計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí),

1、海量資源，歡迎共閱名詞解釋填空選擇簡(jiǎn)答計(jì)算1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)：2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件 的界面，即機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序設(shè)計(jì)者所能看到的傳統(tǒng)機(jī) 器級(jí)所具有的屬性。3. 在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，對(duì)本來(lái)存在的事物或?qū)傩裕珡哪撤N角度看又 好象不存在的概念稱(chēng)為透明性。4. 對(duì)于通用寄存器型機(jī)器，這些屬性主要是指：（選擇題）1）指令系統(tǒng)（包括機(jī)器指令的操作類(lèi)型和格式、指令間的排序和控制機(jī)構(gòu)等）2）數(shù)據(jù)表示（硬件能直接辯認(rèn)和處理的數(shù)據(jù)類(lèi)型）3）尋址規(guī)則（包括最小尋址單元、尋址方式及其表示）4）寄存器定義（包括各種寄存器的定義、數(shù)量和使用方式） I5）中斷系統(tǒng)（

2、中斷的類(lèi)型和中斷響應(yīng)硬件的功能等）6）機(jī)器工作狀態(tài)的定義和切換（如管態(tài)和目態(tài)等）7）存儲(chǔ)系統(tǒng)（主存容量、程序員可用的最大存儲(chǔ)容量等）8）信息保護(hù)（包括信息保護(hù)方式和硬件對(duì)信息保護(hù)的支持）9）I/O結(jié)構(gòu)（包括I/O連接方式、處理機(jī)/存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備間 數(shù)據(jù)傳送的方式和格式以及I/O操作的狀態(tài)等）5. 計(jì)算機(jī)組成指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包含物理機(jī)器級(jí)中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)。6. 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。7. 數(shù)據(jù)表示是指計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識(shí)別、指令集可以直接調(diào)用的 數(shù)據(jù)類(lèi)型。8. 數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示之間的關(guān)系I-、1 I9. 系列機(jī)指由同一廠商生產(chǎn)的

3、具有相同體系結(jié)構(gòu)、但具有不同組成 和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器。10. 常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi)法有兩種：Flynn分類(lèi)法和馮氏分類(lèi)法。馮氏分類(lèi)法是用系統(tǒng)的最大并行度對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類(lèi)；Flynn分類(lèi)法是指按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性進(jìn)行分類(lèi)。1* L>.11. 定量分析技術(shù)（簡(jiǎn)答題）：1）以經(jīng)常性事件為重點(diǎn)：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要在多種 不同的方法之間進(jìn)行折中，這時(shí)應(yīng)按照對(duì)經(jīng)常發(fā)生的情況采用 優(yōu)化方法的原則進(jìn)行選擇。2）Amdahl定律：加速某部件執(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。3）CPU性能公式：執(zhí)行一個(gè)程序所需的 CPU時(shí)間二執(zhí)

4、行程序所需的時(shí)鐘周期數(shù)*時(shí)鐘周期時(shí)間4）程序的局部性原理：指程序執(zhí)行時(shí)所訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器地址分布不 是隨機(jī)的，而是相對(duì)簇聚的。分為時(shí)間局部性和空間局部性。12. 馮諾依曼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：以運(yùn)算器為中心；在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù) 據(jù)同等對(duì)待；存儲(chǔ)器是按地址訪(fǎng)問(wèn)、按順序線(xiàn)性編址的一維結(jié)構(gòu)， 每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)是固定的；指令是按順序執(zhí)行的；指令由操 作碼和地址碼組成；指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示，采用二進(jìn) 制運(yùn)算。13. 實(shí)現(xiàn)可移植性的常用方法有三種：采用系列機(jī)、模擬與仿真、統(tǒng) 一高級(jí)語(yǔ)言。廣、_ 丿 IjX L_ I14. 系列機(jī)在兼容方面，向后兼容一定要保證，盡量保證向上兼容15. 模擬是指用軟件的方法在一

