計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)題綜合版

1、1個(gè)人商業(yè)電腦屬于微型機(jī)2表示浮點(diǎn)的階碼移碼3小型、微型普遍采用字符編碼ASCII 碼4運(yùn)算器ALU既做算術(shù)，邏輯運(yùn)算EPROM光擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器Pentium是 微處理64位7設(shè)x補(bǔ)=1.x1x2x3x4,當(dāng)滿足 時(shí)，x-1/2成立x1必須為1, x2x3x4至少有一個(gè)為 18 CPU包括控制器、運(yùn)算器、cache9單線脈沖傳輸串行傳輸10指令，執(zhí)行時(shí)間最長SS型11應(yīng)用軟件文本處理12主存與CPU之間增加Cache的目的解決cpu和主存之間的速度匹配問題13單片機(jī)閃速存儲(chǔ)器14變址寄存器為x,形式地址為 D, (x)表寄存器x的內(nèi)容，這種地址為EA= (x) +DB15指令的地址字段

2、中，直接指出操作數(shù)本身的尋址立即尋址16 I/O控制方式中，由程序?qū)崿F(xiàn)的中斷方式17系統(tǒng)總線中地址線的功能用于指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址18采用DMA方式，每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)占用的時(shí)間一個(gè)存儲(chǔ)周期19馮諾伊曼機(jī)工作方式的基本特點(diǎn)按地址訪問并順序執(zhí)行指令20某機(jī)字長32位，1位符號(hào)位，31位尾數(shù)，用定點(diǎn)整數(shù)表示為+ (231-1)21奇偶位校驗(yàn)，沒有數(shù)據(jù)錯(cuò)誤1100100122虛擬存儲(chǔ)器目的擴(kuò)大存儲(chǔ)器空間，自動(dòng)管理23跳躍尋址方式程序的條件轉(zhuǎn)移成無條件轉(zhuǎn)移24堆棧尋址方式，A為累加器，SP為堆棧指示器，Msp為sp指示的，進(jìn)棧操作的動(dòng)作順序是(S) Msp, (SP3) 1 -SP,那出棧操

3、作應(yīng)為(SP) +1 SP, (Msp) 一 A25指令周期CPU從主存取出一條指令加上執(zhí)行這條指令的時(shí)間26有錯(cuò)的用匯編語言編制程序難度比高級(jí)語言生27異步控制單總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)中訪問主存與外圍設(shè)備28在 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，外設(shè)和主存統(tǒng)一編址單總線CD-ROM光盤是 型光盤，可用做計(jì)算機(jī)的 存儲(chǔ)器和設(shè)備只讀 外CPU響應(yīng)中斷時(shí)，進(jìn)入中斷周期采用硬件方法彳護(hù)并更新程序計(jì)算器PC內(nèi)容而不是由軟件完成，主要是因?yàn)槟苓M(jìn)入中斷處理程序并能正確返回程序CPU對(duì)通道的請(qǐng)求形式I/O指令32計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)指Cache,主存和外存33計(jì)算機(jī)中所有信息仍以二進(jìn)制方式表示理由是物理器線性能決定34存儲(chǔ)單元是指存放一

4、個(gè)字節(jié)的所有存儲(chǔ)元集合35某存儲(chǔ)芯片的容量為 8Kx 8位，它的地址線和數(shù)據(jù)線和為2136在定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法一般通過補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制加法器37對(duì)于某個(gè)寄存器操作數(shù)的尋址方式稱為寄存器直接尋址38運(yùn)算型指令的尋址與轉(zhuǎn)移型指令的尋址不同點(diǎn)在于：前者取操作數(shù)，后者決定程序轉(zhuǎn)移地址39程序控制某指令的功能是：改變程序執(zhí)行的順序40在CPU中跟蹤指令后繼地址的寄存器是：程序計(jì)數(shù)器41微程序控制器中，機(jī)器指令與微指令的關(guān)系是：每一條指令由一段微指令編成的微程序來解釋執(zhí)行42系統(tǒng)總線中的控制線的功能是：提供主存，I/O接口設(shè)備的控制信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)及時(shí)序信號(hào)43從信息流的傳送效率來看 效率最低單總線系

