系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)答題

1、1、什么是軟件兼容軟件兼容有幾種其中哪一種是軟件兼容的根本特征同一個(gè)軟件可以不加修改地運(yùn)行于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的各檔機(jī)器上，而且它們所獲得的結(jié)果一樣，差別只在于運(yùn)行時(shí)間的不同。軟件兼容分為向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后兼容是軟件兼容的根本特征。2、試以系列機(jī)為例，說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)；計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以有多種組成；一種組成可以有多種實(shí)現(xiàn)。同一系列機(jī)中各種型號(hào)的機(jī)器具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但采用不同的組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，因而具有不同的性能和價(jià)格。3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析中最經(jīng)常使用的

2、三條基本原則是什么（1）大概率事件優(yōu)先原則：對(duì)于大概率事件（最常見的事件），賦予它優(yōu)先的處理權(quán)和資源使用權(quán)，以獲得全局的最優(yōu)結(jié)果。（2）Amdahl定律：加快某部件執(zhí)行速度所獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件在系統(tǒng)中所占的重要性。（3）程序的局部性原理：程序在執(zhí)行時(shí)所訪問(wèn)地址的分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)地簇聚。4、根據(jù)Amdahl定律，系統(tǒng)加速比由哪兩個(gè)因素決定系統(tǒng)加速比依賴于兩個(gè)因素：（1）可改進(jìn)比例：可改進(jìn)部分在原系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間中所占的比例。（2）部件加速比：可改進(jìn)部分改進(jìn)以后的性能提高。5、從執(zhí)行程序的角度看，并行性等級(jí)從低到高可分為哪幾級(jí)從執(zhí)行程序的角度看，并行性等級(jí)從低到高可分為：（1）

3、指令內(nèi)部并行：?jiǎn)螚l指令中各微操作之間的并行。（2）指令級(jí)并行（InstructionLevelParallelism，ILP）：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。（3）線程級(jí)并行（ThreadLevelParallelism,TLP）:并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位。（4）任務(wù)級(jí)或過(guò)程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的過(guò)程或任務(wù)（程序段），以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元。（5）作業(yè)或程序級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的作業(yè)或程序。6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有哪三種（1）時(shí)間重疊。多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快

4、硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。（2）資源重復(fù)。通過(guò)重復(fù)設(shè)置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。（3）資源共享。這是一種軟件方法，它使多個(gè)任務(wù)按一定時(shí)間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。7、現(xiàn)代大多數(shù)機(jī)器均采用通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)，為什么主要有兩個(gè)方面的原因，一是寄存器和CPU內(nèi)部其他存儲(chǔ)單元一樣，要比存儲(chǔ)器快；其次是對(duì)編譯器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。8、從當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)觀點(diǎn)來(lái)看，CISC結(jié)構(gòu)有什么缺點(diǎn)（1）CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，各種指令的使用頻率相差懸殊。（2）CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來(lái)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這不僅增加了研制時(shí)間和成本，而且還容易造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

5、(3) CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性給VLSI設(shè)計(jì)增加了很大負(fù)擔(dān)，不利于單片集成。(4) CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，許多復(fù)雜指令需要很復(fù)雜的操作，因而運(yùn)行速度慢。(5) 在CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，由于各條指令的功能不均衡性，不利于采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的性能。9、RISC的設(shè)計(jì)原則是什么(1)選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令。(2)每條指令的功能應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。(3)所有指令長(zhǎng)度均相同。(4)只有l(wèi)oad和store操作指令才訪問(wèn)存儲(chǔ)器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行。(5)以簡(jiǎn)單、有效的方式支持高級(jí)語(yǔ)言。10、計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所涉及的

6、內(nèi)容有哪些(1) 指令集功能設(shè)計(jì)：主要有RISC和CISC兩種技術(shù)發(fā)展方向。(2) 尋址方式的設(shè)計(jì)。(3) 操作數(shù)表示和操作數(shù)類型。(4) 尋址方式的表示：可以將尋址方式編碼于操作碼中，也可以將尋址方式作為一個(gè)單獨(dú)的域來(lái)表示。(5) 指令集格式的設(shè)計(jì)：有變長(zhǎng)編碼格式、固定長(zhǎng)度編碼格式和混合型編碼格式三種。11、指令中有哪兩種表示操作數(shù)類型的方法(1) 操作數(shù)的類型由操作碼的編碼指定，這是最常見的一種方法。(2)數(shù)據(jù)可以附上由硬件解釋的標(biāo)記，由這些標(biāo)記指定操作數(shù)的類型，從而選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算。12、MIPS采用哪幾種尋址方式MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式只有立即數(shù)尋址和偏移量尋址兩種，立即數(shù)字段和偏移量字段

