自考計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

1、簡(jiǎn)答題(本大題共5小題，每小題6分，共30分)什么是虛擬存儲(chǔ)器？它有什么特點(diǎn)和作用？答：虛擬存儲(chǔ)器是以主存與輔存為根據(jù)建立起來(lái)的一種存儲(chǔ)體系，它使得程序能 夠像訪問(wèn)主存儲(chǔ)器一樣訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。虛擬存儲(chǔ)器的地址空間可以大到CPU的 最大尋址范圍。為了提高平均訪存速度，將虛擬地址空間中訪問(wèn)最頻繁的一小部 分尋址范圍映像到主存儲(chǔ)器，其余的地址空間映像到外存儲(chǔ)器，這樣使得存儲(chǔ)系 統(tǒng)既具有外存的容量，又有接近于主存的訪問(wèn)速度。并行處理計(jì)算機(jī)除分布處理、MPP和機(jī)群系統(tǒng)外，還有哪4種基本結(jié)構(gòu)？及他 們各自解決的基本問(wèn)題？答：流水線計(jì)算機(jī)，陣列處理機(jī)，多處理機(jī)，數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)。流水線計(jì)算機(jī)解決 擁塞控制，沖突

2、防止，分支處理，指令和數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，流水線重組，中斷 處理，流水線調(diào)度以及作業(yè)順序的控制等。陣列處理機(jī)解決處理單元靈活、規(guī)律 的互連模式和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)器組織，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的分布算法，針對(duì)具 體應(yīng)用題目的高效并行算法等問(wèn)題，盡可能將標(biāo)量循環(huán)運(yùn)算轉(zhuǎn)成向量運(yùn)算以消除 循環(huán)，避免相關(guān)。多處理機(jī)解決處理機(jī)間互連和存儲(chǔ)器組織等硬件結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)管 理，資源分配，任務(wù)分解，系統(tǒng)死鎖的防止，進(jìn)程間的通訊和同步，多處理機(jī)的 調(diào)度，系統(tǒng)保護(hù)等操作系統(tǒng)，高效并行算法和并行語(yǔ)言的設(shè)計(jì)等問(wèn)題。數(shù)據(jù)流計(jì) 算機(jī)主要研究合適的硬件組織和結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流程序圖，能高效并行執(zhí)行數(shù)據(jù)流語(yǔ) 言以及解決目前數(shù)據(jù)流機(jī)存在的某些問(wèn)題。簡(jiǎn)

3、述超長(zhǎng)指令機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則。答：超長(zhǎng)指令機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則：設(shè)立單一的控制流，只有一個(gè)控制器，每個(gè)時(shí)鐘周期啟動(dòng)一條長(zhǎng)指令；超長(zhǎng)指令字被分成多個(gè)控制字段，每個(gè)字段直接獨(dú)立地控制每個(gè)功能部件；含有大量的數(shù)據(jù)流通路和功能部件，由于編譯器在編譯時(shí)間已考慮可能出現(xiàn) 的數(shù)據(jù)相關(guān)，故控制硬件簡(jiǎn)單；在編譯階段完成超長(zhǎng)指令中多個(gè)可并行操作的調(diào)度。以IBM370為例說(shuō)明為什么把中斷分類以及分成幾類。答：為處理一個(gè)中斷請(qǐng)求，要調(diào)出相應(yīng)的中斷處理程序，如果中斷源數(shù)少，則可 用中斷系統(tǒng)硬件直接形成相應(yīng)中斷服務(wù)程序入口，但對(duì)中大型多用途機(jī)器，中斷 源數(shù)目很多，若為每個(gè)中斷源單獨(dú)形成入口，不僅硬件實(shí)現(xiàn)難，代價(jià)大，而且在

4、中斷處理上沒(méi)有必要，因不少中斷源性質(zhì)比較接近，可歸成幾類，這樣可以對(duì) 每類給定一個(gè)中斷服務(wù)程序入口，再由軟件分支轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷處理部分，這樣可 以大大簡(jiǎn)化形成中斷處理程序入口地址形成硬件。IBM370將中斷分成6類，它們 是機(jī)器校驗(yàn)、管理程序調(diào)用、程序性、外部、輸入/輸出、重新啟動(dòng)。采用重疊方式解決訪主存沖突問(wèn)題。具體的解決辦法是什么？答：采用重疊方式要解決好“取指k+1和“分脈”在時(shí)間上重疊時(shí)的訪主存沖 突問(wèn)題。具體的解決辦法有三種：將操作數(shù)與指令分開放在兩個(gè)各自獨(dú)立編址，又可同時(shí)訪問(wèn)的存儲(chǔ)器中。缺 點(diǎn)是主存總線控制及軟件設(shè)計(jì)都比較麻煩。讓主存采用多個(gè)分體交叉地并行的組成方式。存在的問(wèn)題有時(shí)會(huì)

