計算機體系結(jié)構(gòu)各章簡答題及答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 計算機體系結(jié)構(gòu)的基本概念 1. 什么是計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)？ 從計算機語言的角度，把計算機系統(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，即一種功能可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬件實現(xiàn)。在實現(xiàn)性能上是不等效的。軟件實現(xiàn)的優(yōu)點是設計容易、改進簡單；硬件實現(xiàn)的優(yōu)點是速度快。3. 經(jīng)典計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是什么？  計算機系統(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？

2、 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，依此重復進行。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器來說，機器語言程序設計者所看到的計算機的屬性主要有哪些？ (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) 機器工作

3、狀態(tài)的定義和切換(7) 存儲系統(tǒng)(8) 信息保護(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？ 同一個軟件可以不加修改地運行于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的各檔機器上，而且它們所獲得的結(jié)果一樣，差別只在于運行時間的不同。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？它的出現(xiàn)較好地解決了什么矛盾？ 系列機是指在一個廠家內(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. 對計算機發(fā)展非常關(guān)鍵的實現(xiàn)

4、技術(shù)有哪些？ （1） 邏輯電路；（2） 半導體DRAM(動態(tài)隨機訪問存儲器) ；（3） 磁盤；（4） 網(wǎng)絡。9. 實現(xiàn)軟件移植的主要途徑有哪些？ (1) 采用系列機方法(2) 采用模擬與仿真方法(3) 采用統(tǒng)一的高級語言10. 試以系列機為例，說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成和計算機實現(xiàn)三者之間的關(guān)系。 計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)；計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以有多種組成；一種組成可以有多種實現(xiàn)。同一系列機中各種型號的機器具有相同的系統(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. 存儲程序計算機在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的主要特

5、點是什么？ （1）機器以運算器為中心。（2）采用存儲程序原理。程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲器中，并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)以二進制編碼表示，采用二進制運算。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)的設計主要從哪兩方面著手？ 新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計主要從以下兩方面著手：一方面是合理地增加計算機系統(tǒng)中硬件的功能比例，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對操作系統(tǒng)、高級語言甚至應用軟件提供更多更好的支持；另一方面則是通過多種途徑提高計算機系統(tǒng)

6、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，在很多應用領(lǐng)域取代了匯編語言。14. 計算機系統(tǒng)設計人員的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自哪幾個方面？ 計算機系統(tǒng)設計人員的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設計工具、制造工藝、軟件、應用和經(jīng)濟等多個方面。15. 一種計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的生命周期是怎樣的？ 計算機的生命周期和系統(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，往往以硬件為標志，它的發(fā)展

7、和成熟，是以配套的系統(tǒng)軟件和應用為標志的。一個計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從產(chǎn)生到消亡，大致需要15 20年的時間。16. 商品的標價（價格）由哪些因素構(gòu)成？ 商品標價的構(gòu)成因素：原料成本、直接成本、毛利和折扣。17. 對計算機系統(tǒng)成本產(chǎn)生影響的主要因素有哪些？ 對計算機系統(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. 目前常用的測試程序分為

8、哪五類？ （1）實際應用程序；（2）修正的（或者腳本化）應用程序；（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？在評價計算機系統(tǒng)設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。在評價計算機系統(tǒng)設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SPEC2000等。21. SPEC2000測試程序組件中包括哪幾個測試程序組件？ SPEC CPU2000：測試CPU；SPECviewperf

9、：用于測試圖形系統(tǒng)支持OpenGL庫的性能；SPECapc：測試圖形密集型應用的性能；SPECSFS：基于NFS文件系統(tǒng)的文件服務器測試程序；SPECWeb：Web服務器測試程序。22. 測試基于Microsoft公司的Windows系列操作系統(tǒng)平臺的最常用測試組件有哪些？ 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。Business Winstone 2004主要用于測試計算機系統(tǒng)商業(yè)應用的綜合性能。Multimedia Content Creation Winstone 2004主要用于測試計算機系統(tǒng)多媒體應用的綜合性能。SiSoft Sand

10、ra Pro 2004是一套功能強大的系統(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設備、主板等。23. 常用的專門的性能指標測試程序有哪些？ 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，可使計算機高負荷運轉(zhuǎn)，所以也用來測試計算機的穩(wěn)定性。SuperPi/SuperE是計算圓周率/自然指數(shù)e的軟件，通常用來測試CPU的穩(wěn)定性。24. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計和分析中最經(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

