系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡答題答案

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡答題復(fù)習(xí)資料簡答題復(fù)習(xí)資料 1 簡述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點簡述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點 1 簡化了指令系統(tǒng)和程序設(shè)計 2 簡化了編譯程序 3 便于實現(xiàn)一致性校驗 4 能由硬件自動變換 數(shù)據(jù)類型 5 支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求 6 為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供了支 持 2 簡述哈夫曼壓縮概念的基本思想 簡述哈夫曼壓縮概念的基本思想 哈夫曼壓縮概念的基本思想是 當(dāng)各種事件發(fā)生的概率不均等時 采用優(yōu)化技術(shù)對發(fā)生概率最高的事件 用最短的位數(shù) 時間 來表示 處理 而對出現(xiàn)概率較低的 允許用較長的位數(shù) 時間 來表示 處理 就 會導(dǎo)致表示 處理 的平均位數(shù) 時間 的縮短 3 RISC 存在不足表現(xiàn)在哪些方面 存在不足表現(xiàn)在哪些方面 1 由于指令少使原來在 CISC 上由單一指令完成的某些復(fù)雜功能現(xiàn)在要用多條 RISC 指令才能完成 加 重了匯編語言程序設(shè)計的負擔(dān) 增加了機器語言程序的長度 占用存儲空間多 加大了指令的信息流量 2 對浮點運算執(zhí)行和虛擬存儲器的支持雖有很大加強 但仍顯得不足 3 RISC 機器的編譯程序比 CISC 的難寫 4 簡述設(shè)計簡述設(shè)計 RISC 結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù)結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù) 1 按 RISC 一般原則設(shè)計 2 邏輯實現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序結(jié)合 3 用重疊寄存器窗口 4 指令用流水和延 遲轉(zhuǎn)移 5 優(yōu)化設(shè)計編譯系統(tǒng) 5 簡述計算機系統(tǒng)簡述計算機系統(tǒng) 由中間開始由中間開始 設(shè)計的基本思想 設(shè)計的基本思想 1 軟硬件設(shè)計分離和脫節(jié)是 由上往下 和 由下往上 設(shè)計的主要缺點 由此提出 有中間開始 設(shè) 計 中間 提的是層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面 目前多數(shù)實在傳統(tǒng)機器級與操作系統(tǒng)機器級之間 2 進行合理的軟 硬件功能分配時 既要考慮能拿到的硬 器件 又要考慮可能的應(yīng)用所需的算法和數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu) 先定義好這個交界面 確定哪些功能由硬件實現(xiàn) 哪些功能由軟件實現(xiàn) 同時還要考慮好硬件 對操作系統(tǒng) 編譯系統(tǒng)的實現(xiàn)提供些什么支持 然后由這個中間點分別往上往下進行軟件和硬件的設(shè)計 6 簡述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 組成和實現(xiàn)三者的相互關(guān)系 簡述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 組成和實現(xiàn)三者的相互關(guān)系 結(jié)構(gòu) 組成 實現(xiàn)三者互不相同 但又互相影響 相同結(jié)構(gòu) 如指令系統(tǒng)相同 的計算機 可以因速度 不同而采用不同的組成 同樣 一種組成可有多種不同的實現(xiàn) 反過來 組成也會影響結(jié)構(gòu) 微程序控 制就是一個典型的例子 通過改變控制存儲器中的微程序就可改變系統(tǒng)的機器指令 改變結(jié)構(gòu) 如果沒 有組成技術(shù)的進步 結(jié)構(gòu)的進展是不可能的 正因為如此 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須結(jié)合應(yīng)用考慮 為軟件和算法的實現(xiàn)提供更多更好的支持 同時考慮 可能采用和準(zhǔn)備采用的組成技術(shù) 組成設(shè)計上面決定于結(jié)構(gòu) 下面受限于實現(xiàn)技術(shù) 然而它們是可以實現(xiàn)折衷權(quán)衡的 結(jié)構(gòu) 組成和實現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時期及不同的計算機系統(tǒng)有差異 在某些系統(tǒng)中作為結(jié)構(gòu)的 內(nèi)容 在另一些系統(tǒng)中可能是組成和實現(xiàn)的內(nèi)容 軟件的硬化和硬件的軟化都放映了這一事實 7 