5、發(fā)生分體沖 突而無(wú)法并行。在采用多分體交叉的并行主存基礎(chǔ)上，再增設(shè)采用先進(jìn)先出方式工作的指令緩沖器，讓主存能插空將后續(xù)的指令預(yù)取進(jìn)指令緩沖器。簡(jiǎn)答題(本大題共5小題，每小題6分，共30分)簡(jiǎn)述實(shí)現(xiàn)軟件移植的統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言途徑存在的問(wèn)題。答案：?jiǎn)栴}是至今雖然有上百種高級(jí)語(yǔ)言，但沒(méi)有一種是對(duì)各種應(yīng)用通用的。第一，不同的用途要求語(yǔ)言的語(yǔ)法、語(yǔ)義結(jié)構(gòu)不同；第二，第二，人們對(duì)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)看法不一；第三，即使同一高級(jí)語(yǔ)言在不同廠家的機(jī)器上也不能完全通用；)第四，人們不愿拋棄慣用的語(yǔ)言，不愿拋棄長(zhǎng)期積累的、用原有語(yǔ)言編寫且已被 實(shí)踐證明是正確的軟件。簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)RISC結(jié)構(gòu)采用的基本技術(shù)。答案：設(shè)計(jì)RISC結(jié)構(gòu)

6、用的基本技術(shù)有：按RISC一般原則設(shè)計(jì)；邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序結(jié)合；用重疊寄存器窗口；指令用流水和延遲轉(zhuǎn)移；優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。設(shè)某系統(tǒng)的中斷源的中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)分為4級(jí)，從高到低為1、2、3、4。設(shè) 中斷級(jí)屏蔽位為“1”，對(duì)應(yīng)屏蔽；中斷級(jí)屏蔽位為“0”，對(duì)應(yīng)開放。要求中斷 處理次序與中斷響應(yīng)次序相同，請(qǐng)給出各級(jí)中斷處理程序中斷級(jí)屏蔽位的設(shè)置。 (要求：先進(jìn)行文字說(shuō)明，再畫出中斷級(jí)屏蔽位表)答案：要求中斷處理次序?yàn)?、2、3、4，即要求：中斷處理程序1應(yīng)屏蔽其他所有中斷請(qǐng)求，包括同級(jí)的其他請(qǐng)求，以保證中斷處理程序1能優(yōu)先執(zhí)行完；中斷處理程序2屏蔽中斷請(qǐng)求2、3和4,并對(duì)中斷請(qǐng)求1開放；中斷處理程序

7、3屏蔽中斷請(qǐng)求3和4,并對(duì)中斷請(qǐng)求l和2開放；中斷處理程序4屏蔽中斷請(qǐng)求4，并對(duì)中斷請(qǐng)求1、2和3開放。) 由此可得出各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位，如下表中斷請(qǐng)求中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1234111111220111330011440001簡(jiǎn)答題(本大題共5小題，每小題6分，共30分)設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)時(shí)，以乘法運(yùn)算為例，簡(jiǎn)述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)、 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各應(yīng)考慮的問(wèn)題答案：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮是否要設(shè)置乘法指令；計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)考慮是否要配置 高速的乘法器；計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)考慮的是組成高速乘法器或加法一移位器的器件集成 度、類型、數(shù)量以及微組裝技術(shù)。簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)RISC的一般原則。答案：設(shè)計(jì)R

8、ISC的一般原則：確定指令系統(tǒng)時(shí)，只選擇使用頻度很高的那些指令，再增加少量能有效支 持操作系統(tǒng)、高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)及其它功能的指令，大大減少指令條數(shù)，使之一般不超過(guò)100條；（2）減少指令系統(tǒng)所用尋址方式種類，一般不超過(guò)兩種；（3）讓所有的指令都在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；（4）擴(kuò)大通用寄存器數(shù)，一般不少于32個(gè)，盡量減少訪存，只有存取指令訪存;（5）為提高指令執(zhí)行速度，大多數(shù)指令都用硬聯(lián)控制實(shí)現(xiàn)，少數(shù)指令才用微程 序?qū)崿F(xiàn)；（6）通過(guò)精簡(jiǎn)指令和優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯程序，簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。（以 上每點(diǎn)1分）CPU寫Cach e時(shí)，會(huì)發(fā)生Cach。與主存的對(duì)應(yīng)內(nèi)容不一致的現(xiàn)象，簡(jiǎn)述解決這 個(gè)問(wèn)題的兩種方法

9、及各需要增加什么開銷。答案：（1）回寫法:CPU只寫入Cache,不寫入主存，僅當(dāng)Cache塊替換時(shí)，才先寫回 主存后再替換。這種方法要求對(duì)每個(gè)Cache塊增加一個(gè)修改位的資源開銷；（2）寫直達(dá)法：CPU每次寫Cache的同時(shí)，也通過(guò)直接通路寫入主存。這種方法 要增加寫主存的時(shí)間開銷。簡(jiǎn)述在流水機(jī)器中全局性相關(guān)的概念及處理全局性相關(guān)的方法。答案：全局性相關(guān)是指轉(zhuǎn)移指令與其后續(xù)指令之間的相關(guān)。（2分）處理方法有:（1）猜測(cè)法，猜選其中一個(gè)分支繼續(xù)流入，待條件碼形成后再?zèng)Q定是繼續(xù)執(zhí)行， 還是作廢，按另一條重新流入；（2）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；（3）加快短循環(huán)

