計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(清華版)復(fù)習提綱課件

第一章計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念1986年到2002年，體系結(jié)構(gòu)進步主要依賴于什么技術(shù)？2002年以后，計算機性能提高速度降低的原因是什么？現(xiàn)代計算機為什么不再采用微型機、小型機和大型機的分類方法？現(xiàn)在如何分類？不同角度所看到的計算機系統(tǒng)的屬性是不同的，對不對？透明性的判斷理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)當前體系結(jié)構(gòu)的研究已遠超了指令集體系結(jié)構(gòu)，對不對？學會系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的3種分類方法學會計算加速比學會使用cpu性能公式同一種指令的CPI是一定的嗎?訪問的局部性分為哪2種,具體指的是什么列舉幾種計算機系統(tǒng)中的并行計算機中的軟硬件的發(fā)展趨勢是怎樣的?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計者不需要關(guān)注實現(xiàn)技術(shù)，對嗎?現(xiàn)代的計算機系統(tǒng)通常是由下往上、由上往下、還是由中間開始設(shè)計的？這個中間是指什么？評價一個計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)好壞的標準主要是哪兩個指標？衡量機器性能的唯一固定而且可靠的標準就是真正執(zhí)行程序的時間。這個時間有哪2種？學會MIPS的計算，舉例說明為什么MIPS值可能和性能相反MFLOPS不能體現(xiàn)機器的整體性能，對嗎，舉例說明求平均性能時，什么時候用算術(shù)平均、調(diào)和平均和幾何平均？使用參考機器比較機器性能時，和參考機器的性能有關(guān)嗎？一個平均數(shù)是否能表示一個基準測試程序測量出的性能，用什么作指標？系列機和兼容機有相同的體系結(jié)構(gòu),對不對?的區(qū)別是什么幾種兼容的概念模擬和仿真哪個速度更快，哪個需要硬件支持？計算機性能的發(fā)展，帶寬和時延哪個進步更快？集成電路的加工工藝是用什么來表示的？學會集成電路動態(tài)和靜態(tài)功率的計算。了解晶片的成品數(shù)的計算方法。晶片的成本增長速度大體與晶片面積增長速度的平方成正比，對嗎？第二章指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的概念是什么？目前指令系統(tǒng)與軟件之間的語義差距越來越大，對不對？數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的區(qū)別會計算浮點數(shù)的表數(shù)范圍、表數(shù)精度和表數(shù)效率如果不采用隱藏位，基數(shù)為2時，表數(shù)效率最低，對嗎？采用隱藏位，基數(shù)為幾時，則3個參數(shù)都達到最好？多數(shù)機器的尾數(shù)采用原碼、小數(shù)表示，階碼一般機器都采用整數(shù)、移碼表示，對嗎？了解5種舍入法。哪種最簡單，哪種最復(fù)雜最精確，哪種一般用于軟件等。警戒位什么時候使用？不設(shè)置警戒位，可能出現(xiàn)很大的誤差或造成完全錯誤的運算結(jié)果，對嗎警戒位需要多少位？代價很大嗎？計算機中的操作數(shù)類型通常是由硬件解釋的，對嗎？帶標志符的數(shù)據(jù)表示法和數(shù)據(jù)描述符表示法都屬于自定義數(shù)據(jù)表示方法，對嗎？測試表明程序中訪問的數(shù)據(jù)大多是字節(jié)類型，對嗎尋址技術(shù)主要內(nèi)容是什么？計算機一般按字節(jié)編址，按字訪問，對嗎X86處理器有幾個零地址空間？都是什么？