5、臺(tái)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī) 的指令集。（軟件方法）16. 仿真是指用一臺(tái)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)上的微程序去解釋實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī) 的指令集。（硬件方法）|17. 并行性包括同時(shí)性和并發(fā)性。18. 從執(zhí)行程序的角度來(lái)看，并行性等級(jí)從低到高可分為：（簡(jiǎn)答）1）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：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令3）線(xiàn)程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線(xiàn)程，通常是以一個(gè) 進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線(xiàn)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)，以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單位。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。19. 提高并行性的技術(shù)路徑（

6、12字）：時(shí)間重疊、資源重復(fù)、資源共、廣20. 能夠?qū)o密耦合系統(tǒng)和松散耦合系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分：緊密耦合系統(tǒng)共享主存，松散耦合系統(tǒng)共享外設(shè)21. CISC指令集結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題：1）各種指令的使用頻度相差懸殊2）指令集龐大，指令條數(shù)很多，許多指令的功能又很復(fù)雜，3）許多指令由于操作繁雜，其 CPI值比較大，執(zhí)行速度慢。嚴(yán)、_ jx y iI4）由于指令功能復(fù)雜，規(guī)整性不好，不利于采用流水技術(shù)來(lái)提高 性能。22. 設(shè)計(jì)RISC機(jī)器遵循的原則1）指令條數(shù)少而簡(jiǎn)單。只選取使用頻度很高的指令，在此基礎(chǔ)上 補(bǔ)充一些最有用的指令。X. |2）采用簡(jiǎn)單而又統(tǒng)一的指令格式，并減少尋址方式；指令字長(zhǎng)都 為32位或64位

7、。3）指令的執(zhí)行在單個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。（采用流水線(xiàn)機(jī)制）4）只有l(wèi)oad和store指令才能訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，其他指令的操作都 是在寄存器之間進(jìn)行。（即采用load-store結(jié)構(gòu)）5）大多數(shù)指令都采用硬連邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。6）強(qiáng)調(diào)優(yōu)化編譯器的作用，為高級(jí)語(yǔ)言程序生成優(yōu)化的代碼。7）充分利用流水技術(shù)來(lái)提高性能。23. 指令動(dòng)態(tài)調(diào)度是在程序的執(zhí)行過(guò)程中，依靠專(zhuān)門(mén)硬件對(duì)代碼進(jìn)行 調(diào)度。靜態(tài)調(diào)度的流水線(xiàn)依靠編譯器對(duì)代碼進(jìn)行靜態(tài)調(diào)度，以減少相關(guān) 和沖突。24. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指由軟件進(jìn)行處理和實(shí)現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)類(lèi)型。25. MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式只有立即數(shù)尋址和偏移量尋址。26. 流水技術(shù)是指：將一個(gè)重復(fù)的時(shí)序過(guò)程分解成為

8、若干個(gè)子過(guò)程， 而每個(gè)子過(guò)程都可有效地在其專(zhuān)用功能段上與其他子過(guò)程同時(shí)執(zhí) 行。廣、 _ , 1 |L_ ” I流水線(xiàn)的段數(shù)稱(chēng)為流水線(xiàn)的深度。27. 流水技術(shù)的特點(diǎn)1）流水線(xiàn)把一個(gè)處理過(guò)程分解為若干個(gè)子過(guò)程（段），每個(gè)子過(guò) 程由一個(gè)專(zhuān)門(mén)的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。2）流水線(xiàn)中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等，否則將引起流水線(xiàn)堵塞、X. |斷流。時(shí)間長(zhǎng)的段將成為流水線(xiàn)的瓶頸。3）流水線(xiàn)每一個(gè)功能部件的后面都要有一個(gè)緩沖寄存器（鎖存 器），稱(chēng)為流水寄存器。4）流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只有在輸入端不斷地提 供任務(wù)，才能充分發(fā)揮流水線(xiàn)的效率。5）流水線(xiàn)需要有通過(guò)時(shí)間和排空時(shí)間。28. 流水線(xiàn)分類(lèi)：1）按流水線(xiàn)所完