10、程序的處理，判斷如屬于短循環(huán)，將循環(huán)體各指令一次取入指 令緩沖器中，停止預(yù)取指令；猜選分支恒選循環(huán)分支。（4）采取延遲轉(zhuǎn)移，不必增加硬件，在編譯生成目標(biāo)指令程序時(shí)，將轉(zhuǎn)移指令與 其前面不相關(guān)的一條或多條指令交換位置，讓成功轉(zhuǎn)移總是延遲到在這一條或多 條指令執(zhí)行之后再進(jìn)行。簡(jiǎn)述多處理機(jī)要解決的主要技術(shù)問(wèn)題（至少寫出6個(gè)）。答案：（1）硬件結(jié)構(gòu)，解決好處理機(jī)、存儲(chǔ)器模塊及I/O子系統(tǒng)間的互連；（2）最大限度開發(fā)系統(tǒng)的并行性，以實(shí)現(xiàn)多處理機(jī)各級(jí)的全面并行；（3）任務(wù)的粒度選擇，使并行度高，輔助開銷??；（4）解決好處理機(jī)中各并行任務(wù)和進(jìn)程間的同步問(wèn)題；（5）解決好處理機(jī)調(diào)度、任務(wù)調(diào)度和資源分配，防止死

11、鎖；（6）一旦某處理機(jī)發(fā)生故障，如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新組織而不使其癱瘓；（7）多處理機(jī)機(jī)數(shù)增多后，如何能給編程者提供良好的編程環(huán)境，減輕程序的復(fù) 雜性。實(shí)現(xiàn)軟件移植的途徑有哪些?各受什么限制？答案：（1）軟件移植的途徑主要有：統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)系列機(jī)，模擬與仿真。（2）統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言，可以解決結(jié)構(gòu)相同或完全不同的機(jī)器間的軟件移植，從長(zhǎng)遠(yuǎn) 看是方向，但目前難以解決，只能作相對(duì)統(tǒng)一。（3）系列機(jī)，只能實(shí)現(xiàn)同一系列內(nèi)的軟件兼容，雖然允許發(fā)展變化，但兼容的約 束反過(guò)來(lái)會(huì)阻礙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)取得突破性的進(jìn)展。（4）模擬與仿真，模擬靈活，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移植，但結(jié)構(gòu)差異太大時(shí)， 效率、速度會(huì)急劇下降。仿真在速度上

12、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(huì)過(guò)低且難以仿真，需與模擬結(jié)合才行。什么是全排列網(wǎng)絡(luò)?實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)有哪兩種方法？答案：（1）在多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)中，能實(shí)現(xiàn)兩對(duì)或多對(duì)入、出端之間的連接時(shí)，都不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳送路徑的沖突，具有這類性質(zhì)的互連網(wǎng)絡(luò)稱為全排列網(wǎng)絡(luò)；（2）實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)的兩種方法為：在多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的輸出端設(shè)置鎖存器，使數(shù)據(jù)在時(shí)間上順序通行兩次。將兩個(gè)多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)，即一個(gè)正網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)逆網(wǎng)絡(luò)串接起來(lái)，合并掉中間完全 重復(fù)的一級(jí)，級(jí)成2log2N-1級(jí)的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)。解決計(jì)算機(jī)主存與CPU的速度差對(duì)機(jī)器性能的影響，可采用哪三種解決方法? 答案：（1）在CPU中設(shè)置通用寄存器，

13、讓運(yùn)算直接在CPU的通用寄存器中進(jìn)行，減 少與主存的效。（2）采用存儲(chǔ)器的多體交叉并行存取來(lái)提高主存的等效速度。（3）采用Cache存儲(chǔ)器。簡(jiǎn)要解釋提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的三個(gè)技術(shù)途徑。答案：（1）時(shí)間重疊：引入時(shí)間因素，是讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開， 輪流使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)使用來(lái)贏得速度。（2）資源重復(fù)是引入空間因素，通過(guò)重復(fù)設(shè)置硬件資源來(lái)提高性能。（3）資源共享，是用軟件方法讓多個(gè)用戶按一定時(shí)間順序輪流使用同一套資源， 來(lái)提高其利用率，相應(yīng)也就提高了系統(tǒng)的性能。簡(jiǎn)述使用多處理機(jī)的目的和多處理機(jī)具備的特點(diǎn)。答案：使用多處理機(jī)的目的：一是用多臺(tái)處理機(jī)進(jìn)行多任務(wù)處理協(xié)