高位交叉和低位交叉編址的主要目的分別是什么？立即尋址的使用頻率很低，對嗎？存儲器尋址方式數(shù)據(jù)對齊的原因是什么？間接尋址方式與變址尋址方式差別及優(yōu)缺點寄存器尋址和堆棧尋址的優(yōu)缺點理解程序的3種定位方式固定操作碼長度計算最優(yōu)huffman編碼法如何計算機?能實際應(yīng)用嗎?學會計算信息冗余量學會使用最小概率合并法舉例說明什么是擴展編碼法4-8-12的形式表示擴展編碼，能代表一種具體編碼方法嗎擴展編碼法分別用保留1個碼點和保留1位的方法進行擴展,支持指令種類一樣多嗎學會分析不同地址碼個數(shù)指令的應(yīng)用情況(見例子)地址碼個數(shù)不同的幾種指令都適用什么情況?指令系統(tǒng)的完整性、規(guī)整性(對稱性、均勻性)的含義計算機的５類基本指令是什么轉(zhuǎn)移指令有哪3類?一般條件轉(zhuǎn)移、復(fù)合條件轉(zhuǎn)移、隱含條件轉(zhuǎn)移指令含義保存現(xiàn)場有哪2種方式？保存現(xiàn)場的指令通常如何得到處理器可以不設(shè)置輸入輸出指令嗎？為什么？可以不設(shè)處理機控制和調(diào)試指令嗎？為什么？指令系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的兩個方向是什么？數(shù)據(jù)傳送指令的使用頻度和執(zhí)行時間約占多少百分比高級語言程序中，循環(huán)體中只有一條語句的約占多少？有1至3條語句的約占多少？用高級語言編寫的程序，與用匯編或機器語言編寫的程序，時間開銷和空間開銷一樣大，對嗎？說明什么是高級語言計算機并舉例20%-%80規(guī)律指的是什么哪幾類指令的使用頻度最高了解RISC的主要特點利用程序執(zhí)行時間的計算公式：P=I·CPI·T，比較一下RISC和CISC采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的兩個限制條件是什么，成功率如何適用于循環(huán)程序指令取消技術(shù)如何調(diào)整指令?重疊寄存器窗口與windows窗口類似，對嗎？提出重疊寄存器窗口技術(shù)的原因是什么，如何實現(xiàn)？指令流調(diào)整技術(shù)有哪2種調(diào)整方法？延遲轉(zhuǎn)移和指令取消技術(shù)也調(diào)整指令次序，和它的調(diào)整指令次序有何不同？固件指什么技術(shù)？RISC的實現(xiàn)完全不需要固件，對嗎？簡述現(xiàn)代編譯器的結(jié)構(gòu)當今編譯器的寄存器分配算法都基于什么技術(shù)？優(yōu)化編譯能加快代碼執(zhí)行，但不能減小代碼體積，對嗎？多媒體指令和向量計算機中的向量指令一樣快，對不對？為什么？第三章存儲系統(tǒng)什么是存儲系統(tǒng)，組成存儲系統(tǒng)的目的是什么？計算機的存儲系統(tǒng)對應(yīng)用程序員透明的，對嗎計算機中有哪2種存儲系統(tǒng)？了解其組成、目的和特點Cache存儲系統(tǒng)的存儲容量是多少？虛擬存儲系統(tǒng)呢？如何計算存儲系統(tǒng)的單位容量的平均價格？存儲器的存取時間和存取周期相同嗎，存儲系統(tǒng)呢？會計算命中率、訪問周期和訪問效率學會采用預(yù)取技術(shù)的命中率計算存儲器停頓周期數(shù)相關(guān)計算存儲器性能和處理器性能哪個增長的更快？理解計算機的頻帶平衡并行訪問存儲器能增加字長，對嗎？并行訪問存儲器訪問沖突的主要原因是什么？低位和高位交叉存儲器的目的和理由低位交叉存儲器的啟動間隔應(yīng)為多少，存儲體個數(shù)增加是否意味速度的增加，為什么無沖突訪問存儲器通常針對一維和二維數(shù)組，具體指什么虛擬存儲器中有幾種地址，都是什么？理解三種地址映像和變換及其特點外部地址變換和內(nèi)部地址變換的區(qū)別會計算需要的頁表級數(shù)理解目錄表和快慢表的含義和區(qū)別相聯(lián)訪問和按地址訪問的區(qū)別，快表、慢表、目錄表、散列都是什么訪問虛擬存儲器中的散列函數(shù)是由軟件還是硬件實現(xiàn)?