9、成的功能分：?jiǎn)喂δ芰魉€(xiàn)和多功能流水線(xiàn)2）按照同一時(shí)間段內(nèi)各段之間的連接方式分： 靜態(tài)流水線(xiàn)和動(dòng)態(tài) 流水線(xiàn)3）按照流水的級(jí)別分：部件級(jí)流水線(xiàn)、處理機(jī)級(jí)流水線(xiàn)和處理機(jī) 間流水線(xiàn)4）按照流水線(xiàn)中是否有反饋回路分：線(xiàn)性流水線(xiàn)和非線(xiàn)性流水線(xiàn)5）按照任務(wù)流入和流出的順序分：順序流水線(xiàn)和亂序流水線(xiàn)29. 解決流水線(xiàn)瓶頸問(wèn)題的常用方法：細(xì)分瓶頸段、重復(fù)設(shè)置瓶頸段30. 程序中的相關(guān)有三種類(lèi)型：數(shù)據(jù)相關(guān)、名相關(guān)（反相關(guān)、輸出相關(guān)）、控制相關(guān)流水線(xiàn)中的相關(guān)有：數(shù)據(jù)相關(guān)、結(jié)構(gòu)相關(guān)、控制相關(guān)處理機(jī)找中的相關(guān)：數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)31. 控制相關(guān)帶來(lái)了兩個(gè)限制：1）與一條分支指令控制相關(guān)的指令不能被移到該分支之前，否則

10、這些指令就不受該分支控制X. |2）如果一條指令與某分支指令不存在控制相關(guān)，就不能把該指令 移到該分支之后。32. 流水線(xiàn)沖突三種類(lèi)型：結(jié)構(gòu)沖突、數(shù)據(jù)沖突和控制沖突33. 數(shù)據(jù)沖突：寫(xiě)后讀沖突、寫(xiě)后寫(xiě)沖突、讀后寫(xiě)沖突34. 在Tomasulo算法中，Vj，Vk:源操作數(shù)的值。對(duì)于每一個(gè)操作數(shù)來(lái)說(shuō)，V或Q字段只有一個(gè)有效。35. 基于硬件的前瞻執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行的結(jié)果不是寫(xiě)回到寄存器或存儲(chǔ)器，而是放到ROB緩沖器中。通過(guò)保留站重新命名寄存器36. 多流出處理機(jī)有兩種基本風(fēng)格：超標(biāo)量和超長(zhǎng)指令字37. 循環(huán)展開(kāi)技術(shù)：多次復(fù)制循環(huán)體并相應(yīng)調(diào)整展開(kāi)后的指令和循環(huán) 結(jié)束條件，增加有效操作時(shí)間與控制操作時(shí)間比率

11、，也給編譯器 進(jìn)行指令調(diào)度帶來(lái)了更大的空間。38. 循環(huán)展開(kāi)和指令調(diào)度時(shí)要注意以下幾個(gè)方面（簡(jiǎn)答題）1）保證正確性。注意兩個(gè)地方的正確性：循環(huán)控制，操作數(shù)偏移 量的修改。2）注意有效性。只有找到不同尋呼臺(tái)之間的無(wú)關(guān)性， 才能夠有效 地使用循環(huán)展開(kāi)。3）使用不同的寄存器。如果使用相同，或較少數(shù)量的寄存器，可 能導(dǎo)致新的沖突。4）盡可能減少循環(huán)控制中的測(cè)試指令和分支指令。5）注意對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析6）注意新的相關(guān)性。由于原循環(huán)不同次的迭代在展開(kāi)后都到了同X, |一次循環(huán)體中，因此可能帶來(lái)新的相關(guān)性。39. 從用戶(hù)角度看，存儲(chǔ)器的三個(gè)主要指標(biāo)：容量、速度和價(jià)格。40. 存儲(chǔ)層次的性能參數(shù)。P1

