主存頁面表和頁表是一張表嗎?頁表是一個程序一張；主存頁面表是整個主存一張。11、比較寫回法寫直達法寫回法：信息只寫入CACHE，僅需要交換時才送回主存。節(jié)省開銷，但增加CACHE復(fù)雜性。寫直達法：寫入CACHE時也寫入主存。開銷小，簡單，但浪費時間。12、CPU-Cache-主存層次，CPU-主存-輔存層次異同。一樣點：都需要地址映象表和地址變換機構(gòu)。不同點：1前者為縮小CPU主存速度差，后者為擴大主存容量；2前者硬件后者軟影結(jié)合實現(xiàn)地址變換；3前者用頁表后者用目錄表實現(xiàn)實現(xiàn)地址映象表；4前者CPU與輔存之間無通路，后者缺頁時CPU采用換道方法。13、散列法實現(xiàn)快表的地址變換過程1A

33、=HNv2查找Nv時，經(jīng)同樣函數(shù)變成A，再找到Nv內(nèi)容。3地址變換時先查快表再查慢表14、有Cache時，給出一個主存地址訪存過程1將主存與Cache分成大小一樣的塊。2判斷要訪問的主存地址塊號是否在Cache中。3假設(shè)在，變換為Cache號，訪問Cache。4假設(shè)不在，將該信息由主存調(diào)入Cache和CPU。5假設(shè)Cache已滿，那么交換Cache信息，修改相應(yīng)表格。15、比較Cache-主存層次的幾種地址變換方式全相聯(lián)映象和變換。過程：主存分為塊號和塊內(nèi)地址；塊號同目錄表比較；一樣那么Cache塊號和塊內(nèi)地址形成Cache地址；不同那么缺塊，調(diào)塊。目錄表長：Cache；寬：主存塊號+Cach

34、e塊號。優(yōu)點：塊沖突低，空間利用率最高；缺點：映象表長，查表速度慢。直接映象及變換。過程：區(qū)號塊號塊內(nèi)地址；主存地址中截取Cache地址；根據(jù)塊號讀出目錄表中區(qū)號與主存地址區(qū)號比較；相等那么命中否那么訪主存。目錄表長：Cache；寬：主存地址位-Cache地址位。目錄表小，本錢低速度快，但沖突概率大Cache利用率低。組相映象及變換。區(qū)號組號塊號內(nèi)地址；用組號選組；對該組區(qū)號+塊號全相聯(lián)比較；找不到失敗找到那么Cache塊號組號塊內(nèi)地址形成Cache地址。目錄表長2ncb，Cache表大小區(qū)號+2塊號位區(qū)號+塊號位參與比較。集中全相聯(lián)和直接映象的優(yōu)點彌補它們的缺點，但塊沖突全相聯(lián)，Cache利

35、用率全相聯(lián)，目錄表直接方式。16、什么是堆棧型的交換算法滿足n n=Lt時，Btn=Btn+1n：分配給程序的實頁數(shù)Btn：t時刻在實頁中的頁面集合Lt：t時刻處理過的不同的虛頁數(shù)17、主存實際頻寬與模數(shù)m的關(guān)系是什么?原因?指令流與數(shù)據(jù)流隨機時，主存實際頻寬與模數(shù)m有什么關(guān)系?主存實際頻寬隨模數(shù)增大而增大，但增量會減小。這是因為程序會有轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)分布有隨機性。完全隨機時，大致成平方根關(guān)系增大。18、CPU寫Cache時，會發(fā)生Cache與主存的對應(yīng)副本內(nèi)容不一致，如何解決?需增加什么開銷?寫回法：僅Cache交換時才寫回主存。每個Cache塊需增加一個修改位的資源開銷。寫直達法：同時寫入Ca