有什么用？為什么會出現(xiàn)散列沖突？頁面、塊、快表和目錄表存儲字的替換，都是由硬件實現(xiàn)的，對不對？理解書中的幾種頁面替換算法，了解其命中率和實現(xiàn)難易OPT算法不是一種實際能使用的算法，對不對堆棧性替換算法有什么特點，哪些是哪些不是？動態(tài)頁面調(diào)度算法在多道程序中是如何工作的?它要求采用什么樣的頁面替換算法?了解影響主存命中率的主要因素頁面大小、主存容量與命中率的關(guān)系是怎么樣的？頁面調(diào)度方式有哪幾種，有什么不同？直接相聯(lián)、組相聯(lián)、全相聯(lián)映像的命中率和硬件實現(xiàn)復(fù)雜度都如何？在虛擬存儲器中，采用什么映像方式，用軟件還是硬件實現(xiàn)？直接相聯(lián)映像實際上不做地址變換，對不對，為什么？什么叫組相聯(lián)度，n路組相聯(lián)指的什么？位選擇組相聯(lián)映象中主存是否分組，Cache呢？段相聯(lián)映像中失效的代價非常高，對不對？Cache替換算法是軟件還是硬件實現(xiàn)的？虛擬存儲器呢？Cache替換算法中計數(shù)器位數(shù)如何確定？比較對法和堆棧法都是LFU算法，只是硬件實現(xiàn)不同，對不對？學會計算二者使用的觸發(fā)器數(shù)量。會計算Cache系統(tǒng)的加速比Cache命中率與容量、塊大小、組數(shù)的關(guān)系什么情況Cache與主存不一致？Cache有哪2種更新算法，如何工作的？學會計算機2者與主存的通信量。什么是不按寫分配法與按寫分配法？都與何種更新相配？理解幾種預(yù)取算法，各算法的命中率如何？評價Cache存儲系統(tǒng)性能可以用缺失率、平均存儲器訪問時間和CPU性能公式，哪個更好？都能保證正確嗎會計算機平均存儲器訪問時間亂序執(zhí)行由于指令的重疊執(zhí)行，降低了缺失代價，通常有更高的性能，對不對？解釋一下缺失的4種類型含義沖突缺失怎樣根據(jù)組相聯(lián)度進一步劃分？每類含義是什么時延和帶寬都很高，適合大塊還是小塊？都很低呢？理解組相聯(lián)缺失率的2個經(jīng)驗規(guī)律會計算多級Cache的平均存儲器訪問時間和每條指令的平均存儲器停頓周期一級和二級Cache的速度有什么樣的影響理解多級包含和多級獨占的含義，各適合什么情況？理解讀缺失優(yōu)先于寫缺失的含義理解虛擬Cache和物理Cache的含義計算機通常都是如何保護進程的？Intel和AMD處理器都支持存儲器保護，對嗎？最基本的存儲器保護分為用戶和內(nèi)核2級，對嗎？有著硬件提供的保護模式和操作系統(tǒng)，計算機的安全性足夠嗎？了解虛擬機最近受到關(guān)注的原因通過虛擬機，可以在一臺計算機上同時運行多個不同的操作系統(tǒng)，對嗎？計算機的指令系統(tǒng)都不提供對虛擬機的支持，對不對?第4章輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)的3個特點及對應(yīng)的3種組織方式是什么？中斷系統(tǒng)的復(fù)雜性主要由中斷源的多樣性引起，對嗎？中斷系統(tǒng)的軟硬件分配主要考慮的2個因素中斷處理過程中必須由硬件和軟件處理的部分都有哪些，為什么？中斷響應(yīng)時間的含義，影響它的有哪些因素5種中斷識別方法都是什么?8086使用的是哪一種？中斷屏蔽的實現(xiàn)方法主要有哪兩種,比較一下理解通道工作過程，輸入輸出會打斷CPU嗎，打斷幾次？通道有哪3種？理解它們的數(shù)據(jù)傳送過程理解通道流量和最大流量的計算方法IO處理機和通道都能執(zhí)行程序嗎？2者有什么本質(zhì)區(qū)別?磁盤容量通常用面密度表示，對嗎？了解磁盤傳統(tǒng)的扇區(qū)-磁道-柱面模型將失效的原因磁盤功耗和哪些因素有關(guān)？理解故障率、MTTF、MTTR和模塊可用性概念，學會相關(guān)計算。