5、統(tǒng)44三種集中式總線仲裁中、 方式對(duì)電路故障最敏感鏈?zhǔn)讲樵?5用于筆記本電腦的大容量存儲(chǔ)器是 固態(tài)盤46 一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)n個(gè)數(shù)據(jù)源進(jìn)行分時(shí)采集送入主存，然后分時(shí)處理，采集數(shù)據(jù)時(shí)最好的方 案是：n個(gè)指針的、n個(gè)緩沖區(qū)47為了便于實(shí)現(xiàn)多級(jí)中斷，保存現(xiàn)場(chǎng)最有效的方法是采用： 堆棧48 CPU對(duì)通道的請(qǐng)求形式是：I/O指令49指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要是： 縮短指令長度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性50假設(shè)微操作控制信號(hào)用 Cn來表示，指令操作碼譯碼器輸出用Im表示，節(jié)拍電位信號(hào)用Mk表示，節(jié)拍脈沖信號(hào)用 Ti表示，狀態(tài)反饋信息用 Bj表示，用硬布控制器的基本原理可 表示為：Cn=f (Im,

6、 Mk, Ti, Bj)51由于CPU內(nèi)部的操作速度較快，而 CPU訪問一次主存所花的時(shí)間較長，機(jī)器周期通常 采用：主存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間52多總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用 方法，對(duì)提高系統(tǒng)的吞吐率最有效 多端口存儲(chǔ)器53計(jì)算機(jī)使用總線結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是便于實(shí)現(xiàn)積木化，同時(shí)： 減少了信息傳輸線的條數(shù)54描述PCI總線中基本概念表述不正確的是： PCI總線是一個(gè)與處理器有關(guān)的高速外圍總線56帶有處理器的設(shè)備一般稱為 設(shè)備 智能化57中斷向量地址是：中斷服務(wù)例行程序入口地址的指示器58并行I/O標(biāo)準(zhǔn)線口 SCSI中，一塊適配器可以連接 臺(tái)具有SCSI接口的設(shè)備7859目前大多數(shù)集成電路所采用的

7、基本材料為 單晶硅60多路開關(guān)可用：一個(gè)三態(tài)緩沖器代替61正確的是階碼部件只進(jìn)行階碼相加，相減和比較62交叉存儲(chǔ)器的4個(gè)模塊，它們有各自的： 地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器63. 64位，32MB按半字編址 8M64雙端口存儲(chǔ)器采用 的讀寫電路兩套相互獨(dú)立65寄存器直接尋址方式中，寄存器存放的是：操作數(shù)流水線技術(shù)把多個(gè)處理過程在時(shí)間上錯(cuò)開，依次通過各功能段，這樣每個(gè)子過程就可以與其他子過程并行進(jìn)行。流水線沖突對(duì)于具體的流水線來說，由于相關(guān)的存在，使得指令流中的下一條指令不能在指定的時(shí)鐘周期執(zhí)行。相關(guān)兩條指令之間存在某種依賴關(guān)系。并行性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間隔內(nèi)進(jìn)行多種運(yùn)算或操作。最近最少使

8、用方法(LRU)本來是選擇近期使用次數(shù)最少的塊作為被替換的塊，實(shí)際上只是選擇最久沒有被訪問過的塊。命中率HCPU訪問存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，在存儲(chǔ)器中找到所需信息的概率。平均訪問時(shí)間 TATA TA = T1+FTM (F=1-H)當(dāng)命中時(shí)，訪問時(shí)間即為 T1。當(dāng)不命中時(shí)，為T1+ TM TM=T2+TB 吞吐率單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或輸出結(jié)果的數(shù)量。系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)從某個(gè)初始參考點(diǎn)開始一直連續(xù)提供服務(wù)的能力，它通常用平均失效前時(shí)間來衡量。失效率CPU向存儲(chǔ)器發(fā)出的請(qǐng)求失敗的概率仿相聯(lián)Cache又稱列相聯(lián)Cache,它既能獲得多路相聯(lián) Cache的低不命中率，又能保持直接映像Cache的命中速度。

