計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)各章簡答題及答案

年4月19日計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)各章簡答題及答案文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。第一章計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念1.什么是計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)？

2.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？

3.經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是什么？

4.語言實現(xiàn)的兩種基本技術(shù)是什么？

5.對于通用寄存器型機(jī)器來說，機(jī)器語言程序設(shè)計者所看到的計算機(jī)的屬性主要有哪些？

6.什么是軟件兼容？軟件兼容有幾種？其中哪一種是軟件兼容的根本特征？

7.什么是系列機(jī)？它的出現(xiàn)較好地解決了什么矛盾？

8.對計算機(jī)發(fā)展非常關(guān)鍵的實現(xiàn)技術(shù)有哪些？

9.實現(xiàn)軟件移植的主要途徑有哪些？

10.試以系列機(jī)為例，說明計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成和計算機(jī)實現(xiàn)三者之間的關(guān)系。

11.存儲程序計算機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是什么？

12.從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展情況看，新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要從哪兩方面著手？

13.軟件技術(shù)兩個最重要的發(fā)展趨勢是什么？

14.計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計人員的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自哪幾個方面？

15.一種計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的生命周期是怎樣的？

16.商品的標(biāo)價（價格）由哪些因素構(gòu)成？

17.對計算機(jī)系統(tǒng)成本產(chǎn)生影響的主要因素有哪些？

18.用戶CPU時間由哪三個因素決定？

19.當(dāng)前常見的測試程序分為哪五類？

20.什么叫測試程序組件？在評價計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時最常見的測試程序組件是哪個？

21.SPEC測試程序組件中包括哪幾個測試程序組件？

22.測試基于Microsoft公司的Windows系列操作系統(tǒng)平臺的最常見測試組件有哪些？

23.常見的專門的性能指標(biāo)測試程序有哪些？

24.計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中最經(jīng)常使用的三條基本原則是什么？

25.根據(jù)Amdahl定律，系統(tǒng)加速比由哪兩個因素決定？

26.從執(zhí)行程序的角度看，并行性等級從低到高可分為哪幾級？

27.從處理數(shù)據(jù)的角度，并行性等級從低到高能夠分為哪幾級？

28.計算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有哪三種？

29.多機(jī)系統(tǒng)的耦合度能夠分為哪幾類？

30.單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)中，都是按哪三種技術(shù)途徑分別發(fā)展為哪三類多處理機(jī)？

31.三種類型的多處理機(jī)（同構(gòu)型多處理機(jī)、異構(gòu)型多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)）的主要區(qū)別是什么？

1.什么是計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)？

從計算機(jī)語言的角度，把計算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分成以下多級層次結(jié)構(gòu)：

2.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？

硬件和軟件在功能實現(xiàn)上是等效的，即一種功能能夠由軟件實現(xiàn)，也能夠由硬件實現(xiàn)。在實現(xiàn)性能上是不等效的。軟件實現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計容易、改進(jìn)簡單；硬件實現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是速度快。3.經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是什么？

計算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件界面的確定，其界面之上的是軟件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。4.語言實現(xiàn)的兩種基本技術(shù)是什么？

翻譯和解釋是語言實現(xiàn)的兩種基本技術(shù)。它們都是以執(zhí)行一串Ｎ級指令來實現(xiàn)N+1級指令，但二者存在著差別：翻譯技術(shù)是先把N+1級程序全部變換成N級程序后，再去執(zhí)行新產(chǎn)生的N級程序，在執(zhí)行過程中N+1級程序不再被訪問。而解釋技術(shù)是每當(dāng)一條N+1級指令被譯碼后，就直接去執(zhí)行一串等效的N級指令，然后再去取下一條N+1級的指令，依此重復(fù)進(jìn)行。在這個過程中不產(chǎn)生翻譯出來的程序，因此解釋過程是邊變換邊執(zhí)行的過程。5.對于通用寄存器型機(jī)器來說，機(jī)器語言程序設(shè)計者所看到的計算機(jī)的屬性主要有哪些？

(1)數(shù)據(jù)表示

(2)尋址規(guī)則

(3)寄存器定義

(4)指令集

(5)中斷系統(tǒng)

(6)機(jī)器工作狀態(tài)的定義和切換

(7)存儲系統(tǒng)

(8)信息保護(hù)

(9)I/O結(jié)構(gòu)6.什么是軟件兼容？軟件兼容有幾種？其中哪一種是軟件兼容的根本特征？

同一個軟件能夠不加修改地運(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。7.什么是系列機(jī)？它的出現(xiàn)較好地解決了什么矛盾？

系列機(jī)是指在一個廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的機(jī)器。它的出現(xiàn)較好地解決了軟件要求環(huán)境穩(wěn)定和硬件、器件技術(shù)迅速發(fā)展之間的矛盾。8.對計算機(jī)發(fā)展非常關(guān)鍵的實現(xiàn)技術(shù)有哪些？

（1）邏輯電路；

（2）半導(dǎo)體DRAM(動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器)；

（3）磁盤；

（4）網(wǎng)絡(luò)。9.實現(xiàn)軟件移植的主要途徑有哪些？

(1)采用系列機(jī)方法

(2)采用模擬與仿真方法

(3)采用統(tǒng)一的高級語言 10.試以系列機(jī)為例，說明計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成和計算機(jī)實現(xiàn)三者之間的關(guān)系。

計算機(jī)組成是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)；計算機(jī)實現(xiàn)是計算機(jī)組成的物理實現(xiàn)。

一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠有多種組成；一種組成能夠有多種實現(xiàn)。同一系列機(jī)中各種型號的機(jī)器具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但采用不同的組成和實現(xiàn)技術(shù)，因而具有不同的性能和價格。11.存儲程序計算機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是什么？

（1）機(jī)器以運(yùn)算器為中心。

（2）采用存儲程序原理。程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲器中，而且沒有對兩者加以區(qū)分。

（3）存儲器是按地址訪問的、線性編址的空間。

（4）控制流由指令流產(chǎn)生。

（5）指令由操作碼和地址碼組成。操作碼指明本指令的操作類型，地址碼指明操作數(shù)和操作結(jié)果的地址。

（6）數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼表示，采用二進(jìn)制運(yùn)算。12.從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展情況看，新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要從哪兩方面著手？

新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要從以下兩方面著手：

一方面是合理地增加計算機(jī)系統(tǒng)中硬件的功能比例，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對操作系統(tǒng)、高級語言甚至應(yīng)用軟件提供更多更好的支持；

另一方面則是經(jīng)過多種途徑提高計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性等級，使得凡是能并行計算和處理的問題都能并行計算和處理，使這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成對算法提供更多更好的支持。13.軟件技術(shù)兩個最重要的發(fā)展趨勢是什么？