11、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）可改進比例：可改進部分在原系統(tǒng)計算時間中所占的比例。（2）部件加速比：可改進部分改進以后的性能提高。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）

12、指令級并行：并行執(zhí)行兩條或多條指令。（3）任務級或過程級并行：并行執(zhí)行兩個或多個過程或任務(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可以分為哪幾級？ 從處理數(shù)據(jù)的角度，并行性等級從低到高可以分為：（1）字串位串：同時只對一個字的一位進行處理。（2）字串位并：同時對一個字的全部位進行處理。（3）字并位串：同時對許多字的同一位（稱位片）進行處理。（4）全并行：同時對許多字的全部或部分位進行處理。28. 計算機系統(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

13、設備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。（2）資源重復：通過重復設置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計算機系統(tǒng)的性能。（3）資源共享：是一種軟件方法，它使多個任務按一定時間順序輪流使用同一套硬件設備。29. 多機系統(tǒng)的耦合度可以分為哪幾類？ （1）最低耦合：除通過某種中間存儲介質(zhì)之外，各計算機之間沒有物理連接，也無共享的聯(lián)機硬件資源。 （2）松散耦合：通過通道或通信線路實現(xiàn)計算機間互連，共享某些外圍設備，機間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級進行。 （3）緊密耦合：機間物理連接的頻帶較高，往往通過總線或高速開關(guān)實現(xiàn)互連，可以共享主存。30. 單機系統(tǒng)和多機系統(tǒng)中，都是按哪三種技術(shù)途徑分

14、別發(fā)展為哪三類多處理機？ 單機系統(tǒng)和多機系統(tǒng)中，都是按時間重疊、資源重復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、異構(gòu)型多處理機、分布處理系統(tǒng)。31. 三種類型的多處理機（同構(gòu)型多處理機、異構(gòu)型多處理機、分布處理系統(tǒng)）的主要區(qū)別是什么？ 主要區(qū)別：第二章 計算機指令集結(jié)構(gòu)設計 1. 通常可按哪五個因素對計算機指令集結(jié)構(gòu)進行分類？ (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. 在對計算機指令集結(jié)構(gòu)進行分類的五個因素中，哪一種是各種指令集

15、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？ 5. 現(xiàn)代大多數(shù)機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)部其他存儲單元一樣，要比存儲器快；其次是對編譯器而言，可以更加容易、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)可細分為哪三類？ 寄存器寄存器型寄存器存儲

16、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？ 8. 從當前的計算機技術(shù)觀點來看，CISC結(jié)構(gòu)有什么缺點？ （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)的復雜性帶來了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復雜性，這不僅增加了研制時間和成本，而且還容易造成設計錯誤。（3）CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復雜性給VLSI設計增加了很大負擔，不利于單片集成。（4）CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，許多復雜指令需要很復雜的操作，因而運行速度慢。（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，不利于采用先進的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)來提高系統(tǒng)的性能。9. 增強CISC機器

17、的指令功能主要從哪幾方面著手？ (1) 面向目標程序增強指令功能；(2) 面向高級語言和編譯程序改進指令系統(tǒng)；(3) 面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實現(xiàn)改進指令系統(tǒng)。10. RISC的設計原則是什么？ （1）選取使用頻率最高的指令，并補充一些最有用的指令；（2）每條指令的功能應盡可能簡單，并在一個機器周期內(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行； （5）以簡單有效的方式支持高級語言。11. RISC和CISC處理機的指令系統(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 CISC RISC 指令格

18、式 變長編碼 定長編碼 尋址方式 各種都有 只有 load/store 指令可以訪存 CPI 遠遠大于 1 為 1 12. 計算機指令集結(jié)構(gòu)設計所涉及的內(nèi)容有哪些？ (1) 指令集功能設計：主要有RISC和CISC兩種技術(shù)發(fā)展方向 (2) 尋址方式的設計 (3) 操作數(shù)表示和操作數(shù)類型(4) 尋址方式的表示：可以將尋址方式編碼于操作碼中，也可以將尋址方式作為一個單獨的域來表示。 (5) 指令集格式的設計：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)可以附上由硬件解釋的標

19、記，由這些標記指定操作數(shù)的類型，從而選擇適當?shù)倪\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用的方法：（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)合不僅增加了指令的條數(shù)，導致了指令的多樣性，而且增加了CPU對指令譯碼的難度。（2）為每個操作數(shù)設置一個地址描述符，由該地址描述符表示相應操作數(shù)的尋址方式。這種方式譯碼較慢，但操作碼和尋址獨立，易于指令擴展。15. 指令集格式設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立程度來決