12、551）存儲(chǔ)層次的平均每位價(jià)格C2）命中率H3）平均訪(fǎng)存時(shí)間Ta41. 映像規(guī)則：全相聯(lián)映像、直接相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像42. 可以從三個(gè)方面改進(jìn)Cache的性能：（簡(jiǎn)答題）1）降低失效率：增加塊大小、增加 Cache容量、提供相聯(lián)度、VictimCache 、偽相聯(lián)映像Cache、硬件預(yù)取指令和數(shù)據(jù)、 編譯器控制的預(yù)取、用編譯技術(shù)減少 Cache失效次數(shù)。2）減少失效開(kāi)銷(xiāo)：VictimCache 、硬件預(yù)取指令和數(shù)據(jù)、編譯 器控制的預(yù)取、使讀失效優(yōu)于寫(xiě)、寫(xiě)緩存歸并、盡早重啟動(dòng)和 關(guān)鍵字優(yōu)先、非阻塞 Cache、兩級(jí)Cache3）減少命中時(shí)間：容量小且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Cache、對(duì)Cache 進(jìn)行索引

13、時(shí)不必進(jìn)行地址變換、流水化Cache 訪(fǎng)問(wèn)、 TraceCache43. 按照產(chǎn)生失效的原因不同，可以把失效分為：強(qiáng)制性失效、容量失效和沖突失效44.2： 1的Cache 經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，即大小為N的直接映像Cache 的失效率約等于大小為n/2的2路組相聯(lián)Cache的失效率。45. 請(qǐng)求字優(yōu)先：調(diào)塊時(shí)，從請(qǐng)求字所在的位置讀起。這樣，第一個(gè)X, |讀出的字便是請(qǐng)求字，將之立即發(fā)送給 CPU。46. 有關(guān)虛擬存儲(chǔ)器問(wèn)題：1）映像規(guī)則：全相聯(lián)映像2）查找算法：頁(yè)表、段表、TLB3）替換算法：LRU4）寫(xiě)策略：寫(xiě)回法47. 中斷響應(yīng)次序由硬件決定，不可改變，中斷處理次序通過(guò)中斷屏蔽碼的設(shè)置來(lái)改變。48.

14、反映存儲(chǔ)外設(shè)可靠性性能參數(shù)有：可靠性、可用性和可信性。49. 通道的種類(lèi)：字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。50. 在字節(jié)多路通道中，實(shí)際流量是連接在這個(gè)通道上所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率之和。51. 對(duì)于選擇通道和數(shù)組多路通道，在一段時(shí)間內(nèi)，一個(gè)通道只能為 一臺(tái)設(shè)備傳送數(shù)據(jù)。此時(shí)通道的實(shí)際流量就等于該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳 輸率。因此這兩種通道的實(shí)際流量就是連接在這個(gè)通道上所有設(shè) 備中數(shù)據(jù)流量最大的那一個(gè)。52. 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是一種由開(kāi)關(guān)元件按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成廣、,iX 1|I的網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中結(jié)點(diǎn)之間的互相連接。53. 交換函數(shù)（P254圖7.2）54. 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的主要特性參數(shù)：1）

15、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模：網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。2）結(jié)點(diǎn)度：與結(jié)點(diǎn)相連接的邊數(shù)（通道數(shù)），包括入度和出度。X, |3）距離：對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，從一個(gè)結(jié)點(diǎn)出發(fā)到另一個(gè) 結(jié)點(diǎn)終止所需要跨越的邊數(shù)的最小值。4）網(wǎng)絡(luò)直徑：網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間距離的最大值。5）結(jié)點(diǎn)之間的線(xiàn)長(zhǎng)：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間連線(xiàn)的長(zhǎng)度，用米、千米等表 示。6）等分寬度：當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)被切成相等的兩半時(shí)，沿切口的邊數(shù)（通 道數(shù)）的最小值稱(chēng)為通道等分寬度，用 b表示。7）對(duì)稱(chēng)性：從任何結(jié)點(diǎn)看到的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是相同的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)。55. 線(xiàn)性陣列1）端結(jié)點(diǎn)的度：12）其余結(jié)點(diǎn)的度：23）直徑：N 14）等分寬度b=156. 環(huán)和帶弦環(huán)1）對(duì)稱(chēng)2）結(jié)點(diǎn)的度：