(1)程序及數(shù)據(jù)所使用存儲器容量的不斷增大；

(2)高級語言的使用越來越廣泛，在很多應(yīng)用領(lǐng)域取代了匯編語言。14.計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計人員的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自哪幾個方面？

計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計人員的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計工具、制造工藝、軟件、應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)等多個方面。15.一種計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的生命周期是怎樣的？

計算機(jī)的生命周期和系統(tǒng)中各個部分的發(fā)展密切相關(guān)。一種新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的誕生，往往以硬件為標(biāo)志，它的發(fā)展和成熟，是以配套的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用為標(biāo)志的。一個計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從產(chǎn)生到消亡，大致需要15～20年的時間。16.商品的標(biāo)價（價格）由哪些因素構(gòu)成？

商品標(biāo)價的構(gòu)成因素：原料成本、直接成本、毛利和折扣。17.對計算機(jī)系統(tǒng)成本產(chǎn)生影響的主要因素有哪些？

對計算機(jī)系統(tǒng)成本產(chǎn)生影響的主要因素有時間、產(chǎn)量、商品化等因素。對成本產(chǎn)生最直接影響的是時間；產(chǎn)量是決定產(chǎn)品成本的第二個關(guān)鍵因素。18.用戶CPU時間由哪三個因素決定？

用戶CPU時間=CPI×IC/時鐘頻率

其中：CPI：指令時鐘數(shù)

IC：程序執(zhí)行過程中所處理的指令數(shù)19.當(dāng)前常見的測試程序分為哪五類？

（1）實際應(yīng)用程序；

（2）修正的（或者腳本化）應(yīng)用程序；

（3）核心測試程序；

（4）小測試程序；

（5）合成測試程序。20.什么叫測試程序組件？在評價計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時最常見的測試程序組件是哪個？

選擇一組各個方面有代表性的測試程序，組成一個通用測試程序集合。這種測試程序集合稱為測試程序組件。

在評價計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時最常見的測試程序組件是基于UNIX的SPEC，其主要版本包括SPEC89、SPEC92、SPEC95和SPEC等。21.SPEC測試程序組件中包括哪幾個測試程序組件？

SPECCPU：測試CPU；

SPECviewperf：用于測試圖形系統(tǒng)支持OpenGL庫的性能；

SPECapc：測試圖形密集型應(yīng)用的性能；

SPECSFS：基于NFS文件系統(tǒng)的文件服務(wù)器測試程序；

SPECWeb：Web服務(wù)器測試程序。22.測試基于Microsoft公司的Windows系列操作系統(tǒng)平臺的最常見測試組件有哪些？

PCMark04包括中央處理器測試組、內(nèi)存測試組、圖形芯片測試組、硬盤測試組等。

BusinessWinstone主要用于測試計算機(jī)系統(tǒng)商業(yè)應(yīng)用的綜合性能。

MultimediaContentCreationWinstone主要用于測試計算機(jī)系統(tǒng)多媒體應(yīng)用的綜合性能。

SiSoftSandraPro是一套功能強(qiáng)大的系統(tǒng)分析評比工具，擁有超過30種以上的分析與測試模組，主要包括有CPU、存儲器、I/O接口、I/O設(shè)備、主板等。23.常見的專門的性能指標(biāo)測試程序有哪些？

3DMark03主要測試顯卡性能和DirectX的性能。

Prime95是用來估計分布式計算程序的通信情況，可使計算機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此也用來測試計算機(jī)的穩(wěn)定性。

SuperPi/SuperE是計算圓周率π/自然指數(shù)e的軟件，一般見來測試CPU的穩(wěn)定性。24.計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中最經(jīng)常使用的三條基本原則是什么？

（1）大概率事件優(yōu)先原則。對于大概率事件(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)行時所訪問地址的分布不是隨機(jī)的，而是相對地簇聚。25.根據(jù)Amdahl定律，系統(tǒng)加速比由哪兩個因素決定？

系統(tǒng)加速比依賴于兩個因素：

（1）可改進(jìn)比例：可改進(jìn)部分在原系統(tǒng)計算時間中所占的比例。

（2）部件加速比：可改進(jìn)部分改進(jìn)以后的性能提高。26.從執(zhí)行程序的角度看，并行性等級從低到高可分為哪幾級？

從執(zhí)行程序的角度看，并行性等級從低到高可分為：

（1）指令內(nèi)部并行：指令內(nèi)部的微操作之間的并行。

（2）指令級并行：并行執(zhí)行兩條或多條指令。

（3）任務(wù)級或過程級并行：并行執(zhí)行兩個或多個過程或任務(wù)(程序段)。

（4）作業(yè)或程序級并行：在多個作業(yè)或程序間的并行。27.從處理數(shù)據(jù)的角度，并行性等級從低到高能夠分為哪幾級？

從處理數(shù)據(jù)的角度，并行性等級從低到高能夠分為：

（1）字串位串：同時只對一個字的一位進(jìn)行處理。

（2）字串位并：同時對一個字的全部位進(jìn)行處理。

（3）字并位串：同時對許多字的同一位（稱位片）進(jìn)行處理。

（4）全并行：同時對許多字的全部或部分位進(jìn)行處理。28.計算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有哪三種？

（1）時間重疊：多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。

（2）資源重復(fù)：經(jīng)過重復(fù)設(shè)置資源，特別是硬件資源，大幅度提高計算機(jī)系統(tǒng)的性能。

（3）資源共享：是一種軟件方法，它使多個任務(wù)按一定時間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。29.多機(jī)系統(tǒng)的耦合度能夠分為哪幾類？

（1）最低耦合：除經(jīng)過某種中間存儲介質(zhì)之外，各計算機(jī)之間沒有物理連接，也無共享的聯(lián)機(jī)硬件資源。

（2）松散耦合：經(jīng)過通道或通信線路實現(xiàn)計算機(jī)間互連，共享某些外圍設(shè)備，機(jī)間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級進(jìn)行。

（3）緊密耦合：機(jī)間物理連接的頻帶較高，往往經(jīng)過總線或高速開關(guān)實現(xiàn)互連，能夠共享主存。30.單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)中，都是按哪三種技術(shù)途徑分別發(fā)展為哪三類多處理機(jī)？

單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)中，都是按時間重疊、資源重復(fù)和資源共享三種技術(shù)途徑，分別發(fā)展為同構(gòu)型多處理機(jī)、異構(gòu)型多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)。31.三種類型的多處理機(jī)（同構(gòu)型多處理機(jī)、異構(gòu)型多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)）的主要區(qū)別是什么？