9、具有一快一慢兩種命中時(shí)間，它們分別對(duì)應(yīng)于正常命中和偽命中的情況?？偩€仲裁按一定的規(guī)則將總線分配給期中的一個(gè)請(qǐng)求，并且按分時(shí)原則輪流為多個(gè)請(qǐng)求服務(wù)。Amdahl定律加快某部件執(zhí)行速度所能獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時(shí)間的百分比。大概率事件優(yōu)先對(duì)于大概率事件，賦予它優(yōu)先的處理權(quán)和資源使用權(quán)，以獲全局最優(yōu)結(jié)果。哈佛結(jié)構(gòu)將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)翻譯先把L+1級(jí)程序全部變成 L級(jí)程序后再執(zhí)行新的 L級(jí)程序，不再訪問L+1級(jí)程序RAW寫后讀相關(guān)沖突存儲(chǔ)層次計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)下存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的排序順序透明性把這種本來存在的事物或?qū)傩?，但從某個(gè)角度看又好像不存在的特

10、性1什么是CISO CISC旨令系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？CISC即復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)，它是增強(qiáng)指令功能，把越來越多的功能交由硬件來實(shí)現(xiàn)，并且指令的數(shù)量也是越來越多。2何謂總線仲裁？ 一般采用何種策略進(jìn)行仲裁，簡要說明它們的應(yīng)用環(huán)境。按一定的規(guī)則將總線分配給期中的一個(gè)請(qǐng)求，并且按分時(shí)原則輪流為多個(gè)請(qǐng)求服務(wù)。一般說，采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)行仲裁。在多處理器系統(tǒng)中，對(duì)cpu模塊的總線請(qǐng)求采用公平原則處理，對(duì)I/O模塊的總線請(qǐng)求采用優(yōu)先級(jí)策略。3簡述CPU的主要功能CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成，它是微機(jī)的核心部分，擔(dān)負(fù)著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算及控制功能4采用組相聯(lián)cache, 一定能帶來性能上的提高嗎？為什么？不一

11、定。因?yàn)榻M相聯(lián)命中率的提高是以增加命中時(shí)間為代價(jià)的，組相聯(lián)需要增加多路選擇開關(guān)。5替換算法的原理是什么？替換算法是指由于主存中的塊比Cache中的塊多，所以當(dāng)要從主存中調(diào)一個(gè)塊到 Cache中時(shí),會(huì)出現(xiàn)該塊所映象到的一組（或一個(gè)）Cache塊已全部被占用的情況。這時(shí)，需要被迫騰出其中的某一塊，以接納新調(diào)入的塊。6硬件和軟件在什么意義上是等效的？在什么意義上是不等效的？、硬件和軟件在實(shí)現(xiàn)邏輯功能上是等效的。在原理上用軟件實(shí)現(xiàn)的功能完全可以用硬件或固件來實(shí)現(xiàn)用硬件實(shí)現(xiàn)的功能也可以用軟件進(jìn)行模擬來完成。但在速度、價(jià)格、實(shí)現(xiàn)的難易程度上是不同的。用軟件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)容易、修改簡單而且可以減少硬件成本

12、。但其缺點(diǎn) 是所實(shí)現(xiàn)的功能的 速度較慢。用硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是 速度快、性能高 但它修改困難靈活性差c7從當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)觀點(diǎn)來看，CISC結(jié)構(gòu)有什么缺點(diǎn)？CISC吉構(gòu)的指令系統(tǒng)中，各種指令的使用頻率相差懸殊。CISC吉構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來了計(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。CISC吉構(gòu)指令系統(tǒng)白復(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。CISC吉構(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。在CISC吉構(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)來提高系統(tǒng)的性能。8在5段流水線中，一條指

13、令的執(zhí)行需要幾個(gè)時(shí)鐘周期？它們分別是什么？5個(gè)IF（取指令），ID（指令解碼），EX （執(zhí)行），MEM（內(nèi)存訪問），WB（寫回）。/已知x和y。用變形補(bǔ)碼計(jì)算 x+y, x-y,同時(shí)指出結(jié)構(gòu)是否溢出。(1) x=0.11011 , y=0.00011; (2) x=0.11011, y=-0.10101 取補(bǔ)：x補(bǔ)=00.11011 y補(bǔ)=00.00011卜丫補(bǔ)=卜補(bǔ)變補(bǔ)=11.11101僅+丫補(bǔ)=岡補(bǔ)+y補(bǔ)=00.11110 x+y=x+y補(bǔ)補(bǔ)=0.11110伏-丫補(bǔ)=兇補(bǔ)+-y補(bǔ)=00.11000 x-y=x-y補(bǔ)補(bǔ)=0.11000取補(bǔ)：x補(bǔ)=00.11011 y補(bǔ)=11.01011 曰補(bǔ)