16、23）雙向環(huán)的直徑：N/24）單向環(huán)的直徑：N57. 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)有：線(xiàn)性陣列、環(huán)、度為3的帶弦環(huán)、度為4的帶弦環(huán)。循環(huán)移數(shù)網(wǎng)絡(luò)和全網(wǎng)絡(luò)58. 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)有：總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)等X. |59. 分布式處理機(jī)分為：分布式共享存儲(chǔ)器和對(duì)稱(chēng)式共享存儲(chǔ)器60. 共享存儲(chǔ)器通信主要優(yōu)點(diǎn)（簡(jiǎn)答題）1）與常用的對(duì)稱(chēng)式多處理機(jī)使用的通信機(jī)制兼容。2）易于編程，同時(shí)在簡(jiǎn)化編譯器設(shè)計(jì)方面也占有優(yōu)勢(shì)。3）當(dāng)通信數(shù)據(jù)量較小時(shí)，通信開(kāi)銷(xiāo)較低，帶寬利用較好。4）通過(guò)硬件控制的Cache減少了遠(yuǎn)程通信的頻度，減少了通信 延遲以及對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)沖突。5）消息傳遞通信機(jī)制的主要優(yōu)點(diǎn)：硬件較簡(jiǎn)單；通信是顯式的，因此

17、更容易搞清楚何時(shí)發(fā)生通信以及通信開(kāi)銷(xiāo)是多少，以便編 程者和編譯程序設(shè)法減少通信開(kāi)銷(xiāo)。1. 透明性：在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，對(duì)本來(lái)存在的事物或?qū)傩?，但從某種角度看又好象不存在的概念稱(chēng)為透明性。2. 系列機(jī)在一個(gè)廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的體系結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器。3. CPU性能公式：CPU時(shí)間二執(zhí)行程序所需的時(shí)鐘周期數(shù)X時(shí)鐘周期時(shí)間 =ic x CPI x時(shí)鐘周期時(shí)間其中，時(shí)鐘周期時(shí)間是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的倒數(shù)。每條指令執(zhí)行的平均時(shí)鐘周期數(shù) CPICPI=執(zhí)行程序所需的時(shí)鐘周期數(shù)/ ICIC :所執(zhí)行的指令條數(shù)X, |4. 程序的局部性原理（構(gòu)成存儲(chǔ)層次的理論依據(jù)）包括程序的時(shí)間局部性

18、，程序的空間局部性5. 馮諾依曼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)以運(yùn)算器為中心。在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)同等對(duì)待。存儲(chǔ)器是按地址訪(fǎng)問(wèn)、按順序線(xiàn)性編址的一維結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元的位數(shù)是固定的。指令的執(zhí)行是順序的 指令由操作碼和地址碼組成。指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示，采用二進(jìn)制運(yùn)算。6. 實(shí)現(xiàn)可移植性的常用方法采用系列機(jī)，模擬與仿真，統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言。7. 軟件兼容方式：向前（后）兼容，向上（下）兼容四種。向后兼容一定要保證，他是系列機(jī)的根本特征（填空）8模擬：用軟件的方法在一臺(tái)現(xiàn)有的機(jī)器（稱(chēng)為宿主機(jī)）上實(shí)現(xiàn)另 一臺(tái)機(jī)器（稱(chēng)為虛擬機(jī)）的指令集。廣-、 ,1 1 |I9. 仿真：用一臺(tái)現(xiàn)有機(jī)器（宿主機(jī)）上的微程序去解釋實(shí)現(xiàn)另一