主要區(qū)別：

第二章計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計1.一般可按哪五個因素對計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類？

2.在對計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的五個因素中，哪一種是各種指令集結(jié)構(gòu)之間最主要的區(qū)別？

3.根據(jù)CPU內(nèi)部存儲單元類型，可將指令集結(jié)構(gòu)分為哪幾類？

4.堆棧型指令集結(jié)構(gòu)、累加器型指令集結(jié)構(gòu)和通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

5.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？

6.通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)可細(xì)分為哪三類？

7.三種通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

8.從當(dāng)前的計算機(jī)技術(shù)觀點(diǎn)來看，CISC結(jié)構(gòu)有什么缺點(diǎn)？

9.增強(qiáng)CISC機(jī)器的指令功能主要從哪幾方面著手？

10.RISC的設(shè)計原則是什么？

11.RISC和CISC處理機(jī)的指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在指令格式、尋址方式和每條指令的周期數(shù)（CPI）三方面有哪些區(qū)別？

12.計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計所涉及的內(nèi)容有哪些？

13.指令中有哪兩種表示操作數(shù)類型的方法？

14．指令中表示尋址方式的主要方法有哪些？

15.指令集格式設(shè)計中選擇表示尋址方式的方法的依據(jù)是什么？

16.指令集結(jié)構(gòu)中采用多種尋址方式有何優(yōu)缺點(diǎn)？

17.在控制指令中使用PC相對尋址方式有什么優(yōu)點(diǎn)？

18.在指令集格式的設(shè)計時，一般可選擇哪幾種指令格式？

19.DLX中有哪些寄存器？

20.DLX有哪幾種數(shù)據(jù)類型？

21.DLX采用哪幾種尋址方式？

1.一般可按哪五個因素對計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類？

(1)在CPU中操作數(shù)的存儲方法；

(2)指令中顯式表示的操作數(shù)個數(shù)；

(3)操作數(shù)的尋址方式；

(4)指令集所提供的操作類型；

(5)操作數(shù)的類型和大小。2.在對計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的五個因素中，哪一種是各種指令集結(jié)構(gòu)之間最主要的區(qū)別？

CPU中操作數(shù)的存儲方法，即在CPU中用來存儲操作數(shù)的存儲單元的類型，是各種指令集結(jié)構(gòu)之間最主要的區(qū)別。3.根據(jù)CPU內(nèi)部存儲單元類型，可將指令集結(jié)構(gòu)分為哪幾類？

堆棧型指令集結(jié)構(gòu)、累加器型指令集結(jié)構(gòu)、通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)4.堆棧型指令集結(jié)構(gòu)、累加器型指令集結(jié)構(gòu)和通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

5.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？

主要有兩個方面的原因，一是寄存器和CPU內(nèi)部其它存儲單元一樣，要比存儲器快；其次是對編譯器而言，能夠更加容易、有效地分配和使用寄存器。6.通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)可細(xì)分為哪三類？

寄存器－寄存器型

寄存器－存儲器型

存儲器－存儲器型7.三種通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

8.從當(dāng)前的計算機(jī)技術(shù)觀點(diǎn)來看，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)雜性帶來了計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這不但增加了研制時間和成本，而且還容易造成設(shè)計錯誤。

（3）CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性給VLSI設(shè)計增加了很大負(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)的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)來提高系統(tǒng)的性能。9.增強(qiáng)CISC機(jī)器的指令功能主要從哪幾方面著手？

(1)面向目標(biāo)程序增強(qiáng)指令功能；

(2)面向高級語言和編譯程序改進(jìn)指令系統(tǒng)；

(3)面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實現(xiàn)改進(jìn)指令系統(tǒng)。10.RISC的設(shè)計原則是什么？

（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)盡可能簡單，并在一個機(jī)器周期內(nèi)完成；

（3）所有指令長度均相同；

（4）只有Load和Store操作指令才訪問存儲器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行；

（5）以簡單有效的方式支持高級語言。11.RISC和CISC處理機(jī)的指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在指令格式、尋址方式和每條指令的周期數(shù)（CPI）三方面有哪些區(qū)別？比較內(nèi)容CISCRISC指令格式變長編碼定長編碼尋址方式各種都有只有l(wèi)oad/store指令能夠訪存CPI遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1為112.計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計所涉及的內(nèi)容有哪些？

(1)指令集功能設(shè)計：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

(3)操作數(shù)表示和操作數(shù)類型

(4)尋址方式的表示：能夠?qū)ぶ贩绞骄幋a于操作碼中，也能夠?qū)ぶ贩绞阶鳛橐粋€單獨(dú)的域來表示。

(5)指令集格式的設(shè)計：有變長編碼格式、固定長度編碼格式和混合型編碼格式三種。13.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)能夠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。14．指令中表示尋址方式的主要方法有哪些？

表示尋址方式有兩種常見的方法：

（1）將尋址方式編于操作碼中，操作碼在描述指令功能的同時也描述了相應(yīng)的尋址方式。這種方式譯碼快，但操作碼和尋址方式的結(jié)合不但增加了指令的條數(shù)，導(dǎo)致了指令的多樣性，而且增加了CPU對指令譯碼的難度。

（2）為每個操作數(shù)設(shè)置一個地址描述符，由該地址描述符表示相應(yīng)操作數(shù)的尋址方式。這種方式譯碼較慢，但操作碼和尋址獨(dú)立，易于指令擴(kuò)展。

15.指令集格式設(shè)計中選擇表示尋址方式的方法的依據(jù)是什么？

主要由指令集結(jié)構(gòu)所采用的尋址方式種類及其適用范圍，以及操作碼與尋址方式之間的獨(dú)立程度來決定。

如果某些指令集結(jié)構(gòu)的指令有1～5個操作數(shù)，每個操作數(shù)有10種尋址方式，對于這種大規(guī)模的操作數(shù)和尋址方式組合，一般采用增設(shè)地址描述符的方法來描述尋址方式。

對諸如Load/Store類型指令集結(jié)構(gòu)的指令，由于只有1～3個操作數(shù)，而且只有有限幾種尋址方式。一般將尋址方式編碼于操作碼中。16.指令集結(jié)構(gòu)中采用多種尋址方式有何優(yōu)缺點(diǎn)？

在指令集結(jié)構(gòu)中采用多種尋址方式能夠顯著地減少程序的指令條數(shù)；但同時也可能增加實現(xiàn)的復(fù)雜度和使用這些尋址方式的指令的執(zhí)行時鐘周期數(shù)（CPI）。17.在控制指令中使用PC相對尋址方式有什么優(yōu)點(diǎn)？