36、che和主存，需增加時間開銷。19、二級虛擬儲存層次的等效訪問時間與主輔存訪問時間有什么關(guān)系?進步存儲層次的訪問速度，可采取的措施有哪些?主輔存的訪問時間為T1和T2，等效訪問時間TA=HT1+1-HT2，H為主存命中率?？刹扇〉拇胧A主存訪問周期時，可用改進交換算法、增大主存容量等方法來進步H；H很高時，可降低T1；加快地址映象和變換，如采用快慢表，增大快表命中率等。20、解釋頁面失效、頁面爭用，什么時候同時發(fā)生，什么時候不同時發(fā)生?虛頁不在主存中，會發(fā)生頁面失效。頁面調(diào)入主存時，其位置被其它虛頁占用，會發(fā)生頁面爭用。分配給程序的內(nèi)存被全部占用后，會同時發(fā)生。反之不同時發(fā)生第六章1、試分

37、析陣列處理機特點1陣列處理機進步速度是利用資源重復(fù)，利用并行性中的同時性；2處理單元同等地擔(dān)負起各種運算，其設(shè)備利用率可能不那么高；3速度進步在硬件價格大幅度下降情況下，潛力宏大；4互連網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)性能影響顯著；5互連網(wǎng)絡(luò)使陣列處理機比固定構(gòu)造的單功能流水線靈敏；6陣列處理機構(gòu)造和所采用并行算法嚴密聯(lián)絡(luò)；7陣列處理機還必須進步標量處理速度?？傊?，陣列處理機本質(zhì)上是專門對付數(shù)組運算的處理單元陣列組成的處理機、專門從事處理單元陣列控制及標量處理的處理機和專門從事輸入輸出及操作系統(tǒng)管理的處理機組成的一個異構(gòu)型多處理機系統(tǒng)。2、試比較陣列機的兩種根本形式1分布式存儲器陣列機。a、各處理單元PE有部分存儲

38、器，被分布數(shù)據(jù)只能被本處理單元直接訪問。b、在控制部件CU內(nèi)有主存儲器。運行時所有指令都在CU中，只把適宜并行處理的"向量類"指令播給各PE，并控制各PE并行執(zhí)行。c、各PE可通過互連網(wǎng)ICN交換數(shù)據(jù)。d、PE通過CU連到管理處理機SC上，用于管理系統(tǒng)資源。2集中式共享存儲器陣列機。a、K個存儲體集中組成，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)為全部N個處理單元共享。其中K等于數(shù)據(jù)處理單元數(shù)。b、互連網(wǎng)用于處理單元與存儲分體之間進展轉(zhuǎn)接構(gòu)成數(shù)據(jù)通路。3、試比較多級互連的幾種網(wǎng)絡(luò)ATRAN-拓撲構(gòu)造：第I級交換單元處于交換方式時，實現(xiàn)Cubei；控制方式：級控制分級控制；交換單元：二功能交換單元。間接二

39、進制N方體-拓撲構(gòu)造：第I級交換單元處于交換方式時，實現(xiàn)Cubei；控制方式：單元控制；交換單元：二功能交換單元。多級混洗omega-拓撲構(gòu)造：每一級有一個全混拓撲和一列四功能交換單元；控制方式：單元控制；交換單元：四功能交換單元。多級PM2I-拓撲構(gòu)造：每級按PM2I連接；控制方式：級控制或單元控制；交換單元：二功能交換單元。全排列Benes-拓撲構(gòu)造：三維立方體多級網(wǎng)絡(luò)與它的逆網(wǎng)絡(luò)連在一起，省去中間重復(fù)一級；控制方式：單元控制；交換單元：二功能交換單元。4、試說明間接二進制n方體網(wǎng)絡(luò)是阻塞式網(wǎng)絡(luò)N個端要實現(xiàn)任意排列，應(yīng)有N！種。而單元控制的N=lnN/ln2級間接二進制方體網(wǎng)絡(luò)中，每級有N