19、臺(tái) 機(jī)器（目標(biāo)機(jī)）的指令集。10. 并行性：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻或者同一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行多種運(yùn) 算或操作。同時(shí)性和并發(fā)性（填空）X. |11. 從執(zhí)行程序的角度來(lái)看，并行性等級(jí)從低到高可分為：指令內(nèi)部并行指令級(jí)并行線(xiàn)程級(jí)并行任務(wù)級(jí)或過(guò)程級(jí)并行作業(yè)或程序級(jí)并行12. 耦合度分為：（了解區(qū)別）緊密耦合系統(tǒng)（直接耦合系統(tǒng)）：在這種系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)之間的 物理連接的頻帶較高，一般是通過(guò)總線(xiàn)或高速開(kāi)關(guān)互連，可以共享主 存。松散耦合系統(tǒng)（間接耦合系統(tǒng)）：一般是通過(guò)通道或通信線(xiàn)路實(shí) 現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的互連，可以共享外存設(shè)備（磁盤(pán)、磁帶等）。機(jī)器之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級(jí)上進(jìn)行的。13. 數(shù)據(jù)表示：計(jì)算機(jī)硬件

20、能夠直接識(shí)別、指令集可以直接調(diào)用的數(shù)據(jù)類(lèi)型。14. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：由軟件進(jìn)行處理和實(shí)現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)類(lèi)型。15. MIPS的寄存器：32個(gè)64位通用寄存器（GPRs）也被稱(chēng)為整數(shù)寄存器，R0 的值永遠(yuǎn)是032個(gè)64位浮點(diǎn)數(shù)寄存器（FPRS16. MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式X. |立即數(shù)尋址與偏移量尋址17. DLX的數(shù)據(jù)尋址方式寄存器尋址，寄存器間接尋址，立即數(shù)尋址與偏移量尋址18. 流水線(xiàn)技術(shù)把一個(gè)重復(fù)的過(guò)程分解為若干個(gè)子過(guò)程，每個(gè)子過(guò)程由專(zhuān) 門(mén)的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。把多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，依次通過(guò)各功能段，這樣， 每個(gè)子過(guò)程就可以與其他的子過(guò)程并行進(jìn)行。19. 流水技術(shù)的特點(diǎn)流水線(xiàn)把一個(gè)處理過(guò)程分解為

21、若干個(gè)子過(guò)程（段），每個(gè) 子過(guò)程由一個(gè)專(zhuān)門(mén)的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。流水線(xiàn)中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等，否則將引起流水線(xiàn)堵 塞、斷流。時(shí)間長(zhǎng)的段將成為流水線(xiàn)的瓶頸。流水線(xiàn)每一個(gè)功能部件的后面都要有一個(gè)緩沖寄存器（鎖 存器），稱(chēng)為流水寄存器。'I流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只有在輸入端不斷廣、_ ,i y |一/1. I地提供任務(wù)，才能充分發(fā)揮流水線(xiàn)的效率。流水線(xiàn)需要有通過(guò)時(shí)間和排空時(shí)間。20. 從不同的角度和觀點(diǎn)，把流水線(xiàn)分成多種不同的種類(lèi)。單功能流水線(xiàn)：只能完成一種固定功能的流水線(xiàn)。多功能流水線(xiàn)：流水線(xiàn)的各段可以進(jìn)行不同的連接，以實(shí)X. |現(xiàn)不同的功能21. 按照同一時(shí)間內(nèi)各段之間的連接方