(1)有效地縮短指令中表示目標(biāo)地址的字段的長度；

(2)使得代碼在執(zhí)行時與它被載入的位置無關(guān)。18.在指令集格式的設(shè)計時，一般可選擇哪幾種指令格式？

(1)變長編碼格式。這種編碼方式能夠有效減少程序的目標(biāo)代碼大小。

(2)固定長度編碼格式。這種編碼方式能夠降低譯碼的復(fù)雜度，提高譯碼的性能。

(3)混合型編碼格式。兼顧降低目標(biāo)代碼長度和降低譯碼復(fù)雜度。19.DLX中有哪些寄存器？

（1）32個通用寄存器；

（2）32個浮點(diǎn)寄存器；

（3）一些特別的寄存器。20.DLX有哪幾種數(shù)據(jù)類型？

多種長度的整型數(shù)據(jù)和浮點(diǎn)數(shù)據(jù)。

（1）整型數(shù)據(jù)：8位、16位和32位多種長度。

（2）浮點(diǎn)數(shù)據(jù)：32位單精度浮點(diǎn)數(shù)和64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)。21.DLX采用哪幾種尋址方式？

寄存器尋址、立即值尋址、偏移尋址和寄存器間接尋址第三章流水線技術(shù)1.流水技術(shù)有哪些特點(diǎn)？

2.按照流水線所完成的功能來分，流水線可分為哪兩類？

3.按照同一時間內(nèi)各段之間的連接方式來分，流水線可分為哪兩類？

4.按照流水的級別來分，流水線可分為哪三類？

5.按照數(shù)據(jù)表示來分，流水線可分為哪兩類？

6.按照流水線中是否有反饋回路來分，流水線可分為哪兩類？

7.一條DLX指令的執(zhí)行需要幾個時鐘周期？它們分別是什么？

8.DLX流水線寄存器的作用是什么？

9.消除流水線的瓶頸段有哪些方法？

10.評價流水線的性能指標(biāo)是什么？

11.流水線中有哪三種相關(guān)？各是什么原因造成的？

12.解決流水線結(jié)構(gòu)相關(guān)的方法有哪些？

13.為什么流水線設(shè)計者有時會允許結(jié)構(gòu)相關(guān)的存在？

14.定向技術(shù)的主要思想是什么？

15.DLX流水線中所有數(shù)據(jù)相關(guān)都能夠經(jīng)過定向技術(shù)消除，而不需要暫停嗎？試舉例說明。

16．根據(jù)指令對寄存器的讀寫順序，可將數(shù)據(jù)相關(guān)分為哪三種類型？

17．解決流水線數(shù)據(jù)相關(guān)的方法有哪些？

18.減少流水線處理分支指令時的暫停時鐘周期數(shù)有哪兩種途徑？

19.在DLX基本流水線中可采用哪些靜態(tài)方法降低分支損失？

20．從編譯技術(shù)的角度，降低流水線分支損失的方法有哪些？

21.預(yù)測分支失敗方法的主要思想是什么？

22.“延遲分支”方法的主要思想是什么？

23．為了在分支延遲槽中填入有效指令，一般采用哪三種方法？

24.調(diào)度分支延遲指令的三種常見方法的特點(diǎn)和局限性是什么？

25．有哪幾種向量處理方式？它們對向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)要求有何不同？

26．什么是向量鏈接技術(shù)？

27.衡量向量處理機(jī)性能的主要參數(shù)有哪些？

1.流水技術(shù)有哪些特點(diǎn)？

（1）流水過程由多個相聯(lián)系的子過程組成，每個過程稱為流水線的“級”或“段”；

（2）每個子過程由專用的功能段實現(xiàn)；

（3）各個功能段所需時間應(yīng)盡量相等；

（4）流水線需要有“經(jīng)過時間”，在此之后流水過程才進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，每一個時鐘周期(拍)流出一個結(jié)果；

（5）流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時序過程，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。2.按照流水線所完成的功能來分，流水線可分為哪兩類？

（1）單功能流水線：只能完成一種固定功能的流水線。

（2）多功能流水線：流水線的各段能夠進(jìn)行不同的連接，從而使流水線在不同的時間，或者在同一時間完成不同的功能。3.按照同一時間內(nèi)各段之間的連接方式來分，流水線可分為哪兩類？

（1）靜態(tài)流水線：在同一時間內(nèi)，流水線的各段只能按同一種功能的連接方式工作。

（2）動態(tài)流水線：在同一時間內(nèi)，當(dāng)某些段正在實現(xiàn)某種運(yùn)算時，另一些段卻在實現(xiàn)另一種運(yùn)算。4.按照流水的級別來分，流水線可分為哪三類？

（1）部件級流水線（運(yùn)算操作流水線）：把處理機(jī)的算術(shù)邏輯部件分段，以便為各種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行流水操作。

（2）處理機(jī)級流水線（指令流水線）：把解釋指令的過程按照流水方式處理。

（3）處理機(jī)間流水線（宏流水線）：由兩個以上的處理機(jī)串行地對同一數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，每個處理機(jī)完成一項任務(wù)。5.按照數(shù)據(jù)表示來分，流水線可分為哪兩類？

（1）標(biāo)量流水處理機(jī)：處理機(jī)不具有向量數(shù)據(jù)表示，僅對標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。

（2）向量流水處理機(jī)：處理機(jī)具有向量數(shù)據(jù)表示，并經(jīng)過向量指令對向量的各元素進(jìn)行處理。6.按照流水線中是否有反饋回路來分，流水線可分為哪兩類？

（1）線性流水線：流水線的各段串行連接，沒有反饋回路。

（2）非線性流水線：流水線中除有串行連接的通路處，還有反饋回路。7.一條DLX指令的執(zhí)行需要幾個時鐘周期？它們分別是什么？

一條DLX指令的執(zhí)行需要5個時鐘周期。它們分別是：取指令周期（IF）、指令譯碼/讀寄存器周期（ID）、執(zhí)行/有效地址計算周期（EX）、存儲器/分之完成周期（MEM）、寫回周期（WB）。8.DLX流水線寄存器的作用是什么？

把數(shù)據(jù)和控制信息從一個流水段傳送到下一個流水段。9.消除流水線的瓶頸段有哪些方法？

(1)細(xì)分瓶頸段；

(2)重復(fù)設(shè)置瓶頸段。10.評價流水線的性能指標(biāo)是什么？

(1)吞吐率：指在單位時間內(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。11.流水線中有哪三種相關(guān)？各是什么原因造成的？

（1）結(jié)構(gòu)相關(guān)：當(dāng)硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求,而發(fā)生資源沖突時,就發(fā)生了結(jié)構(gòu)相關(guān)。