14、同求解一個(gè)大 而復(fù)雜的問(wèn)題來(lái)提高速度，二是依靠多余的處理機(jī)及其重組來(lái)提高系統(tǒng)的可靠 性、適應(yīng)性和可用性。處理機(jī)具備的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)靈活性；（2）程序并行性；（3）并行任務(wù)派生；（4）進(jìn)程同步；（5） 資源分配和任務(wù)調(diào)度。簡(jiǎn)述流水處理機(jī)處理全局性相關(guān)的各種辦法。答案：（1）猜測(cè)法。猜選其中一個(gè)分支繼續(xù)流入，待條件碼形成后再?zèng)Q定是繼 續(xù)執(zhí)行，還是作廢，按另一分支重新流入。（2）加快和提前形成條件碼。加快單條指令內(nèi)部條件的形成，不等指令執(zhí)行完 提前形成反映運(yùn)算結(jié)果的條件碼；在一段程序內(nèi)提前形成條件碼。（3）采用延遲轉(zhuǎn)移。用軟件方法進(jìn)行靜態(tài)指令調(diào)度的技術(shù)。（4）加快短循環(huán)程序的處理，判斷如屬于短循環(huán)

15、，將循環(huán)體各指令一次取入指 令緩沖器中，停止預(yù)取指令；猜選分支恒選循環(huán)分支。5簡(jiǎn)述程序的動(dòng)態(tài)再定位的思想。答案：在硬件上設(shè)置基址寄存器和地址加法器。在程序不作變換直接裝入主存的 同時(shí)，裝入主存的起始地址存入對(duì)應(yīng)該道程序使用的基址寄存器中。程序執(zhí)行時(shí)， 只要通過(guò)地址加法器將邏輯地址加上基址寄存器的程序基址形成物理（有效）地 址后去訪存即可。簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）器件的發(fā)展對(duì)邏輯設(shè)計(jì)方法有哪些影響？答案：器件的發(fā)展對(duì)邏輯設(shè)計(jì)方法的影響：（1）由邏輯化簡(jiǎn)改成著眼于采用什么組成技術(shù)能夠規(guī)整、批量生產(chǎn)，宜于超大 規(guī)模集成，縮短設(shè)計(jì)周期，提高系統(tǒng)效能，盡量采用存貯邏輯和通用器件；（

16、2）由全硬設(shè)計(jì)改成采用微匯編、微高級(jí)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等手段軟硬結(jié) 合和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。按CISC方向，面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)指令系統(tǒng)有哪些思路？答案：按CISC方向，面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)指令系統(tǒng)的思路有：（1）通過(guò)對(duì)操作系統(tǒng)中常用指令和指令串的使用頻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)改進(jìn)；（2）如何增設(shè)專用操作系統(tǒng)的新指令（3）把操作系統(tǒng)中頻繁使用的，對(duì)速度影響大的某些軟件子程序硬化或固化， 改為直接用硬件或微程序解釋實(shí)現(xiàn)；（4）發(fā)展讓操作系統(tǒng)由專門的處理機(jī)來(lái)執(zhí)行的功能分布處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主存實(shí)際頻寬與模數(shù)m的關(guān)系是什么？出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？答案：并行主存系統(tǒng)的實(shí)際頻寬隨模數(shù)m的增加會(huì)提高，但

17、不是線性增加，隨模 數(shù)m增大，其實(shí)際頻寬的增量越來(lái)越小。這是因?yàn)槌绦蛑械闹噶詈蛿?shù)據(jù)并不是完 全順序放置和被訪問(wèn)的。程序會(huì)有轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)分布有一定的隨機(jī)性。在“一次重疊”的機(jī)器中，“一次重疊”的含義是什么？并指出在這種機(jī)器 中會(huì)出現(xiàn)哪些相關(guān)？答案：“一次重疊”是指將指令的解釋分為“分析”和“執(zhí)行”兩個(gè)階段，任何 時(shí)刻都只是“執(zhí)行1”與“分析K+1”在時(shí)間上重疊，也就是讓指令分析部件與指 令執(zhí)行部件同時(shí)處理相鄰的兩條指令。在“一次重疊”機(jī)器中，會(huì)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。簡(jiǎn)述哈夫曼壓縮概念的基本思想。答案：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

18、時(shí)，采用優(yōu) 化技術(shù)對(duì)發(fā)生概率最高的事件用最短的位數(shù)（時(shí)間）來(lái)表示（處理），而對(duì)出現(xiàn) 概率較低的，允許用較長(zhǎng)的位數(shù)（時(shí)間）來(lái)表示（處理），就會(huì)導(dǎo)致表示（處理） 的平均位數(shù)（時(shí)間）的縮短。簡(jiǎn)述哈夫曼壓縮概念的基本思想。答案：（1）當(dāng)各種事件發(fā)生的概率不均等時(shí)，采用優(yōu)化技術(shù)對(duì)發(fā)生概率最高的 事件用最短的位數(shù)（時(shí)間）來(lái)表示（處理）。（2）而對(duì)出現(xiàn)概率較低的，允許用較長(zhǎng)的位數(shù)（時(shí)間）來(lái)表示（處理），就會(huì) 導(dǎo)致表示（處理）的平均位數(shù)（時(shí)間）的縮短。RISC存在不足表現(xiàn)在哪些方面？答案：（1）當(dāng)各種事件發(fā)生的概率不均等時(shí)，采用優(yōu)化技術(shù)對(duì)發(fā)生概率最高的 事件用最短的位數(shù)（時(shí)間）來(lái)表示（處理）。（2）而對(duì)出現(xiàn)概