22、式對(duì)多功能流水線(xiàn)做進(jìn)一步的 分類(lèi)靜態(tài)流水線(xiàn)：在同一時(shí)間內(nèi)，多功能流水線(xiàn)中的各段只能 按同一種功能的連接方式工作動(dòng)態(tài)流水線(xiàn)：在同一時(shí)間內(nèi)，多功能流水線(xiàn)中的各段可以 按照不同的方式連接，同時(shí)執(zhí)行多種功能。22. 按照流水的級(jí)別來(lái)進(jìn)行分類(lèi) 部件級(jí)流水線(xiàn)（運(yùn)算操作流水線(xiàn)）：把處理機(jī)的算術(shù)邏輯 運(yùn)算部件處理機(jī)級(jí)流水線(xiàn)（指令流水線(xiàn)）：把指令的解釋執(zhí)行過(guò)程 按照流水方式處理。處理機(jī)間流水線(xiàn)（宏流水線(xiàn)）：它是由兩個(gè)或者兩個(gè)以上 的處理機(jī)串行連接起來(lái)，對(duì)同一數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，每個(gè)處 理機(jī)完成整個(gè)任務(wù)中的一部分。23. 按照流水線(xiàn)中是否有反饋回路來(lái)進(jìn)行分類(lèi)線(xiàn)性流水線(xiàn)：流水線(xiàn)的各段串行連接，沒(méi)有反饋回路。嚴(yán)'

23、 _ fX 1 iI非線(xiàn)性流水線(xiàn)：流水線(xiàn)中除了有串行的連接外，還有反饋 回路。24. 根據(jù)任務(wù)流入和流出的順序是否相同來(lái)進(jìn)行分類(lèi)順序流水線(xiàn)：流水線(xiàn)輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入 的順序完全相同。X. |亂序流水線(xiàn)：流水線(xiàn)輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入 的順序可以不同，允許后進(jìn)入流水線(xiàn)的任務(wù)先完成（從輸出端 流出）。25. 流水線(xiàn)的性能指標(biāo)p61吞吐率：在單位時(shí)間內(nèi)流水線(xiàn)所完成的任務(wù)數(shù)量或輸出結(jié)果的 數(shù)量。26. 解決流水線(xiàn)瓶頸問(wèn)題的常用方法細(xì)分瓶頸段重復(fù)設(shè)置瓶頸段27. 相關(guān)有3種類(lèi)型（填空）數(shù)據(jù)相關(guān)（也稱(chēng)真數(shù)據(jù)相關(guān)）名相關(guān)（有讀后寫(xiě)，寫(xiě)后寫(xiě)兩種相關(guān)）控制相關(guān)28. 流水線(xiàn)沖突有3

24、種類(lèi)型：（填空）結(jié)構(gòu)沖突，數(shù)據(jù)沖突，控制沖突29. 3.12有一指令流水線(xiàn)如下所示（1）求連續(xù)輸入10條指令，該流水線(xiàn)的實(shí)際吞吐率和效率；（2）該流水線(xiàn)的“瓶頸”在哪一段？請(qǐng)采取兩種不同的措施消 除此“瓶頸”。對(duì)于你所給出的兩種新的流水線(xiàn)，連續(xù)輸入2 , 1> ?123 13 24 1 丨4_4 150ns50ns50ns50ns50ns50ns10條指令時(shí)，其實(shí)際吞吐率和效率各是多少?解：（1）（2）瓶頸在3、4段。變成八級(jí)流水線(xiàn)（細(xì)分）I ImT pipeli ne 二' 巾（n _1） ：t maxi =1=50 89 50二 850（ ns）重復(fù)設(shè)置30. 靜態(tài)調(diào)度技術(shù)依