（2）數(shù)據(jù)相關(guān)：當(dāng)一條指令需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)行時，就可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)。

（3）控制相關(guān)：當(dāng)流水線遇到分支指令和其它能夠改變PC值的指令時，就會發(fā)生控制相關(guān)。12.解決流水線結(jié)構(gòu)相關(guān)的方法有哪些？

（1）流水化功能單元；（2）資源重復(fù)；（3）暫停流水線。13.為什么流水線設(shè)計者有時會允許結(jié)構(gòu)相關(guān)的存在？

主要有兩個原因：一是為了減少硬件開銷，二是為了減少功能單元的延遲。14.定向技術(shù)的主要思想是什么？

在發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)時，后面的指令并不是馬上就要用到前一條指令的計算結(jié)果。如果能夠?qū)⒂嬎憬Y(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到需要它的地方，就能夠避免暫停。當(dāng)定向硬件檢測到前面某條指令的結(jié)果寄存器就是當(dāng)前指令的源寄存器時，控制邏輯會將前面那條指令的結(jié)果直接從其產(chǎn)生的地方定向到當(dāng)前指令所需的位置。15.DLX流水線中所有數(shù)據(jù)相關(guān)都能夠經(jīng)過定向技術(shù)消除，而不需要暫停嗎？試舉例說明。

DLX流水線中有需要暫停的數(shù)據(jù)相關(guān)。

例：在下列指令序列中，需要在LW指令之后插入一個暫停周期，然后再用定向技術(shù)消除相關(guān)。

LWR1，0（R2）

SUBR4，R1，R5

ANDR6，R1，R716．根據(jù)指令對寄存器的讀寫順序，可將數(shù)據(jù)相關(guān)分為哪三種類型？

（1）寫后讀相關(guān)

（2）寫后寫相關(guān)

（3）讀后寫相關(guān)17．解決流水線數(shù)據(jù)相關(guān)的方法有哪些？

（1）定向技術(shù)：在某條指令產(chǎn)生一個結(jié)果之前，其它指令并不真正需要該計算結(jié)果，如果將該計結(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到其它指令需要它的地方，就能夠避免暫停。

（2）暫停技術(shù)：設(shè)置一個“流水線互鎖”的功能部件，一旦流水線互鎖檢測到數(shù)據(jù)相關(guān)，流水線暫停執(zhí)行發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)指令后續(xù)的所有指令。直到該數(shù)據(jù)相關(guān)解決為止。

（3）采用編譯器調(diào)度。

（4）重新組織代碼順序。18.減少流水線處理分支指令時的暫停時鐘周期數(shù)有哪兩種途徑？

(1)在流水線中盡早判斷出分支轉(zhuǎn)移是否成功；

(2)盡早計算出分支轉(zhuǎn)移成功時的PC值（即分支的目標(biāo)地址）。19.在DLX基本流水線中可采用哪些靜態(tài)方法降低分支損失？

(1)修改硬件：在ID段增加一個加法器，將計算分支目標(biāo)地址的操作移到ID段完成。

(2)預(yù)測分支失敗的方法

(3)延遲分支方法20．從編譯技術(shù)的角度，降低流水線分支損失的方法有哪些？

(1)凍結(jié)或排空流水線的方法；

(2)預(yù)測分支失敗的方法；

(3)預(yù)測分支成功的方法；

(4)延遲分支方法。21.預(yù)測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，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。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，那么能夠?qū)⒎种е噶羁醋魇且粭l普通指令，流水線正常流動，無需將在分支指令之后取出的所有指令轉(zhuǎn)化為空操作。22.“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”分支指令的執(zhí)行時間。設(shè)延遲長度為n的分支指令后面有n個分支延遲槽，選擇n條有效和有用的指令放入分支延遲槽中，無論分支成功與否，流水線都會執(zhí)行這些指令。處于分支延遲槽中的指令“掩蓋”了流水線原來所必須插入的暫停周期。23．為了在分支延遲槽中填入有效指令，一般采用哪三種方法？

從前調(diào)度、從目標(biāo)處調(diào)度、從失敗處調(diào)度24.調(diào)度分支延遲指令的三種常見方法的特點(diǎn)和局限性是什么？

25．有哪幾種向量處理方式？它們對向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)要求有何不同？

(1)水平處理方式：不適合對向量進(jìn)行流水處理。

(2)垂直處理方式：適合對向量進(jìn)行流水處理，向量運(yùn)算指令的源/目向量都放在存儲器內(nèi)，使得流水線運(yùn)算部件的輸入、輸出端直接與存儲器相聯(lián)，構(gòu)成M-M型的運(yùn)算流水線。

(3)分組處理方式：適合流水處理?？稍O(shè)長度為n的向量寄存器，使每組向量運(yùn)算的源/目向量都在向量寄存器中，流水線的運(yùn)算部件輸入、輸出端與向量寄存器相聯(lián)，構(gòu)成R-R型運(yùn)算流水線。26．什么是向量鏈接技術(shù)？

當(dāng)兩條向量指令出現(xiàn)“寫后讀”相關(guān)時，若它們不存在功能部件沖突和向量寄存器(源或目的)沖突，就有可能把它們所用的功能部件頭尾相接，形成一個鏈接流水線，進(jìn)行流水處理。27.衡量向量處理機(jī)性能的主要參數(shù)有哪些？

(1)向量指令的處理時間

(2)峰值性能：向量長度為無窮大時，向量處理機(jī)的最高性能。

(3)半性能向量長度：向量處理機(jī)的性能為其峰值性能一半時所需的向量長度。

(4)向量長度臨界值：對同一段程序代碼而言，向量方式的處理速度優(yōu)于標(biāo)量串行方式處理速度時所需的最小向量長度?！谖逭麓鎯哟?.單級存儲器的主要矛盾是什么？一般采取什么方法來解決？