14、=丫補(bǔ)補(bǔ)=00.10101僅+丫補(bǔ)=岡補(bǔ)+y補(bǔ)=00.00110 x+y=x+y補(bǔ)補(bǔ)=0.00110伙-丫補(bǔ)=兇補(bǔ)+-y補(bǔ)=01.10000符號(hào)位為01,結(jié)果正溢異步通信方式傳送 ASCII碼，數(shù)據(jù)位8位，奇校驗(yàn)1位，停止位1位，波特率9600、4800、7200是字符傳送速率是多少？每個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)間長度是多少？數(shù)據(jù)位傳送速率是多少？每個(gè)字符傳送的速率 =4800/10=480字符/秒每個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)間長度=1/4800=0.208ms數(shù)據(jù)位傳送速率=8*480=3840位/秒CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為1900次，主存完成存取的次數(shù)為100次,已知Cache存取周期為50ns,

15、主存存取周期為 250ns,求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問 時(shí)間。平均訪問時(shí)間=(1900*50+100*250 ) / (1900+100) =60scache主存系統(tǒng)效率=cache存取周期/平均訪問時(shí)間=50/60=83.3%存儲(chǔ)容量為A字，字長B位，模塊數(shù)m=8,用交叉方式進(jìn)行組織，存儲(chǔ)周期T=400ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期n=100ns,問該存儲(chǔ)器的帶寬是多少。信息總量q=BX 8=4B交叉存儲(chǔ)時(shí)間t=T+ (m-1 ) n=1100ns帶寬w=q/t18計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有三個(gè)部件可以改進(jìn),這三個(gè)部件的加件加速比一 部件加速比是產(chǎn)30：部件加速比是k20：部件加速

16、比是3=10（1）如果部件1和部件2的可改進(jìn)比例均為30%,那么當(dāng)部件3的可改進(jìn)比例為多 少時(shí)，系統(tǒng)加速比才可以達(dá)到10?（2）如果三個(gè)部件的可改進(jìn)比例分別為30%、30%和20%,三個(gè)部件同時(shí)改進(jìn),那么 系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？W： （1）在多個(gè)部件可改進(jìn)情況下,Amdahl定理的擴(kuò)展：己知 * = 30, 83=20, 83=10, SB=10, Fi=0.3, F2=03,得：10 =51-（0 3+0 3+F3）+（0 3/30 + 0 3/ 20+F3/10）得F3=0 36,即部件3的可改進(jìn)比例為36%（2）設(shè)系統(tǒng)改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間為T,則3個(gè)部件改

17、進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間為：（0.3+0.3+02） T = 0仃，不可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間為0 2T.已知3個(gè)部件改進(jìn)后的加速比分別為S】 = 30, S2=20. S3=10,因此3個(gè)部件改進(jìn)后的 執(zhí)行時(shí)間為:= 0 045T0 5T 03T 0 2T+ , +302010改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間為：Tn = 0 045T+0 2T = 0 245T那么系統(tǒng)中不可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是:02T0 245T= 0 823 12有一指令流水線如下所示入 | T 2 -3 -4 1出50ns 50ns 100ns200ns（1）求連續(xù)輸入10條指令，該流水線的實(shí)際吞吐率和效率：（2）該流

18、水線的“瓶頸”在哪一段？請(qǐng)采取兩種不同的措俺消除此“瓶頸”。對(duì)于你所給出的兩種新的流水線，連續(xù)輸入10條指令時(shí)，其實(shí)際吞吐率和效率各是多少？解：（1）mTpipelme =： Ati + (11 1) Atxmx=(50 + 50 +100 + 200) + 9 x 200=2200(ns)門=%中加=%2。3-1）E = TP-= TP=45.45%411（2）施頸在3、4段。變成八級(jí)流水線1細(xì)分）mTpqjfrhne = 、Ati +(II 1Atznax 1=1=50 x8 + 9 x 50=850(ns)TP = /4ppt|u=%5tllS，mE = TP- m400810將5生82%17 重狂設(shè)置部件段上7Hd PlTP =5B,82%4.44 33_12F = 400 xlO /850 x 8出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣 不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及