25、靠編譯器對(duì)代碼進(jìn)行靜態(tài)調(diào)度，以減少相關(guān)和沖突它不是在程序執(zhí)行的過(guò)程中、而是在編譯期間進(jìn)行代碼調(diào)度和優(yōu)化。靜態(tài)調(diào)度通過(guò)把相關(guān)的指令拉開(kāi)距離來(lái)減少可能產(chǎn)生的停頓。31. 動(dòng)態(tài)調(diào)度方法在流水線(xiàn)中出現(xiàn)相關(guān)時(shí)，通過(guò)硬件重新安排指令的執(zhí)行順序， 來(lái)調(diào)整相關(guān)指令實(shí)際執(zhí)行時(shí)的關(guān)系，減少處理器空轉(zhuǎn)。32. 記分牌算法和Tomasulo算法是兩種比較典型的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法。33. 動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)技術(shù)：是根據(jù)本條指令之前的行為判斷本次行為34. 前瞻執(zhí)行(speculation )的基本思想：嚴(yán)、_ J II對(duì)分支指令的結(jié)果進(jìn)行猜測(cè)，并假設(shè)這個(gè)猜測(cè)總是對(duì)的，然后按這個(gè) 猜測(cè)結(jié)果繼續(xù)取、流出和執(zhí)行后續(xù)的指令。只是執(zhí)行指令的

26、結(jié)果不是 寫(xiě)回到寄存器或存儲(chǔ)器，而是放到一個(gè)稱(chēng)為ROB( ReOrderBuffer )的緩沖器中。等到相應(yīng)的指令得到“確認(rèn)” (commit)(即確實(shí)是 應(yīng)該執(zhí)行的)之后，才將結(jié)果寫(xiě)入寄存器或存儲(chǔ)器。通過(guò)保留棧。關(guān)X. |鍵思想：允許指令亂序執(zhí)行，但必須順序確認(rèn)35. 多指令流出技術(shù)基本風(fēng)格：超標(biāo)量；超長(zhǎng)指令字；超流水處理機(jī)36. 循環(huán)展開(kāi)和指令調(diào)度時(shí)要注意以下幾個(gè)方面保證正確性。注意有效性。使用不同的寄存器。刪除多余的測(cè)試指令和分支指令，并對(duì)循環(huán)結(jié)束代碼和新的循環(huán)體代碼進(jìn)行相應(yīng)的修正注意對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析注意新的相關(guān)性37. 存儲(chǔ)層次的性能參數(shù)P1551. 每位價(jià)格C2. 命中率H和

27、失效率F3. 平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間Ta38. 映像規(guī)則：直接映象：主存中的每一塊只能被放置到 Cache中唯一的一嚴(yán)、,1 1 II個(gè)位置。（空間利用率最低，沖突概率最高，實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單）全相聯(lián)：主存中的任一塊可以被放置到 Cache中的任意一個(gè)位置。（空間利用率最高，沖突概率最低，實(shí)現(xiàn)最復(fù)雜，命中時(shí)間最長(zhǎng)）是組相連的特例，所以的都是一組組相聯(lián)：主存中的每一塊可以被放置到 Cache中唯一的一個(gè)X, |組中的任何一個(gè)位置。組相聯(lián)是直接映象和全相聯(lián)的一種折中39. 替換算法P16340. 改進(jìn)Cache 的性能平均訪(fǎng)存時(shí)間=命中時(shí)間+失效率x失效開(kāi)銷(xiāo)41. 可以從三個(gè)方面改進(jìn)Cache的性能：（與p201結(jié)合）降低失效率減少失效開(kāi)銷(xiāo) 減少Cache命中時(shí)間42. 子塊放置技術(shù)：把cache 塊進(jìn)一步劃分為更小的塊(子塊)，并給每個(gè)子塊 賦予一位有效位，用于指明該子塊中的數(shù)據(jù)是否有效。43. 請(qǐng)求字從下一級(jí)存儲(chǔ)器調(diào)入Cache的塊中，只有一個(gè)字是立即需要的。這 個(gè)字稱(chēng)為請(qǐng)求字。44. 請(qǐng)求字優(yōu)先：調(diào)塊時(shí)，從請(qǐng)求字所在的位置讀起。這樣，第一個(gè)讀出的字便 是請(qǐng)求字。將之立即發(fā)送給 CPU。45. 映象規(guī)則：全相聯(lián)(填空)替換算法：LRU寫(xiě)策略：寫(xiě)回法46. 反映外設(shè)可靠性能的參數(shù)有：1. 可靠性(Reliability)X, |