2.評價存儲層次的主要參數(shù)有哪些？

3.“Cache—主存”和“主存—輔存”層次的主要區(qū)別是什么？

4.在存儲層次中應(yīng)解決哪四個問題？

5.地址映象方法有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

6.組相聯(lián)Cache比相同容量的直接映象Cache的失效率低。由此是否能夠得出結(jié)論：采

7.Cache中，有哪兩種實現(xiàn)并行查找的方法？

8.替換算法有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

9.寫策略主要有哪兩種？它們各有什么優(yōu)點(diǎn)？

10.在寫回法中，可采用什么方法減少在替換時塊的寫回？

11.當(dāng)發(fā)生Cache寫失效時，是否調(diào)入相應(yīng)的塊，有哪兩種選擇？

12.按照Cache產(chǎn)生失效的原因不同，能夠把失效分為哪三類？

13.3C失效與Cache的相聯(lián)度、容量有什么樣的關(guān)系？

14.增加Cache塊大小一定會降低失效率嗎？

15．偽相聯(lián)的基本思想是什么？

16．偽相聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是什么？

17.降低Cache失效率有哪些方法？

18.減少Cache失效開銷有哪些方法？。

19.子塊放置技術(shù)的基本思想是什么？

20.請求字處理技術(shù)有哪兩種具體的實現(xiàn)方法？

21.采用二級Cache的基本思想是什么？

22.采用容量小且結(jié)構(gòu)簡單的Cache有什么好處？

23.“虛擬索引＋物理標(biāo)識”Cache的基本思想是什么？

1.單級存儲器的主要矛盾是什么？一般采取什么方法來解決？

主要矛盾：

(1)速度越快，每位價格就越高；

(2)容量越大，每位價格就越低；

(3)容量越大，速度越慢。

采取多級存儲層次方法來解決。2.評價存儲層次的主要參數(shù)有哪些？

存儲層次的平均每位價格、命中率或失效率、平均訪問時間3.“Cache—主存”和“主存—輔存”層次的主要區(qū)別是什么？

4.在存儲層次中應(yīng)解決哪四個問題？

（1）映象規(guī)則：當(dāng)把一個塊調(diào)入高一層存儲器時，能夠放到哪些位置上?

（2）查找算法：當(dāng)所要訪問的塊在高一層存儲器中時，如何找到該塊?

（3）替換算法：當(dāng)發(fā)生失效時，應(yīng)替換哪一塊?

（4）寫策略：當(dāng)進(jìn)行寫訪問時，應(yīng)進(jìn)行哪些操作？5.地址映象方法有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

（1）全相聯(lián)映象。實現(xiàn)查找的機(jī)制復(fù)雜，代價高，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）直接映象。實現(xiàn)查找的機(jī)制簡單，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)映象。組相聯(lián)是直接映象和全相聯(lián)的一種折衷。6.組相聯(lián)Cache比相同容量的直接映象Cache的失效率低。由此是否能夠得出結(jié)論：采用組相聯(lián)Cache一定能帶來性能上的提高？為什么？

不一定。因為組相聯(lián)命中率的提高是以增加命中時間為代價的，組相聯(lián)需要增加多路選擇開關(guān)。7.Cache中，有哪兩種實現(xiàn)并行查找的方法？

（1）用相聯(lián)存儲器實現(xiàn)；

（2）用單體多字存儲器和比較器來實現(xiàn)。8.替換算法有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

（1）隨機(jī)法。簡單、易于用硬件實現(xiàn)，但這種方法沒有考慮Cache塊過去被使用的情況，反映不了程序的局部性，因此其失效率比LRU的高。

（2）先進(jìn)先出法。容易實現(xiàn)。它雖然利用了同一組中各塊進(jìn)入Cache的順序這一“歷史”信息，但還是不能正確地反映程序的局部性。

（3）最近最少使用法LRU。失效率最低。可是LRU比較復(fù)雜，硬件實現(xiàn)比較困難。9.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。易于實現(xiàn)，而且下一級存儲器中的數(shù)據(jù)總是最新的。

(2)寫回法。速度快，寫操作能以Cache存儲器的速度進(jìn)行。而且對于同一單元的多個寫最后只需一次寫回下一級存儲器，有些“寫”只到達(dá)Cache，不到達(dá)主存，因而所使用的存儲器頻帶較低。10.在寫回法中，可采用什么方法減少在替換時塊的寫回？

常采用“污染位”標(biāo)志。即為Cache中的每一塊設(shè)置一個“污染位”（設(shè)在與該塊相應(yīng)的目錄表項中），用于指出該塊是“臟”的（被修改過）還是干凈的（沒被修改過）。替換時，若被替換的塊是干凈的，則不必寫回下一級存儲器，因為這時下一級存儲器中相應(yīng)塊的內(nèi)容與Cache中的一致。11.當(dāng)發(fā)生Cache寫失效時，是否調(diào)入相應(yīng)的塊，有哪兩種選擇？

按寫分配法：寫失效時，先把所寫單元所在的塊調(diào)入Cache，然后再進(jìn)行寫入。這種方法也稱為寫時取方法。

不按寫分配法：寫失效時，直接寫入下一級存儲器而不將相應(yīng)的塊調(diào)入Cache。這種方法也稱為繞寫法。12.按照Cache產(chǎn)生失效的原因不同，能夠把失效分為哪三類？

強(qiáng)制性失效、容量失效、沖突失效13.3C失效與Cache的相聯(lián)度、容量有什么樣的關(guān)系？

⑴相聯(lián)度越高，沖突失效就越少；

⑵強(qiáng)制性失效和容量失效不受相聯(lián)度的影響；

⑶強(qiáng)制性失效不受Cache容量的影響，但容量失效卻隨著容量的增加而減少；

⑷2:1的Cache經(jīng)驗規(guī)則：大小為N的直接映象Cache的失效率約等于大小為N/2的兩路組相聯(lián)Cache的失效率。14.增加Cache塊大小一定會降低失效率嗎？

不一定。

對于給定的Cache容量，當(dāng)塊大小增加時，失效率開始是下降，后來反而上升了。主要因為增加塊大小會產(chǎn)生雙重作用。一方面它減少了強(qiáng)制性失效；另一方面，可能會增加沖突失效。15．偽相聯(lián)的基本思想是什么？

采用這種方法時，在命中情況下，訪問Cache的過程和直接映象Cache中的情況相同；而發(fā)生失效時，在訪問下一級存儲器之前，會先檢查Cache另一個位置（塊），看是否匹配。確定這個另一塊的一種簡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)組中的對應(yīng)塊。如果這一塊的標(biāo)識匹配，則稱發(fā)生了偽命中。否則，就只好訪問下一級存儲器。16．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象Cache的命中速度。17.降低Cache失效率有哪些方法？

增加Cache塊大小、提高相聯(lián)度、VictimCache、偽相聯(lián)Cache、硬件預(yù)取技術(shù)、由編譯器控制的預(yù)取、編譯器優(yōu)化18.減少Cache失效開銷有哪些方法？

(1)讓讀失效優(yōu)先于寫；

(2)子塊放置技術(shù)；

(3)請求字處理技術(shù)；

(4)非阻塞Cache或非鎖定Cache技術(shù)；

(5)采用二級Cache。19.子塊放置技術(shù)的基本思想是什么？

把一個Cache塊劃分為若干個小塊，稱之為子塊。為每一個子塊賦一位有效位，用于說明該子塊中的數(shù)據(jù)是否有效。訪問Cache時，進(jìn)行標(biāo)識匹配比較，并檢查該字所在子塊的有效位是否為“1”。失效時只需從下一級存儲器調(diào)入一個子塊。這樣，一個Cache中就有可能有的子塊有效，有的子塊無效。20.請求字處理技術(shù)有哪兩種具體的實現(xiàn)方法？