19、率較低的，允許用較長(zhǎng)的位數(shù)（時(shí)間）來(lái)表示（處理），就會(huì) 導(dǎo)致表示（處理）的平均位數(shù)（時(shí)間）的縮短。簡(jiǎn)述SIMD系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。答案：（1）結(jié)構(gòu)不要過(guò)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(guò)或者經(jīng)多級(jí)連接來(lái)實(shí) 現(xiàn)復(fù)雜的互連，使模塊性好，以便于用VLSI實(shí)現(xiàn)并滿足系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。CPU寫Cach e時(shí)，會(huì)發(fā)生Cach。與主存的對(duì)應(yīng)復(fù)本內(nèi)容不一致的現(xiàn)象，解決這 個(gè)問(wèn)題有哪些方法?各需要增加什么開銷？答案：寫回法：CPU只寫入Cache，不寫入主存，僅當(dāng)C

20、ache塊替換時(shí)，才先寫回 主存后再替換。這種方法要求對(duì)每個(gè)Cache塊增加一個(gè)修改位的資源開銷。寫直 達(dá)法：CPU每次寫入Cache的同時(shí)，也經(jīng)寫直達(dá)通路寫入主存。這種方法要增加寫 主存的時(shí)間開銷。簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“由中間開始”設(shè)計(jì)的基本思想。答案：（1）軟硬件設(shè)計(jì)分離和脫節(jié)是“由上往下”和“由下往上”設(shè)計(jì)的主要 缺點(diǎn)，由此提出“由中間開始”設(shè)計(jì)?！爸虚g”提的是層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面， 目前多數(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)與操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)之間。（2）進(jìn)行合理的軟、硬件功能分配時(shí)，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(gè)交界面。確定哪些功能由硬件 實(shí)現(xiàn)，哪些功能由軟件實(shí)

21、現(xiàn)，同時(shí)還要考慮好硬件對(duì)操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 提供些什么支持。然后由這個(gè)中間點(diǎn)分別往上、往下進(jìn)行軟件和硬件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）流水線的特點(diǎn)是什么？答：（1）流水線處理的任務(wù)必須是連續(xù)的；（2）流水線中子任務(wù)應(yīng)有一個(gè)專門的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)；（3）在流水線的功能部件之后，需要有一個(gè)用于保存本功能段執(zhí)行結(jié)果的緩沖寄存器；流水線中各功能段執(zhí)行時(shí)間應(yīng)盡量相等；流水線需要有裝入時(shí)間和排空時(shí)間。2簡(jiǎn)述如果要設(shè)計(jì)一套超長(zhǎng)指令機(jī)系統(tǒng)，必須遵循的主要準(zhǔn)則。答：如果要設(shè)計(jì)一套超長(zhǎng)指令機(jī)系統(tǒng)，則必須遵循的主要準(zhǔn)則是：?jiǎn)我坏目刂埔海挥幸粋€(gè)控制器，每個(gè)時(shí)鐘周期啟動(dòng)一條長(zhǎng)指令；超長(zhǎng)指令字被分

22、成多個(gè)控制字段，每個(gè)字段直接獨(dú)立地控制每個(gè)功能部件；含有大量的數(shù)據(jù)通路和功能部件，由于編譯在編譯時(shí)間已考察可能出現(xiàn)的數(shù) 據(jù)相關(guān)，故控制硬件較簡(jiǎn)單；在編譯階段完成超長(zhǎng)指令中多個(gè)可并行操作的調(diào)度。當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值減小時(shí)，對(duì)機(jī)器數(shù)的表示會(huì)產(chǎn)生哪些影響？答：數(shù)的可表示范圍變小；可表示數(shù)的總個(gè)數(shù)減少；數(shù)在數(shù)軸上的分布變密；機(jī) 器數(shù)的精度提高；運(yùn)算過(guò)程中的精度損失增大；運(yùn)算速度有所降低。簡(jiǎn)述段頁(yè)式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程。答：用戶邏輯地址被分成：用戶標(biāo)志、段號(hào)、頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)偏移四部分。過(guò)程如下：由用戶標(biāo)志找到段表基址寄存器；由段表長(zhǎng)與段號(hào)作是否越界檢查；段表地址+段號(hào)找到段表中相應(yīng)表項(xiàng)；做裝入位，段長(zhǎng)的檢查；