7、都是16位的。寄存器間接尋址是通過(guò)把0作為偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，16位絕對(duì)尋址是通過(guò)把R0(其值永遠(yuǎn)為0)作為基址寄存器來(lái)完成的。13、流水技術(shù)有哪些特點(diǎn)(1)流水過(guò)程由多個(gè)相聯(lián)系的子過(guò)程組成，每個(gè)過(guò)程稱為流水線的“級(jí)”或“段”。(2) 每個(gè)子過(guò)程由專用的功能段實(shí)現(xiàn)。(3)各個(gè)功能段所需時(shí)間應(yīng)盡量相等。(4)流水線需要有“通過(guò)時(shí)間”，在此之后流水過(guò)程才進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，每一個(gè)時(shí)鐘周期(拍)流出一個(gè)結(jié)果。(5)流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只有在輸入端能連續(xù)地提供任務(wù)，流水線的效率才能充分發(fā)揮。14、在5段流水線中，一條指令的執(zhí)行需要幾個(gè)時(shí)鐘周期它們分別是什么一條指令的執(zhí)行需要5個(gè)時(shí)鐘周期。它們分

8、別是：取指令周期(IF)、指令譯碼/讀寄存器周期(ID)、執(zhí)行/有效地址計(jì)算周期(EX)、存儲(chǔ)器/分支完成周期(MEM、寫回周期(WB。15、評(píng)價(jià)流水線的性能指標(biāo)是什么(1) 吞吐率：指在單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)或輸出結(jié)果的數(shù)量。(2) 流水線的加速比：指m段流水線的速度與等功能的非流水線的速度之比。(3) 效率：指流水線的設(shè)備利用率。16、什么叫相關(guān)流水線中有哪幾種相關(guān)相關(guān)是指兩條指令之間存在某種依賴關(guān)系。確定程序中指令之間存在什么樣的相關(guān)，對(duì)于充分發(fā)揮流水線的效率有重要的意義。相關(guān)有3種類型，分別是數(shù)據(jù)相關(guān)(也稱真數(shù)據(jù)相關(guān))、名相關(guān)、控制相關(guān)。17、什么叫名相關(guān)名相關(guān)有哪兩種如果兩條

9、指令使用相同的名，但是它們之間并沒(méi)有數(shù)據(jù)流動(dòng)，則稱這兩條指令存在名相關(guān)。指令j與指令i之間的名相關(guān)有以下兩種：(1) 反相關(guān)。如果指令j寫的名與指令i讀的名相同，則稱指令i和j發(fā)生了反相關(guān)。反相關(guān)指令之間的執(zhí)行順序是必須嚴(yán)格遵守的，以保證i讀的值是正確的。(2) 輸出相關(guān)。如果指令j和指令i寫相同的名，則稱指令i和j發(fā)生了輸出相關(guān)。輸出相關(guān)指令的執(zhí)行順序是不能顛倒的，以保證最后的結(jié)果是指令j寫進(jìn)去的。18、流水線沖突有哪幾種流水線沖突有以下3種類型：(1) 結(jié)構(gòu)沖突：因硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求而發(fā)生的沖突。(2) 數(shù)據(jù)沖突：當(dāng)指令在流水線中重疊執(zhí)行時(shí)，因需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果而發(fā)

10、生的沖突。(3) 控制沖突：流水線遇到分支指令和其他會(huì)改變PC值的指令所引起的沖突。19、預(yù)測(cè)分支失敗方法的主要思想是什么當(dāng)流水線譯碼到一條分支指令時(shí)，流水線繼續(xù)取指令，并允許該分支指令后的指令繼續(xù)在流水線中流動(dòng)。當(dāng)流水線確定分支轉(zhuǎn)移成功與否以及分支的目標(biāo)地址之后，如果分支轉(zhuǎn)移成功，流水線必須將在分支指令之后取出的所有指令轉(zhuǎn)化為空操作，并在分支的目標(biāo)地址處重新取出有效的指令；如果分支轉(zhuǎn)移失敗，那么可以將分支指令看作是一條普通指令，流水線正常流動(dòng)，無(wú)需將在分支指令之后取出的所有指令轉(zhuǎn)化為空操作。20、“延遲分支”方法的主要思想是什么其主要思想是從邏輯上“延長(zhǎng)”分支指令的執(zhí)行時(shí)間。設(shè)延遲長(zhǎng)度為n的