理解RAID0-6(數(shù)據(jù)存放，校驗盤數(shù)，容許故障數(shù))會區(qū)分故障(failure)、差錯(error)和錯誤(fault)了解錯誤和故障的分類當前系統(tǒng)中故障主要來源哪方面，是硬件嗎？吞吐率和響應(yīng)時間的關(guān)系是怎樣的？事務(wù)處理主要關(guān)心的是I/O頻率還是與數(shù)據(jù)傳輸率？事務(wù)處理基準測試程序沒有可靠性方面的要求，對嗎？對于磁盤錯誤和短暫錯誤，各個操作系統(tǒng)都怎么做？學會排隊論一節(jié)中的2個例題的解法，理解相關(guān)定義公式能夠看懂本章互聯(lián)網(wǎng)存儲檔案集群的評價過程第五章標量處理機理解標量計算機和超標量計算機區(qū)別先行控制技術(shù)的關(guān)鍵是什么?先行控制處理器包含幾個控制器和棧，各棧的作用先行指令緩沖棧中有2個程序計數(shù)器，對嗎先行指令緩沖棧如何處理RR,RX,RS,RI型指令？先行讀數(shù)棧的緩沖寄存器通常有哪2種？學會使用先行指令緩沖棧緩沖深度設(shè)計的2種方法，2種方法中一般使用哪個，為什么?各個緩沖棧的緩沖深度一般關(guān)系?什么是指令相關(guān)，如何解決?為什么主存操作數(shù)相關(guān)發(fā)生的概率比較?。孔冎废嚓P(guān)、LOAD相關(guān)和普通寄存器相關(guān)有何不同數(shù)據(jù)相關(guān)的主要解決方法有哪幾種什么是吸收型指令,哪些指令是?無條件轉(zhuǎn)移引起的控制相關(guān)如何解決,條件轉(zhuǎn)移也可以同樣解決嗎一般條件轉(zhuǎn)移和復(fù)合條件轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移成功造成的影響一樣嗎,都需要運算嗎?分別列出它們可能的執(zhí)行時序動態(tài)和靜態(tài)分支預(yù)測有什么區(qū)別？處理器對短循環(huán)做專門支持是沒有必要的，對嗎?使用空間并行性和時間并行性對應(yīng)何種處理機？掌握流水線的3種表示方法，尤其是預(yù)約表通過流水線的特點真正理解流水線理解什么是線性流水線與非線性流水線理解計算機中常用的幾個級別的流水線理解什么是單功能流水線與多功能流水線理解什么是靜態(tài)流水線與動態(tài)流水線理解什么是順序流水線和亂序流水線加速比、效率和吞吐率的計算流水線各段執(zhí)行時間不相等的情況如何解決瓶頸？流水線最佳段數(shù)的選擇和哪些因素有關(guān)？預(yù)約表與流水線連接圖對應(yīng)關(guān)系如何？初始沖突向量與狀態(tài)圖、預(yù)約表的關(guān)系能夠求出禁止向量、沖突向量、狀態(tài)圖和啟動循環(huán)流水線最小平均啟動距離的限制范圍(上下限)預(yù)約表中“×”最多的流水段一定是“瓶頸“流水段嗎？采用預(yù)留算法調(diào)度非線性流水線不需要增加硬件，對嗎？亂序流動方式中的數(shù)據(jù)相關(guān)有哪幾種？如何解決？通過專用路徑來避免數(shù)據(jù)相關(guān)的基本原理是什么？通過實例理解數(shù)據(jù)重定向過程。學會條件分支對流水線性能的影響計算動態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測技術(shù)的記錄轉(zhuǎn)移歷史信息的方法有哪3種?大多數(shù)情況下，可以在運算實際開始之前或者在運算中間產(chǎn)生條件碼，對嗎?理解精確和不精確斷點含義，現(xiàn)在處理器常用哪個？采用不精確斷點法可能會發(fā)生的問題是什么？了解四種處理機指令級并行度，其指令發(fā)射有什么區(qū)別？超標量處理機是多發(fā)射處理機嗎？它是否需要設(shè)置一個先行指令窗口？多流水線有哪3種調(diào)度方法，哪種性能最高？超標量處理機中，操作部件為什么要采用流水線結(jié)構(gòu)？普通標量處理機，希望相同操作連續(xù)出現(xiàn)，超標量處理機正好相反，對嗎？為什么？理解超標量和超流水線處理機的不同三種并行處理機的哪種性能最高？為什么？并行處理機的設(shè)計是否是并行度越