⑴盡早重啟動：在請求字沒有到達(dá)時，CPU處于等待狀態(tài)。一旦請求字到達(dá)，就立即發(fā)送給CPU，讓等待的CPU盡早重啟動，繼續(xù)執(zhí)行

⑵請求字優(yōu)先：調(diào)塊時，首先向存儲器請求CPU所要的請求字。請求字一旦到達(dá)，就馬上送往CPU，讓CPU繼續(xù)執(zhí)行，同時從存儲器調(diào)入該塊的其余部分。請求字優(yōu)先也稱為回繞讀取或關(guān)鍵字優(yōu)先。21.采用二級Cache的基本思想是什么？

經(jīng)過在原有Cache和存儲器之間增加另一級Cache，構(gòu)成兩級Cache。把第一級Cache做得足夠小，使其速度和快速CPU的時鐘周期相匹配，而把第二級Cache做得足夠大，使它能捕獲更多原來需要到主存去的訪問，從而降低實際失效開銷。22.采用容量小且結(jié)構(gòu)簡單的Cache有什么好處？

（1）能夠有效地提高Cache的訪問速度。因為硬件越簡單，速度就越快。小容量Cache能夠?qū)崿F(xiàn)快速標(biāo)識檢測，對減少命中時間有益。

（2）Cache足夠小，能夠與處理器做在同一芯片上，以避免因芯片外訪問而增加時間開銷。

（3）保持Cache結(jié)構(gòu)簡單可采用直接映象Cache。直接映象Cache的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠讓標(biāo)識檢測和數(shù)據(jù)傳送重疊進(jìn)行，這樣能夠有效地減少命中時間。23.“虛擬索引＋物理標(biāo)識”Cache的基本思想是什么？

直接用虛地址中的頁內(nèi)位移（頁內(nèi)位移在虛→實地址的變換中保持不變）作為訪問Cache的索引，但標(biāo)識卻是物理地址。CPU發(fā)出訪存請求后，在進(jìn)行虛→實地址變換的同時，可并行進(jìn)行標(biāo)識的讀取。在完成地址變換之后，再把得到的物理地址與標(biāo)識進(jìn)行比較。第六章輸入/輸出系統(tǒng)1.評價I/O系統(tǒng)性能的參數(shù)主要有哪些？

2.外部存儲設(shè)備有哪些相似之處？

3.磁盤始終占據(jù)著后備存儲器的主宰地位，原因主要有哪兩個？

4.反映磁盤性能的主要參數(shù)有哪幾個？

5.將多臺光盤機(jī)組合在一起有哪三種結(jié)構(gòu)？

6.自動磁帶庫有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

7.根據(jù)故障產(chǎn)生的原因，將故障分為哪幾種？

8.按照故障出現(xiàn)的周期，將故障分為哪幾種？

9.反映存儲外設(shè)可靠性能的參數(shù)有哪些？

10.故障、錯誤和失效之間存在著什么樣的關(guān)系？

11.盤陣列有哪些分級？

12.通道分為哪三種類型？它們分別適合為哪種外圍設(shè)備服務(wù)？

13.通道的主要功能有哪些？

14.通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^程？

1.評價I/O系統(tǒng)性能的參數(shù)主要有哪些？

(1)連接特性（哪些I/O設(shè)備能夠和計算機(jī)系統(tǒng)相連接）；

(2)I/O系統(tǒng)容量（I/O系統(tǒng)能夠容納的I/O設(shè)備數(shù)）；

(3)響應(yīng)時間；

(3)吞吐量。2.外部存儲設(shè)備有哪些相似之處？

（1）記錄原理類似；

（2）作為計算機(jī)部件，均包括磁、光、電等記錄機(jī)構(gòu)、精密機(jī)械和馬達(dá)等驅(qū)動機(jī)構(gòu)；

（3）作為存儲設(shè)備，它們都包括控制器及接口邏輯；

（4）均采用了自同步技術(shù)、定位和校正技術(shù)以及相似的讀寫系統(tǒng)。3.磁盤始終占據(jù)著后備存儲器的主宰地位，原因主要有哪兩個？

（1）磁盤一直是虛擬存儲器技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，執(zhí)行程序時，磁盤用作為交換緩沖區(qū)。

（2）關(guān)機(jī)時，磁盤作為操作系統(tǒng)和所有應(yīng)用程序的非易失性的駐留介質(zhì)。4.反映磁盤性能的主要參數(shù)有哪幾個？

磁盤訪問時間：磁盤訪問時間=尋道時間+旋轉(zhuǎn)時間+傳輸時間+控制器開銷

磁盤容量：磁盤能夠記錄的信息量。

磁盤數(shù)據(jù)傳輸率：可分為外部傳輸率和內(nèi)部傳輸率兩種。5.將多臺光盤機(jī)組合在一起有哪三種結(jié)構(gòu)？

光盤塔（CD-ROMTower）、光盤庫（Jukebox）和光盤陣列（CD-ROMArray）6.自動磁帶庫有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

優(yōu)點(diǎn)：自動換帶，加載速度快，單位數(shù)據(jù)的價格低。而且，能夠經(jīng)過加大規(guī)模，以達(dá)到進(jìn)一步降低成本的目的。