20、定。如果某些指令集結(jié)構(gòu)的指令有15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，通常采用增設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13個操作數(shù)，而且只有有限幾種尋址方式。通常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？ 在指令集結(jié)構(gòu)中采用多種尋址方式可以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？ (1) 有效地縮短指令中表示目標地址的字段的長度； (2) 使得代碼在執(zhí)行時

21、與它被載入的位置無關(guān)。18. 在指令集格式的設計時，通?？蛇x擇哪幾種指令格式？   (1) 變長編碼格式。這種編碼方式可以有效減少程序的目標代碼大小。(2) 固定長度編碼格式。這種編碼方式可以降低譯碼的復雜度，提高譯碼的性能。 (3) 混合型編碼格式。兼顧降低目標代碼長度和降低譯碼復雜度。19. DLX中有哪些寄存器？ （1）32個通用寄存器；（2）32個浮點寄存器；（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）浮點數(shù)據(jù)：32位單精度浮點數(shù)和64位雙精度浮點數(shù)。21. DLX采用哪幾種尋址方

22、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？ （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盡量相等；（4）流水線需要有“通過時間”，在此之后流水過程才進入穩(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)適合于大量重復的時序過程，只有在輸入端能連續(xù)地提供任務，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：流水線的各段可以

23、進行不同的連接，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)，當某些段正在實現(xiàn)某種運算時，另一些段卻在實現(xiàn)另一種運算。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（運算操作流水線）：把處理機的算術(shù)邏輯部件分段，以便為各種數(shù)據(jù)類型進行流水操作。（2）處理機級流水線（指令流水線）：把解釋指令的過程按照流水方式處理。（3）處理機間流水線（宏流水線）：由兩個以上的處理機串行地對同一數(shù)據(jù)流進行處理，每

24、個處理機完成一項任務。5. 按照數(shù)據(jù)表示來分，流水線可分為哪兩類？ （1）標量流水處理機：處理機不具有向量數(shù)據(jù)表示，僅對標量數(shù)據(jù)進行流水處理。（2）向量流水處理機：處理機具有向量數(shù)據(jù)表示，并通過向量指令對向量的各元素進行處理。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）、

25、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) 細分瓶頸段；(2) 重復設置瓶頸段。10. 評價流水線的性能指標是什么？ (1) 吞吐率：指在單位時間內(nèi)流水線所完成的任務數(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)：當一條指

26、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；（3）暫停流水線。13. 為什么流水線設計者有時會允許結(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，就可以避免暫停。當定向硬件檢測到前面某條指令的結(jié)果寄存器

27、就是當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)生的地方定向到當前指令所需的位置。15. DLX流水線中所有數(shù)據(jù)相關(guān)都可以通過定向技術(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)。LW R1 ， 0（R2）SUB R4 ， R1 ，R5AND R6 ， 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，其他指令并不真

28、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他指令需要它的地方，就可以避免暫停。（2）暫停技術(shù)：設置一個“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，將計算分支目標地址的操作移到ID段

29、完成。(2) 預測分支失敗的方法(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) 預測分支失敗的方法； (3) 預測分支成功的方法；(4) 延遲分支方法。21. 預測分支失敗方法的主要思想是什么？ 當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。當流水線確定分支轉(zhuǎn)移成功與否以及分支的目標地址之后，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，并在分支的目標地址處重新取出有效的指令；如果分支轉(zhuǎn)移失敗，那么可以將分支指令看作是一條普通指令，流水線正常流動，無需將

30、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用方法的特點和局限性是什么？ 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：不適合對向量進行流水處理。 (

31、2) 垂直處理方式：適合對向量進行流水處理，向量運算指令的源/目向量都放在存儲器內(nèi)，使得流水線運算部件的輸入、輸出端直接與存儲器相聯(lián)，構(gòu)成M-M型的運算流水線。 (3) 分組處理方式：適合流水處理?？稍O長度為n的向量寄存器，使每組向量運算的源/目向量都在向量寄存器中，流水線的運算部件輸入、輸出端與向量寄存器相聯(lián)，構(gòu)成R-R型運算流水線。26什么是向量鏈接技術(shù)？ 當兩條向量指令出現(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，進行流水處理。27. 衡量向量處理機性能的主要參數(shù)有哪些？ (1) 向量指令的處理時間(