11、分支指令后面有n個(gè)分支延遲槽，選擇n條有效和有用的指令放入分支延遲槽中，無(wú)論分支成功與否，流水線都會(huì)執(zhí)行這些指令。處于分支延遲槽中的指令“掩蓋”了流水線原來(lái)所必須插入的暫停周期。21、單級(jí)存儲(chǔ)器的主要矛盾是什么通常采取什么方法來(lái)解決主要矛盾：(1) 速度越快，每位價(jià)格就越高。(2) 容量越大，每位價(jià)格就越低。(3) 容量越大，速度越慢。采取多級(jí)存儲(chǔ)層次方法來(lái)解決。22、在存儲(chǔ)層次中應(yīng)解決哪四個(gè)問(wèn)題(1)映像規(guī)則：當(dāng)把一個(gè)塊調(diào)入高一層存儲(chǔ)器時(shí)，可以放到哪些位置上。(2)查找算法：當(dāng)所要訪問(wèn)的塊在高一層存儲(chǔ)器中時(shí)，如何找到該塊。(3)替換算法：當(dāng)發(fā)生失效時(shí)，應(yīng)替換哪一塊。(4)寫策略：當(dāng)進(jìn)行寫訪問(wèn)

12、時(shí)，應(yīng)進(jìn)行哪些操作。23、地址映像方法有哪幾種它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)(1) 全相聯(lián)映像。實(shí)現(xiàn)查找的機(jī)制復(fù)雜，代價(jià)高，速度慢。Cache空間的利用率較高，塊沖突概率較低，因而Cache的失效率也低。(2) 直接映像。實(shí)現(xiàn)查找的機(jī)制簡(jiǎn)單，速度快。Cache空間的利用率較低，塊沖突概率較高，因而Cache的失效率也高。(3)組相聯(lián)映像。組相聯(lián)是直接映像和全相聯(lián)的一種折中。24、寫策略主要有哪兩種它們各有什么優(yōu)點(diǎn)（1）寫直達(dá)法：易于實(shí)現(xiàn)，而且下一級(jí)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)總是最新的。（2）寫回法：速度快，寫操作能以Cache存儲(chǔ)器的速度進(jìn)行。而且對(duì)于同一單元的多個(gè)寫最后只需一次寫回下一級(jí)存儲(chǔ)器，有些“寫”只到達(dá)Ca

13、che，不到達(dá)主存，因而所使用的存儲(chǔ)器頻帶較低。25、偽相聯(lián)的基本思想是什么采用這種方法時(shí)，在命中情況下，訪問(wèn)Cache的過(guò)程和直接映像Cache中的情況相同；而發(fā)生失效時(shí)，在訪問(wèn)下一級(jí)存儲(chǔ)器之前，會(huì)先檢查Cache另一個(gè)位置（塊），看是否匹配。確定這個(gè)另一塊的一種簡(jiǎn)單的方法是將索引字段的最高位取反，然后按照新索引去尋找偽相聯(lián)組中的對(duì)應(yīng)塊。如果這一塊的標(biāo)識(shí)匹配，則稱發(fā)生了偽命中。否則，就只好訪問(wèn)下一級(jí)存26、偽相聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是什么偽相聯(lián)既能獲得多路組相聯(lián)Cache的低失效率又能保持直接映像Cache的命中速度。27、減少Cache失效開銷有哪些方法（1）讓讀失效優(yōu)先于寫。（2）寫緩沖合并。（3）請(qǐng)

14、求字處理技術(shù)。（4）非阻塞Cache或非鎖定Cache技術(shù)。（5）采用二級(jí)Cache。28、采用二級(jí)Cache的基本思想是什么通過(guò)在原有Cache和存儲(chǔ)器之間增加另一級(jí)Cache，構(gòu)成兩級(jí)Cache。把第一級(jí)Cache做得足夠小，使其速度和快速CPU的時(shí)鐘周期相匹配，而把第二級(jí)Cache做得足夠大，使它能捕獲更多本來(lái)需要到主存去的訪問(wèn)，從而降低實(shí)際失效開銷。29、采用容量小且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Cache有什么好處（1）可以有效地提高Cache的訪問(wèn)速度。因?yàn)橛布胶?jiǎn)單，速度就越快。小容量Cache可以實(shí)現(xiàn)快速標(biāo)識(shí)檢測(cè)，對(duì)減少命中時(shí)間有益。（2）Cache足夠小，可以與處理器做在同一芯片上，以避免因芯片

15、外訪問(wèn)而增加時(shí)間開銷。（3）保持Cache結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可采用直接映像Cache。直接映像Cache的主要優(yōu)點(diǎn)是可以讓標(biāo)識(shí)檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳送重疊進(jìn)行，這樣可以有效地減少命中時(shí)間。30、“虛擬索引物理標(biāo)識(shí)”Cache的基本思想是什么直接用虛地址中的頁(yè)內(nèi)位移（頁(yè)內(nèi)位移在虛實(shí)地址的轉(zhuǎn)換中保持不變）作為訪問(wèn)Cache的索引，但標(biāo)識(shí)卻是物理地址。CPU發(fā)出訪存請(qǐng)求后，在進(jìn)行虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換的同時(shí)，可并行進(jìn)行標(biāo)識(shí)的讀取。在完成地址變換之后，再把得到的物理地址與標(biāo)識(shí)進(jìn)行比較。31、可采用什么方法提高存儲(chǔ)器帶寬（1）增加存儲(chǔ)器的寬度。（2）采用簡(jiǎn)單的多體交叉存儲(chǔ)器。（3）獨(dú)立存儲(chǔ)體。（4）避免存儲(chǔ)體沖突。32、簡(jiǎn)述RAID