40、/2個開關(guān)，N級互連網(wǎng)交換開關(guān)總數(shù)為NlnN/ln2/2.要實現(xiàn)入、出端的一一映射，每個開關(guān)只能取直接或交換兩種功能。所以開關(guān)狀態(tài)總共有2NlnN/ln2/2，即NN/2種。當(dāng)N 2時，NN/2所以它無法表示所有N！排列，所以當(dāng)多個入出端同時連接時可能發(fā)生沖突，即間接二進制N方體網(wǎng)絡(luò)是阻塞式網(wǎng)絡(luò)。5、試比較互連網(wǎng)動態(tài)拓撲構(gòu)造的兩種形式動態(tài)單極網(wǎng)絡(luò)指網(wǎng)絡(luò)只有有限幾個連接，必須經(jīng)循環(huán)屢次通過，才能實現(xiàn)任意兩個處理單元之間的信息傳送。節(jié)省設(shè)備，但通過時間長，對網(wǎng)絡(luò)控制要求高。動態(tài)多極網(wǎng)絡(luò)指由多個動態(tài)單極網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)組成的網(wǎng)絡(luò)。通過時間短，靈敏性好，可利用不同單極互連網(wǎng)絡(luò)組合成有不同特征和連接形式的多級互

41、連網(wǎng)絡(luò)。缺點是：增加設(shè)備和本錢。6、試比較單級互連的幾種函數(shù)Cube相連的2個處理單元其二進制編號只有一位不同。Cubei，其第i位取反。有l(wèi)ogN以2為底，下同種函數(shù)，任意兩點最大間隔 是logN，最多使用logN次函數(shù)可實現(xiàn)任意入出端連接，可逆。PM2I J號處理單元直接連接的結(jié)點是J±2i0ilogN-1。PM2±ij=j±2i0ilogN-1，0jN-1.有2logN-1種函數(shù)，任意兩點最大間隔 是N/2，最多使用2次函數(shù)可實現(xiàn)任意端連接，可逆?；煜疵總€結(jié)點連到另一個二進制結(jié)點最低位是其最高位的結(jié)點。ShufferPn-1P1P0=Pn-2P1P0Pn-1

42、.有2種函數(shù)，任意兩點最大間隔 是2logN-1，最多使用2logN-1次函數(shù)可實現(xiàn)任意入出端的連接，不可逆。7、單指令流多數(shù)據(jù)流的并行處理機在系統(tǒng)組成上應(yīng)包含哪些部分和功能?重復(fù)設(shè)置大量的處理單元用規(guī)整靈敏的互連函數(shù)互連，組成處理單元陣列；用專門的并行算法對數(shù)組、向量中的元素進展并行處理；用一臺高性能處理機來進展標量處理和控制互連網(wǎng)絡(luò)的連接；用一臺管理處理機來運行系統(tǒng)程序和輸入輸出任務(wù)。8、什么是全排列網(wǎng)絡(luò)?實現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)有哪兩種方法?可實現(xiàn)N個入端的所有N！種排列的網(wǎng)絡(luò)稱全排列網(wǎng)絡(luò)，即N個端所有一到一的傳送都不會發(fā)生傳送途徑使用沖突的互連網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)的出方法有：在多級互連網(wǎng)絡(luò)的輸出

43、端設(shè)置鎖存器，使輸出端的數(shù)據(jù)再一次通過多級互連網(wǎng)絡(luò)；將兩個多級互連網(wǎng)絡(luò)，即一個正網(wǎng)絡(luò)和一個逆網(wǎng)絡(luò)串接起來，合并掉中間的一級，組成2logN-1級的多級網(wǎng)絡(luò)。第八章輸入/輸出子系統(tǒng)本章主要講述輸入/輸出根本概念，包括總線類型、總線控制方式，中斷系統(tǒng)的分類與分級，講述通道處理機，包括通道工作原理，通道類型等。本章重點是總線控制方式的比照分析，通道類型及分析。一、I/O子系統(tǒng)的主要特征識記外設(shè)與計算機的連接方式有串行連接和并行連接兩種。串行方式本錢低，適宜于單字節(jié)傳送的設(shè)備。輸入/輸出控制器在物理上可位于主處理機中或在輸入輸出設(shè)備中也可在這兩者之間。輸入輸出系統(tǒng)開展經(jīng)歷在三個階段：1.程序控制2.直