23、由頁(yè)表始址+頁(yè)號(hào)找到頁(yè)表中相應(yīng)表項(xiàng)；作裝入位等檢查；實(shí)頁(yè)號(hào)+頁(yè)內(nèi)偏移形成有效地址。簡(jiǎn)述三種面向的尋址方式的關(guān)系。答：三種尋址方式各有特點(diǎn)但又不相互排斥。面向寄存器的尋址速度最快，但需增大寄存器的硬件開銷。面向主存的尋址速度 比面向寄存器的尋址速度慢，但可使用少量的寄存器。面向堆棧的尋址可減輕編 譯的負(fù)擔(dān)，不用考慮寄存器的優(yōu)化分配，很好地支持子程序的調(diào)用，可省去命令 中的地址字段，但速度慢，甚至比面向主存的尋址慢。三種面向的尋址不互相排 斥。在同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)選一種面向的尋址為主，輔以其他面向的尋址，互相 取長(zhǎng)補(bǔ)短。例如，在堆棧型機(jī)器中，可增設(shè)面向寄存器的尋址方式；除直接訪問(wèn) 棧頂外，還能訪問(wèn)

24、棧中任意單元；可增設(shè)硬堆棧或增設(shè)棧頂寄存器組來(lái)提高運(yùn)算 速度。機(jī)群系統(tǒng)比起傳統(tǒng)的并行處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：(1)系統(tǒng)有高的性能價(jià)格比。系統(tǒng)的開發(fā)周期短。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好。系統(tǒng)的資源利用率高。用戶投資風(fēng)險(xiǎn)小。用戶編程方便。在有Cache的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，訪存操作是如何進(jìn)行的？答：有了Cache之后，訪存操作的過(guò)程是：當(dāng)CPU要進(jìn)行存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)，首先察看 Cache存儲(chǔ)器，如果訪問(wèn)的字在Cache中找到，就從Cache中讀取，如果訪問(wèn)的字 在Cache中沒(méi)有找到，就從主存中訪問(wèn)，并且為了使得以后訪問(wèn)同一個(gè)字或者相 鄰的字時(shí)能夠在Cache中找到，需要把存儲(chǔ)器中包含這個(gè)字的數(shù)據(jù)塊從主存儲(chǔ)器 中讀出，

25、放入Cach e中。簡(jiǎn)述RISC技術(shù)方法。答：RISC技術(shù)方法主要有：在CPU中設(shè)置了較大量的寄存器，并采用窗口重疊寄存器技術(shù)；采用優(yōu)化延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)；采用比較轉(zhuǎn)移指令技術(shù)；采用優(yōu)化編譯技術(shù)。流水機(jī)器的中斷處理有哪些方法?各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：流水機(jī)器的中斷處理有不精確斷點(diǎn)法和精確斷點(diǎn)法兩種。不精確斷點(diǎn)法 出現(xiàn)中斷后，已流入流水線的指令繼續(xù)向前流動(dòng)，后續(xù)指令不再進(jìn)入流水線。這 樣的優(yōu)點(diǎn)是處理簡(jiǎn)單，但不利于編程和程序排錯(cuò)。精確斷點(diǎn)法某條指令發(fā)生 中斷，其后已進(jìn)入流水線的指令要恢復(fù)原狀，中斷現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于發(fā)生中斷的指 令。優(yōu)點(diǎn)是有利于程序設(shè)計(jì)，但需配置大量的后援寄存器。在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，什么叫頁(yè)面失

26、效?什么叫頁(yè)面爭(zhēng)用？什么時(shí)候兩者同時(shí) 發(fā)生?什么時(shí)候兩者不同時(shí)發(fā)生？答：要訪問(wèn)的虛頁(yè)不在實(shí)主存中時(shí)，就發(fā)生頁(yè)面失效。當(dāng)頁(yè)面調(diào)入主存，主存中 的頁(yè)面位置已全部被其他虛頁(yè)占用了，稱發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用。當(dāng)分配給程序的內(nèi)存區(qū) 已被全部占用后，只要發(fā)生頁(yè)面失效，就一定會(huì)發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用。反之，發(fā)生頁(yè)面 爭(zhēng)用，并不會(huì)發(fā)生頁(yè)面失效。如何評(píng)價(jià)一個(gè)替換算法的好壞？答：要想評(píng)價(jià)一個(gè)替換算法的好壞，一般可使用典型程序運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的頁(yè)地址 流來(lái)對(duì)該算法進(jìn)行模擬其頁(yè)面的替換過(guò)程，通過(guò)統(tǒng)計(jì)出的頁(yè)面命中率的高低來(lái)分 析。頁(yè)面命中率的高低與所用的頁(yè)面替換算法、頁(yè)地址流、所分配到的實(shí)頁(yè)數(shù)、 頁(yè)面的大小等多種因素有關(guān)。什么是RISC計(jì)算機(jī)

27、?RISC結(jié)構(gòu)采用的基本技術(shù)有哪些？答：RISC計(jì)算機(jī)是精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，即減少指令種數(shù)，簡(jiǎn)化指令功能，使指 令系統(tǒng)規(guī)整，指令執(zhí)行時(shí)間盡可能短。采用的技術(shù)：按RISC設(shè)計(jì)的一般原則設(shè)計(jì) 計(jì)算；用硬聯(lián)邏輯為主，輔以微程序固件實(shí)現(xiàn)；在CPU中設(shè)大量寄存器，并采用 重疊寄存器窗口技術(shù)；指令執(zhí)行用流水和延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)；精心設(shè)計(jì)、優(yōu)化編譯系 統(tǒng)的技術(shù)。簡(jiǎn)述采用RISC技術(shù)的超級(jí)標(biāo)量機(jī)的主要特點(diǎn)。答：采用RISC技術(shù)的超級(jí)標(biāo)量機(jī)的主要特點(diǎn)是：配置多個(gè)性能不同的處理部件，采用多條流水線并行處理；能同時(shí)對(duì)若十條指令進(jìn)行譯碼，將可并行執(zhí)行的指令送往不同的執(zhí)行部件；從而達(dá)到在每個(gè)時(shí)鐘周期啟動(dòng)多條指令的目的；在程序