16、10與RAID0+1的區(qū)別。RAID10又稱為RAID1+0,RAID01又稱為RAID0+1，它們都是RAIDO與RAID1相結(jié)合的結(jié)果，其區(qū)別在于先做什么，即先鏡像還是先按條帶存放。RAID1+0是先進(jìn)行鏡像（RAID1），然后再進(jìn)行條帶存放（RAID0）。RAID0+1是先進(jìn)行條帶存放（RAIDO），然后再進(jìn)行鏡像（RAID1），即組內(nèi)按條帶存放，組之間做鏡像。33、通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^(guò)程(1) 在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序，由CPU通過(guò)管理程序組織一個(gè)通道程序，并啟動(dòng)通道。(2) 通道處理機(jī)執(zhí)行CPU為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)I/O工作。通道程序結(jié)束后向CPU發(fā)

17、中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)/O中斷請(qǐng)求進(jìn)行處理。34、動(dòng)態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)有哪幾種(1)總線：價(jià)格較低、帶寬較窄、容易產(chǎn)生故障。(2)交叉網(wǎng)絡(luò)：價(jià)格昂貴、帶寬和互連特性最好。(3) 多級(jí)網(wǎng)絡(luò)：采用模塊結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展性較好；其時(shí)延隨網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)而上升。35、在分布式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，將存儲(chǔ)器分布到各結(jié)點(diǎn)有什么好處將存儲(chǔ)器分布到各結(jié)點(diǎn)有兩個(gè)好處：第一，如果大多數(shù)的訪問(wèn)是針對(duì)本結(jié)點(diǎn)的局部存儲(chǔ)器，則可降低對(duì)存儲(chǔ)器和互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求。第二，對(duì)局部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)延遲低。分布式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)最主要的缺點(diǎn)是處理器之間的通信較為復(fù)雜，且各處理器之間訪問(wèn)延遲較大。36、在分布式存儲(chǔ)器

18、結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，目前有哪兩種存儲(chǔ)器地址空間的組織方案(1) 第一種方案：物理上分離的多個(gè)存儲(chǔ)器作為一個(gè)邏輯上共享的存儲(chǔ)空間進(jìn)行編址。(2) 第二種方案：整個(gè)地址空間由多個(gè)獨(dú)立的地址空間構(gòu)成，它們?cè)谶壿嬌弦彩仟?dú)立的，遠(yuǎn)程的處理器不能對(duì)其直接尋址。37、在分布式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，對(duì)應(yīng)于兩種地址空間的組織方案，分別有哪兩種通信機(jī)制它們是怎么實(shí)現(xiàn)的(1) 共享地址空間的機(jī)器：可利用load和store指令中的地址隱含地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因而可稱為共享存儲(chǔ)器機(jī)器。(2) 多個(gè)地址空間的機(jī)器：根據(jù)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)傳遞消息來(lái)請(qǐng)求某些服務(wù)或傳輸數(shù)據(jù)，從而完成通信。因而這種機(jī)器常稱為消息傳遞機(jī)器。38、.簡(jiǎn)述多處理機(jī)中產(chǎn)生Cache一致性問(wèn)題的原因。(1) Cache的引進(jìn)對(duì)I/O操作產(chǎn)生了一致性問(wèn)題，因?yàn)镃ache中的內(nèi)容可能與由I/O子系統(tǒng)輸入輸出形成的存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)部分的內(nèi)容不同。(2) 對(duì)共享數(shù)據(jù)，不同處理器的Cache都保存有對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容，因而在操作中就可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)的不一致。39、實(shí)現(xiàn)Cache一致性協(xié)議時(shí)，有哪兩種跟蹤共享數(shù)據(jù)狀態(tài)的技術(shù)(1) 目錄：物理存儲(chǔ)器中共享數(shù)據(jù)塊的狀態(tài)及相關(guān)信息均被保存在一個(gè)稱為目錄的地方。(2) 監(jiān)聽：每個(gè)Cache除了包含物理存儲(chǔ)器中塊的數(shù)據(jù)副本之外，也保存著各個(gè)塊的共享狀態(tài)信息。Cache通常連在共享存儲(chǔ)器的總線上，