44、接存儲器訪問DMA3.I/O處理機方式二、I/O部件類型識記輸入/輸出設(shè)備分為存儲設(shè)備和傳輸設(shè)備兩大類。本節(jié)的主要內(nèi)容是磁盤的介紹，重點領(lǐng)會廉價冗余磁盤陣列RAID.三、總線領(lǐng)會總線是連接數(shù)字系統(tǒng)的信號線集?？偩€的分類：按數(shù)據(jù)傳送方向單向傳輸總線雙向傳輸總線全雙向半雙向按用處專用總線共享總線面向單機的面向多機的按數(shù)據(jù)線寬度16位32位64位按層次芯片級板極系統(tǒng)極的總線連接假設(shè)干個模塊并用于傳輸信息，當(dāng)多個模塊試圖同時控制總線操作時，需要通過總線裁決器決定由哪個模塊控制總線?？偩€的控制方式分兩種：集中式控制和分布式控制?？偩€控制機構(gòu)根本集中在一起，不管是連接到總線的一個部件中，還是在單獨的硬件中

45、，都稱為集中式控制。而總線的控制邏輯分散在連到總線的各個部件時，就稱為分布式總線控制。這里只講集中式總線控制。當(dāng)多個模塊同時發(fā)出懇求時，就由硬件來進展裁決，方式主要有串行鏈接式、定時查詢式和獨立懇求等。對照教材三個示意圖，理解三種裁決方式的原理。1、串行鏈接式：各模塊的懇求信號通過一條公共的懇求線向總線控制器發(fā)出，假設(shè)總線忙信號不存在，那么總線控制器收到信號后對懇求響應(yīng)，通過總線可用信號線送出信號，這個信號串行地通過每個部件，假設(shè)收到信號的部件未發(fā)出過總線懇求時，那么把信號往下一部件傳遞，假設(shè)部件發(fā)送過總線懇求，那么該部件收到信號就不再往后傳遞，建立總線忙信號，并去除其"總線懇求&q

46、uot;信號，開場總線操作，完成數(shù)據(jù)傳送后，部件除去總線忙信號，總線可用信號也隨之去除。此后假設(shè)有總線懇求，那么再次開場總線分配過程。2.集中式定時查詢方式。這里用到了一個計數(shù)器，根據(jù)計數(shù)器的值確定發(fā)出懇求的部件?？偩€上的每個部件通過"總線懇求"信號線發(fā)出懇求后，假設(shè)總線忙信號未建立，那么控制器收到懇求后讓計數(shù)器開場計數(shù)也就是按一定的順序查詢各個部件，假設(shè)查詢線上的計數(shù)值與發(fā)現(xiàn)懇求的部件號一致時，該部件就建立總線忙的信號，計數(shù)器停頓計數(shù)，中止查詢。直到該部件總線操作完畢。3、獨立懇求方式。這種方式中，各模塊都各自有一對總線懇求信號線和總線可用信號線，總線忙信號線那么是公共的，各模塊可以獨立地向控制器發(fā)出總線懇求。這三種方式各自有優(yōu)缺點，現(xiàn)將三種裁決方式作如下比較：控制方式主要特點優(yōu)點缺點串行鏈接各模塊的懇求信號經(jīng)過一條公共的懇求線向總線控制器發(fā)出.各模塊根據(jù)其固定的優(yōu)先級別獲得總線使用的時機.總線裁決算法簡單,控制線數(shù)少,而且與模塊的數(shù)量無關(guān),可擴大性好靈敏性差,不能由軟件改變優(yōu)先級.在優(yōu)先級高的部件頻繁使用總道路時,優(yōu)先級低的模塊可能很久得不到響應(yīng).又由于總線可用信號串行地