28、運(yùn)行期間由硬件完成指令調(diào)度。計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器件可分為哪些類型？答：按存儲(chǔ)介質(zhì)分，存儲(chǔ)器件有半導(dǎo)體介質(zhì)、磁表面介質(zhì)和光記錄介質(zhì)等類型。 按訪問(wèn)方式分，存儲(chǔ)器件有隨機(jī)訪問(wèn)、順序訪問(wèn)和半順序訪問(wèn)三種類型。半導(dǎo)體 隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器可分為SRAM和DRAM兩種。按訪問(wèn)方式分，還可以將存儲(chǔ)器分為讀 寫存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器兩種。半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器有掩膜式ROM、PROM、EPROM、 EEPROM 等。簡(jiǎn)述帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示方法，其優(yōu)點(diǎn)是什么？答：帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示是讓數(shù)據(jù)字本身帶有數(shù)據(jù)或信息的類型標(biāo)志。標(biāo)志符由編 譯程序建立，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言源程序應(yīng)設(shè)計(jì)成是透明的。其優(yōu)點(diǎn)是：可以簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)的難度；簡(jiǎn)化編譯程序

29、，提高編譯效率；便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的一致性校驗(yàn)；能由硬件自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換，縮短解題的時(shí)間；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)要求其實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無(wú)關(guān)的要求；為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了一定的支持。什么是Cache？它是如何組織的？答：如果把程序在一段時(shí)間內(nèi)集中訪問(wèn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)存放在高速的存儲(chǔ)器中，訪問(wèn) 存儲(chǔ)器的平均時(shí)間就可以大大減少，從而減少程序的執(zhí)行時(shí)間，這種高速、小容 量的存儲(chǔ)器就是Cache。Cache放在CPU與主存的中間，訪問(wèn)時(shí)間通常是主存的1/4 到1/10。在層次化的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，它是速度最快的存儲(chǔ)器。Cache的基本思想 是把程序執(zhí)行時(shí)最頻繁訪問(wèn)的指令和數(shù)據(jù)存放在速度較高的Cache存儲(chǔ)中

30、，使得 訪存的平均時(shí)間接近于Cache的訪問(wèn)時(shí)間，而存儲(chǔ)的容量則是主存的容量。Cache 存儲(chǔ)器的容量盡管很小，但是由于訪存的局部性規(guī)律，絕大部分對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn) 數(shù)據(jù)都可以在Cache中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上不需要到主存中尋找，所以訪存的平均時(shí)間 可以接近于Cache的訪問(wèn)時(shí)間。多處理機(jī)操作系統(tǒng)有哪3種類型?各適合于哪類機(jī)器？答：多處理機(jī)操作系統(tǒng)有主從型、各自獨(dú)立型和浮動(dòng)型3種。主從型適合于工作負(fù)荷固定，且從處理機(jī)能力明顯低于主處理機(jī)，或由功能差別 很大的處理機(jī)組成的異構(gòu)型多處理機(jī)。獨(dú)立型適合于松耦合多處理機(jī)。浮動(dòng)型適 合于緊耦合多處理機(jī)，特別是由公用主存和I/O子系統(tǒng)的多個(gè)相同處理機(jī)組成的 同構(gòu)型多處

31、理機(jī)。多處理機(jī)與單指令流多數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的并行處理機(jī)有哪些主要差別？答：(1)結(jié)構(gòu)靈活性。程序并行性。并行任務(wù)派生。進(jìn)程同步。資源分配和任務(wù)調(diào)度。簡(jiǎn)述INTEL公司采用的RISC技術(shù)主要特殊方法。答：INTEL公司采用的RISC技術(shù)特殊方法主要有：在CPU中設(shè)置了較大量的寄存器，并采用窗口重疊寄存器技術(shù)；采用優(yōu)化延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)；采用比較轉(zhuǎn)移指令技術(shù)；采用優(yōu)化編譯技術(shù)。5什么是存儲(chǔ)系統(tǒng)？什么是存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？答：存儲(chǔ)系統(tǒng)是指各存儲(chǔ)器硬件以及管理這些存儲(chǔ)器的軟硬件。存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次 結(jié)構(gòu)是指把各種不同存儲(chǔ)容量、不同訪問(wèn)速度、不同成本的存儲(chǔ)器件按層次結(jié)構(gòu) 構(gòu)成多層的存儲(chǔ)器，并通過(guò)軟硬件的管理將其組成統(tǒng)一