32、2) 峰值性能：向量長度為無窮大時，向量處理機的最高性能。(3) 半性能向量長度：向量處理機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)于標量串行方式處理速度時所需的最小向量長度。第五章 存儲層次  1. 單級存儲器的主要矛盾是什么？通常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

33、次的主要區(qū)別是什么？ 4. 在存儲層次中應解決哪四個問題？ （1）映象規(guī)則：當把一個塊調(diào)入高一層存儲器時，可以放到哪些位置上? （2）查找算法：當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：當發(fā)生失效時，應替換哪一塊? （4）寫策略：當進行寫訪問時，應進行哪些操作？ 5. 地址映象方法有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點？ （1）全相聯(lián)映象。實現(xiàn)查找的機制復雜，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

34、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。由此是否可以得出結(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？ （1）隨機法。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，所以其失效率比LRU的高。（2）先進先出法。容易實現(xiàn)。它雖然利用了同一組中各

35、塊進入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。但是LRU比較復雜，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？ (1) 寫直達法。 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Cache，不到達主存，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”標志。即為Cache中的每一塊設置一個“污染位”（設在與該塊相應的目錄表項中

36、），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塊的內(nèi)容與Cache中的一致。11. 當發(fā)生Cache寫失效時，是否調(diào)入相應的塊，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，可以把失效分為哪三類？ 強制性失效、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？ 相聯(lián)度

37、越高，沖突失效就越少； 強制性失效和容量失效不受相聯(lián)度的影響； 強制性失效不受Cache容量的影響，但容量失效卻隨著容量的增加而減少； 2:1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

38、，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)組中的對應塊。如果這一塊的標識匹配，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、Victim Cache、偽相聯(lián)Cache、硬件預取技術(shù)、由編譯器控制的預取、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

39、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，進行標識匹配比較，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？ 盡早重啟動： 在請求字沒有到達時，CPU處于等待狀態(tài)。一旦請求字到達，就立即發(fā)送給CPU，讓等待的CPU盡早重啟動，繼續(xù)執(zhí)行 請求

40、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，就立刻送往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？ 通過在原有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，使它能捕獲更多本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）可以有效地提高Cache的訪問速度。因為硬件越簡單，速度就越快。小容量Cache可以

41、實現(xiàn)快速標識檢測，對減少命中時間有益。（2）Cache足夠小，可以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)點是可以讓標識檢測和數(shù)據(jù)傳送重疊進行，這樣可以有效地減少命中時間。23. “虛擬索引物理標識” 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，但標識卻是物理地址。CPU發(fā)出訪存請求后，在進行虛實地址變換的同時，可并行進行標識的讀取。在完成地址變換之后，再把得到的物理地址與標識進行比較。第六章 輸入/輸出系統(tǒng) 1

42、. 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設備可以和計算機系統(tǒng)相連接）；(2) I/O系統(tǒng)容量（I/O系統(tǒng)可以容納的I/O設備數(shù)）；(3) 響應時間；(3) 吞吐量。2. 外部存儲設備有哪些相似之處？ （1）記錄原理類似；（2）作為計算機部件，均包括磁、光、電等記錄機構(gòu)、精密機械和馬達等驅(qū)動機構(gòu)；（3）作為存儲設備，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)機時，磁盤作為操作系

43、統(tǒng)和所有應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：磁盤可以記錄的信息量。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. 將多臺光盤機組合在一起有哪三種結(jié)構(gòu)？ 光盤塔（CD-ROM Tower）、光盤庫（Jukebox）和光盤陣列（CD-ROM Array）6. 自動磁帶庫有什么優(yōu)缺點？ 優(yōu)點：自動換帶，加載速度快，單位數(shù)據(jù)的價格低。并且，可以通過加大規(guī)模，以達到進一步降低成本的目的。缺點：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

44、故障：設備失效產(chǎn)生的故障；（2）設計故障：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、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，并且以后不會出現(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)開始一直提供服務的能力?？捎眯裕合到y(tǒng)正常工作時間在連續(xù)兩次正常服務間隔時間中所占的比率?？尚判裕悍盏馁|(zhì)量，即在多大程度上可以合理地認為服務是可靠的。10. 故障、錯誤和