模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場合是什么 模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場合是什么 模擬與仿真的主要區(qū)別在于解釋用的語言 仿真是用微程序解釋 其解釋程序存在控制存儲器中 而 模擬是用機器語言程序解釋 其解釋程序存在主存中 模擬靈活 可實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移植 但結(jié) 構(gòu)差異太大時 效率 速度會急劇下降 仿真在速度上損失小 但不靈活 只能在差別不大的系統(tǒng)之間 使用 否則效率也會過低且難以仿真 需與模擬結(jié)合才行 8 設(shè) 設(shè) Pi和和 Pj程序段都是一條語句 且程序段都是一條語句 且 Pi在在 Pj之前執(zhí)行 試舉出之前執(zhí)行 試舉出 Pi和和 Pj間存在間存在 3 種可能的數(shù)據(jù)相關(guān) 種可能的數(shù)據(jù)相關(guān) 1 若 Pi 的左部變量在 Pj 的右部變量集內(nèi) 且 Pi 必須取出 Pi 運算的結(jié)果來作為操作數(shù) 則稱 Pi 數(shù)據(jù)相 關(guān) 于 Pi 2 若 Pj 的左部變量在 Pi 的右部變量集內(nèi) 且當(dāng) Pi 未取用其變量的值之前 是不允許被 Pj 所改變 則稱 Pi 數(shù)據(jù)反相關(guān) 于 Pj 3 若 Pi 的左部變量也是 Pj 的右部變量 且 Pj 存入其算得的值必須在 Pi 存入之后 則稱 Pj 數(shù)據(jù)輸出相 關(guān) 于 Pi 9 試分析通過何種方法可以解決通用寄存器組數(shù)相關(guān)的問題 試分析通過何種方法可以解決通用寄存器組數(shù)相關(guān)的問題 10 在在 一次重疊一次重疊 的機器中 會出現(xiàn)哪些相關(guān)的機器中 會出現(xiàn)哪些相關(guān) 應(yīng)如何處理 應(yīng)如何處理 一次重疊 是指將指令的解釋分為 分析 和 執(zhí)行 兩個階段 任何時刻都只是 執(zhí)行 K 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 在 一 次重疊 機器中 會出現(xiàn)的相關(guān)主要有 指令相關(guān) 主存空間數(shù)相關(guān) 通用寄存器組相關(guān)等 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 通用寄存器組的變址值一次相關(guān) 設(shè)置變址值相關(guān)專用通路 并推后后續(xù)指令的分析 11 試舉例說明什么是試舉例說明什么是 先讀后寫先讀后寫 寫一寫寫一寫 先寫后讀先寫后讀 相關(guān) 相關(guān) 設(shè)有指令 h i j k l m n 依次流入流水線 若 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) 若 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 先寫后讀 相關(guān) 12 簡述解決指令相關(guān)的方法 13 簡述解決全局相關(guān)的幾種方法 簡述解決全局相關(guān)的幾種方法 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 提前形成轉(zhuǎn)移所需的條件 包括指令內(nèi)或程序段內(nèi)條件碼的提前生成 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 停止預(yù)取指令 猜選分支恒選循環(huán)分支 14 流水線按級別分成幾類 線性 流水線按級別分成幾類 線性流水線流水線與非線性流水線有什么區(qū)別與非線性流水線有什么區(qū)別 動態(tài)流水線與靜態(tài)流水線有什么區(qū)動態(tài)流水線與靜態(tài)流水線有什么區(qū) 別別 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饋或超過的通路 非線性流 水線則有反饋回路或前越通路 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 可重組開始另一種功能的流水 靜態(tài)流水線必須等流水線排空之后才可進行功能切換 15 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哪兩種方法 各有什么優(yōu)缺點 流水機器的中斷處理有不精確斷點法和精確斷點法兩種 不精確斷點法的還處是控制簡單 缺點是不利于程序的排錯 精確斷點法好處是中斷現(xiàn)場準(zhǔn)確對應(yīng)于發(fā)出中斷的指令 有利于程序的排錯 但不利于之處是需要有大 量的后挼寄存器 硬件花費大 16 CPU 寫寫 Cache 時 會發(fā)生時 會發(fā)生 Cache 與主存的對應(yīng)復(fù)本內(nèi)容不一致的現(xiàn)象 解決這個問題有哪些方法與主存的對應(yīng)復(fù)本內(nèi)容不一致的現(xiàn)象 解決這個問題有哪些方法 各需要增加什么開各需要增加什么開銷 寫回法 cpu 只寫入 cache 不寫入主存 僅 Cache 替換時才寫回主存再替換 每個 Cache 塊需增加一個 修改位的資源開銷 寫直達法 cpu 每次寫入 cache 同時 