缺點(diǎn)：帶寬比較低，可靠性差。7.根據(jù)故障產(chǎn)生的原因，將故障分為哪幾種？

（1）硬件故障：設(shè)備失效產(chǎn)生的故障；

（2）設(shè)計故障：大部分的這種故障由軟件引起，小部分由硬件引起；

（3）操作故障：由于用戶操作的失誤引起的故障；

（4）環(huán)境故障：由于火災(zāi)、洪水、地震等引起的故障。8.按照故障出現(xiàn)的周期，將故障分為哪幾種？

暫時性故障：只持續(xù)有限的時間，而且以后不會出現(xiàn)。

間歇性故障：故障的出現(xiàn)具有間歇性。

永久性故障：故障總會出現(xiàn)，并不會因為時間的流逝而消失。9.反映存儲外設(shè)可靠性能的參數(shù)有哪些？

可靠性：系統(tǒng)從初始狀態(tài)開始一直提供服務(wù)的能力。

可用性：系統(tǒng)正常工作時間在連續(xù)兩次正常服務(wù)間隔時間中所占的比率。

可信性：服務(wù)的質(zhì)量，即在多大程度上能夠合理地認(rèn)為服務(wù)是可靠的。10.故障、錯誤和失效之間存在著什么樣的關(guān)系？

（1）一個故障可能會導(dǎo)致一個或者多個錯誤；

（2）錯誤一般具有以下特性：

·錯誤具有兩種狀態(tài)：潛在狀態(tài)和有效狀態(tài)，而且會相互轉(zhuǎn)換；

·潛在的錯誤可能經(jīng)過激活而有效；

·有效錯誤的影響能夠從一個部件傳送到另外一個部件，產(chǎn)生新的錯誤。

（3）如果錯誤影響到部件正常的服務(wù)時，部件就發(fā)生了失效；

（4）系統(tǒng)中的所有部件的故障、錯誤和失效均存在這樣的關(guān)系。11.盤陣列有哪些分級？

(1)RAID0。亦稱數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個盤上，無冗余信息。

(2)RAID1。鏡像盤，使用雙備份磁盤。

(3)RAID2。位交叉式海明編碼陣列。

(4)RAID3。位交叉奇偶校驗盤陣列。即數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗信息存儲在一臺專用盤上。

(5)RAID4。專用奇偶校驗獨(dú)立存取盤陣列。即數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗信息存在一臺專用盤上。

(6)RAID5。塊交叉分布式奇偶校驗盤陣列。即數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗信息均勻地分布在所有磁盤上。

(7)RAID6。雙維奇偶校驗獨(dú)立存取盤陣列?？扇萑屉p盤出錯。(8)RAID7。是采用Cache和異步技術(shù)的RAID6，使響應(yīng)速度和傳輸速率有了較大提高。12.通道分為哪三種類型？它們分別適合為哪種外圍設(shè)備服務(wù)？

（1）字節(jié)多路通道。一種簡單的共享通道，主要為多臺低速或中速的外圍設(shè)備服務(wù)。

（2）數(shù)組多路通道。適于為高速設(shè)備服務(wù)。

（3）選擇通道。為多臺高速外圍設(shè)備服務(wù)。13.通道的主要功能有哪些？

(1)接受CPU發(fā)來的I/O指令，根據(jù)指令要求選擇一臺指定的外圍設(shè)備與通道相連接。

(2)執(zhí)行CPU為通道組織的通道程序，從主存中取出通道指令，對通道指令進(jìn)行譯碼，并根據(jù)需要向被選中的設(shè)備控制器發(fā)出各種操作命令。

(3)給出外圍設(shè)備的有關(guān)地址，即進(jìn)行讀／寫操作的數(shù)據(jù)所在的位置。

(4)給出主存緩沖區(qū)的首地址，這個緩沖區(qū)用來暫時存放從外圍設(shè)備上輸入的數(shù)據(jù)，或者暫時存放將要輸出到外圍設(shè)備中去的數(shù)據(jù)。

(5)控制外圍設(shè)備與主存緩沖區(qū)之間數(shù)據(jù)交換的個數(shù)，對交換的數(shù)據(jù)個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，并判斷數(shù)據(jù)傳送工作是否結(jié)束。

(6)指定傳送工作結(jié)束時要進(jìn)行的操作。

(7)檢查外圍設(shè)備的工作狀態(tài)是正?；蚬收?。根據(jù)需要將設(shè)備的狀態(tài)信息送往主存指定單元保存。

(8)在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成必要的格式變換。14.通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^程？

(1)在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序，由CPU經(jīng)過管理程序組織一個通道程序，并啟動通道。

(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。

(3)通道程序結(jié)束后向CPU發(fā)中斷請求。CPU響應(yīng)這個中斷請求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)/O中斷請求進(jìn)行處理。第七章多處理機(jī)1.Flynn分類法是根據(jù)什么對計算機(jī)進(jìn)行分類的？將計算機(jī)分成哪幾類？

2.根據(jù)多處理機(jī)系統(tǒng)中處理器個數(shù)的多少，可把現(xiàn)有的MIMD機(jī)器分為哪兩類？

3.在分布式存儲器結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，將存儲器分布到各結(jié)點(diǎn)有什么好處？

4.在分布式存儲器結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，當(dāng)前有哪兩種存儲器地址空間的組織方案？

5.在分布式存儲器結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，對應(yīng)于兩種地址空間的組織方案，分別有哪兩種通信機(jī)制？它們是怎么實現(xiàn)的？

6.用哪三個關(guān)鍵的性能指標(biāo)來衡量通信機(jī)制的性能？

7.共享存儲器通信機(jī)制主要有哪些優(yōu)點(diǎn)？

8.消息傳遞通信機(jī)制主要有哪些優(yōu)點(diǎn)？

9.在消息傳遞通信機(jī)制的硬件上怎樣支持共享存儲器？

10.并行處理面臨著哪兩個重要挑戰(zhàn)？

11.一致的存儲系統(tǒng)應(yīng)滿足哪些條件？

12.實現(xiàn)Cache一致性協(xié)議的關(guān)鍵是什么？

13.實現(xiàn)Cache一致性協(xié)議時，有哪兩種跟蹤共享數(shù)據(jù)狀態(tài)的技術(shù)？

14.實現(xiàn)Cache一致性協(xié)議有哪兩類？

15.寫更新協(xié)議和寫作廢協(xié)議在性能上有哪些差別？

16.目錄協(xié)議中，Cache塊有哪三種狀態(tài)？

17.影響互連網(wǎng)絡(luò)性能的因素有哪些？

18.動態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)有哪幾種？

19.采用多處理機(jī)的一致性機(jī)制實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鎖有什么好處？

1.Flynn分類法是根據(jù)什么對計算機(jī)進(jìn)行分類的？將計算機(jī)分成哪幾類？

Flynn分類法，根據(jù)計算機(jī)中指令和數(shù)據(jù)的并行狀況把計算機(jī)分成：

（1）單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）；

（2）單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）；

（3）多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）；

（4）多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）。2.根據(jù)多處理機(jī)系統(tǒng)中處理器個數(shù)的多少，可把現(xiàn)有的MIMD機(jī)器分為哪兩類？

根據(jù)多處理機(jī)系統(tǒng)中處理器個數(shù)的多少，把現(xiàn)有的MIMD機(jī)器分為：

第一類為集中式共享存儲器結(jié)構(gòu)；

第二類為分布式存儲器結(jié)構(gòu)；

每一類代表了一種存儲器的結(jié)構(gòu)和互連策略。3.在分布式存儲器結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，將存儲器分布到各結(jié)點(diǎn)有什么好處？

將存儲器分布到各結(jié)點(diǎn)有兩個好處：

第一，如果大多數(shù)的訪問是針對本結(jié)點(diǎn)的局部