45、失效之間存在著什么樣的關(guān)系？ （1）一個故障可能會導致一個或者多個錯誤；（2）錯誤通常具有以下特性：·錯誤具有兩種狀態(tài)：潛在狀態(tài)和有效狀態(tài)，并且會相互轉(zhuǎn)換；·潛在的錯誤可能通過激活而有效；·有效錯誤的影響可以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

46、。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備服務？ （1）字節(jié)多路通道。一種簡單的共享通

47、道，主要為多臺低速或中速的外圍設備服務。（2）數(shù)組多路通道。適于為高速設備服務。（3）選擇通道。為多臺高速外圍設備服務。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，對通道指令進行譯碼，并根據(jù)需要向被選中的設備控制器發(fā)出各種操作命令。 (3) 給出外圍設備的有關(guān)地址，即進行讀寫操作的數(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備上輸入的數(shù)據(jù)，或者暫時存放將要輸出到外圍設備中去的數(shù)據(jù)。(5) 控制外圍設備與主存緩沖區(qū)之間數(shù)據(jù)交換的

48、個數(shù)，對交換的數(shù)據(jù)個數(shù)進行計數(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)束時要進行的操作。 (7) 檢查外圍設備的工作狀態(tài)是正?；蚬收?。根據(jù)需要將設備的狀態(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入管理程序，由CPU通過管理程序組織一個通道程序，并啟動通道。 (2) 通道處理機執(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響應這個中斷請求后，第二次進入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)/O中斷請求進行處理。第七章 多處理機&

49、#160;1. Flynn分類法是根據(jù)什么對計算機進行分類的？將計算機分成哪幾類？ Flynn分類法，根據(jù)計算機中指令和數(shù)據(jù)的并行狀況把計算機分成： （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)多處理機系統(tǒng)中處理器個數(shù)的多少，可把現(xiàn)有的MIMD機器分為哪兩類？ 根據(jù)多處理機系統(tǒng)中處理器個數(shù)的多少，把現(xiàn)有的MIMD機器分為：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)的機器中，將存儲器分布到各結(jié)點有什么好處？ 將

50、存儲器分布到各結(jié)點有兩個好處：第一，如果大多數(shù)的訪問是針對本結(jié)點的局部存儲器，則可降低對存儲器和互連網(wǎng)絡的帶寬要求；第二，對局部存儲器的訪問延遲低。分布式存儲器結(jié)構(gòu)最主要的缺點是處理器之間的通信較為復雜，且各處理器之間訪問延遲較大。4. 在分布式存儲器結(jié)構(gòu)的機器中，目前有哪兩種存儲器地址空間的組織方案？ (1) 第一種方案：物理上分離的多個存儲器作為一個邏輯上共享的存儲空間進行編址。(2) 第二種方案：整個地址空間由多個獨立的地址空間構(gòu)成，它們在邏輯上也是獨立的，遠程的處理器不能對其直接尋址。5. 在分布式存儲器結(jié)構(gòu)的機器中，對應于兩種地址空間的組織方案，分別有哪兩種通信機制？它們是怎么實現(xiàn)的

51、？ (1)共享地址空間的機器：可利用oad和tore指令中的地址隱含地進行數(shù)據(jù)通信，因而可稱為共享存儲器機器。(2) 多個地址空間的機器：根據(jù)簡單的網(wǎng)絡協(xié)議，通過傳遞消息來請求某些服務或傳輸數(shù)據(jù)，從而完成通信。因而這種機器常稱為消息傳遞機器。6. 用哪三個關(guān)鍵的性能指標來衡量通信機制的性能？ 通信帶寬：理想狀態(tài)下的通信帶寬受限于處理器、存儲器和互連網(wǎng)絡的帶寬。通信延遲：通信延遲發(fā)送開銷跨越時間傳輸延遲接收開銷通訊延遲的隱藏：如何才能較好地將通信和計算或多次通信之間重疊起來。 7. 共享存儲器通信機制主要有哪些優(yōu)點？ (1) 與常用的集中式多處理機使用的通信機制兼容。 (2) 當處理器通信方式復雜或程序執(zhí)行動態(tài)變化時，易于編程；同時在簡化編譯器設計方面占有優(yōu)勢。 (3) 當通信數(shù)據(jù)較小時，通信開銷較低，帶寬利用較好。(4) 通過硬件控制的Cache減少了遠程通信的頻度，減少了通信延遲以及對共享數(shù)據(jù)的訪問沖突。8. 消息傳