也寫入主存 需增加主存的時間開銷 17 在頁式虛擬存儲器中 什么叫頁面失效在頁式虛擬存儲器中 什么叫頁面失效 什么叫頁面爭用 什么時候 兩者同時發(fā)生 什么時候兩者什么叫頁面爭用 什么時候 兩者同時發(fā)生 什么時候兩者 不同時發(fā)生不同時發(fā)生 要訪問的虛頁不在實際主存中時 就會發(fā)生頁面失 其它虛頁占用時 就會發(fā)生頁面爭用 當(dāng)分配給程 序的內(nèi)存區(qū)已被全部占用之后 只要發(fā)生頁 面失效 并不會發(fā)生頁面爭用 18 簡述段式存儲管理的地址變換過程和段式存儲管理的優(yōu)缺點 簡述段式存儲管理的地址變換過程和段式存儲管理的優(yōu)缺點 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)的段表基址寄存器 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 否則產(chǎn)生缺頁中斷 5 主存地址 段內(nèi)偏移 物理地址 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 19 簡述頁式存儲管理的地址變換過程和分頁方式的優(yōu)缺點 簡述頁式存儲管理的地址變換過程和分頁方式的優(yōu)缺點 頁式存儲管理的地址變換過程 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 強制分頁 不利于存儲保護和擴充 有效地址生成慢 20 簡述段頁式存儲管理的地址變換過程簡述段頁式存儲管理的地址變換過程 用戶標(biāo)志 段號 頁號 頁內(nèi)偏移 1 用戶標(biāo)志 段基址寄存器 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 21 簡述在有簡述在有 Cache 情況下 按給出的一個主存地址訪存的過程 情況下 按給出的一個主存地址訪存的過程 1 將主存與 Cache 分成大小相同的塊 2 判斷要訪問的主存地址塊號是否在 Cache 中 3 若在 變換為 Cache 號 訪問 Cache 4 若不在 將該信息由主存調(diào)入 Cache 和 CPU 5 若 Cache 已滿 則替換 Cache 信息 修改相應(yīng)表格 22 2 簡述控制驅(qū)動的控制流方式的特點 簡述控制驅(qū)動的控制流方式的特點 控制驅(qū)動的控制流方式的特點是 通過訪問共享存儲單元讓數(shù)據(jù)在指令之間傳遞 指令的執(zhí)行順序隱含 于控制流中 可以顯式地使用專門的控制操作符來實現(xiàn)并行處理 指令執(zhí)行順序受程度計數(shù)器的控制 即受控制令牌所支配 23 N 16 的 4 級立方體互連網(wǎng)絡(luò) 級號從輸入到輸出為 0 到 3 采用級控制 如將其中的第 1 級開關(guān)處 于 直接 不能實現(xiàn)哪些結(jié)點之間的配對通信 為什么 24 4 什么是全排列網(wǎng)絡(luò) 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)生傳送路徑 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) 25 編號為 編號為 0 1 15 的的 16 個處理器用單級互連網(wǎng)絡(luò)互連 當(dāng)互連函數(shù)分別為個處理器用單級互連網(wǎng)絡(luò)互連 當(dāng)互連函數(shù)分別為 1 Cube3 2 PM2 3 3 PM2 0 4 Shuffle 5 Shuffle Shuffle 時 第 時 第 13 號處理器各連至哪號處理器各連至哪 個處理器上個處理器上 1 5 號 2 5 號 3 12 號 4 11 號 7 號 26 簡述簡述 SIMD 系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(biāo)系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(biāo) 1 結(jié)構(gòu)不要過分復(fù)雜 以降低成本 2 互連要靈活 以滿足算法和應(yīng)用的需要 3 處理單元間信息交換所需傳送步數(shù)要盡可能少 以提高速度性能 4 能用規(guī)模單一的基本構(gòu)件組合而成 或者經(jīng)多次通過或者經(jīng)多級連接來實現(xiàn)復(fù)雜的互連 使模塊性號 以便于用 VLSI 實現(xiàn)并滿足系統(tǒng)的可擴充性 27 簡述使用多處理機的目的 簡述使用多處理機的目的 1 用多臺處理器進行多任務(wù)處理 提高協(xié)同求解一個大而復(fù)雜問題的速度 2 依靠冗余的處理機及其重組來提高系統(tǒng)的可靠性 適應(yīng)性和可用性 28 多處理機系統(tǒng)與并行處理機系統(tǒng)的主要差別是什么多處理機系統(tǒng)與并行處理機系統(tǒng)的主要差別是什么 有差別的原因是并行性等級不同 多處理機系統(tǒng)是任務(wù)級并行 并行處理機是操作級并行 具體講 1 結(jié)構(gòu)靈活性不同 2 程序并行性等級不同 軟硬件支持不同 3 并行任務(wù)派生的方式不同 并行處理機能否并行工作由指令決定 多處理機必須有專門指令指明程 序段能否并行執(zhí)行 派生的任務(wù)數(shù)是動態(tài)變化的 4 進程同步 并行處理機工作同步是自然的 而多處理機必須采取同步措施 5 資源分配和任務(wù)調(diào)度