32、的整體，使所存儲(chǔ)的程序 和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲(chǔ)器件中。典型的存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是Cache-主存- 輔存構(gòu)成的系統(tǒng)。簡(jiǎn)單分析歸約機(jī)和數(shù)據(jù)流機(jī)的異同？答：歸約機(jī)和數(shù)據(jù)流機(jī)一樣都是基于數(shù)據(jù)流的計(jì)算機(jī)模型，只是其采用的驅(qū)動(dòng)方 式不同。數(shù)據(jù)流機(jī)是采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行的操作序列取決于輸入數(shù)據(jù)的可用性； 歸約機(jī)則是需求驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行的操作序列取決于對(duì)數(shù)據(jù)的需求，對(duì)數(shù)據(jù)的需求又來(lái) 源于函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)表達(dá)式的歸約0簡(jiǎn)述開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)概念。答：開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是指：一種獨(dú)立于廠商；且遵循有關(guān)UNIX國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而建立的；具有系統(tǒng)可移植性、交互操作性；從而允許用戶自主選擇具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)和多廠商產(chǎn)品的系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)要說(shuō)

33、明翻譯和解釋的區(qū)別和聯(lián)系。答：區(qū)別：翻譯是先用轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏咭患?jí)機(jī)器級(jí)上的程序整個(gè)地變換成低一級(jí)機(jī) 器級(jí)上等效的程序，然后再在低一級(jí)機(jī)器級(jí)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。解釋是在低級(jí)機(jī)器級(jí) 上用它的一串語(yǔ)句或指令來(lái)仿真高級(jí)機(jī)器級(jí)上的一條語(yǔ)句或指令的功能，通過(guò)高 級(jí)機(jī)器語(yǔ)言程序中語(yǔ)句或指令的逐條解釋來(lái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。聯(lián)系：翻譯或解釋是高 級(jí)機(jī)器級(jí)的程序在低級(jí)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的必須步驟，各機(jī)器級(jí)的實(shí)現(xiàn)主要靠翻譯或解 釋，或是兩者的結(jié)合。器件的發(fā)展對(duì)邏輯設(shè)計(jì)方法的影響有哪些？答：一是由邏輯化簡(jiǎn)化成著眼于采用什么組成技術(shù)能夠規(guī)整、批量生產(chǎn)，宜于超 大規(guī)模集成，縮短設(shè)計(jì)周期，提高系統(tǒng)效能，盡量采用存儲(chǔ)邏輯和通用器件。二 是由全硬設(shè)計(jì)

34、改成采用微匯編、微高級(jí)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等手段軟硬結(jié)合和 自動(dòng)化設(shè)計(jì)0試比較互連網(wǎng)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩種形式。答：兩種形式為：動(dòng)態(tài)單級(jí)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)單級(jí)網(wǎng)絡(luò)指網(wǎng)絡(luò)只有有限幾個(gè)連接，必須經(jīng)循環(huán)多次通過(guò)，才能實(shí)現(xiàn)任意兩 個(gè)處理單元之間的信息傳送。優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省設(shè)備，缺點(diǎn)是：通過(guò)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)網(wǎng) 絡(luò)控制要求較高。動(dòng)態(tài)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)指由多個(gè)動(dòng)態(tài)單級(jí)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)組成的網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)是： 通過(guò)時(shí)間短。靈活性好，可利用不同單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)組合成有不同特性和連接模式 的多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)。缺點(diǎn)是：增加設(shè)備和成本。輸入輸出系統(tǒng)有幾種基本方式？答：輸入輸出系統(tǒng)有3種基本方式。它們分別是:由CPU直接執(zhí)行I/O程序的程序控制輸入輸出方

35、式(其中又有全軟件方式的、程 序查詢方式的和中斷驅(qū)動(dòng)方式的3種)；全部由“DMA控制器”硬件執(zhí)行的直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DMA)方式；由專門設(shè)計(jì)的I/O處理機(jī)來(lái)執(zhí)行I/O程序，軟硬結(jié)合實(shí)現(xiàn)的I/O處理機(jī)方式。2什么是存儲(chǔ)系統(tǒng)？什么是存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？答：存儲(chǔ)系統(tǒng)是指各存儲(chǔ)器硬件以及管理這些存儲(chǔ)器的軟硬件。存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次 結(jié)構(gòu)是指把各種不同存儲(chǔ)容量、不同訪問(wèn)速度、不同成本的存儲(chǔ)器件按層次結(jié)構(gòu) 構(gòu)成多層的存儲(chǔ)器，并通過(guò)軟硬件的管理將其組成統(tǒng)一的整體，使所存儲(chǔ)的程序 和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲(chǔ)器件中。典型的存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是Cache-主存- 輔存構(gòu)成的系統(tǒng)。簡(jiǎn)述IBM PC機(jī)構(gòu)的頁(yè)式存儲(chǔ)管理的特點(diǎn)。答

36、：IBM PC機(jī)的頁(yè)式存儲(chǔ)管理特點(diǎn)是：把虛擬存儲(chǔ)空間和實(shí)際存儲(chǔ)空間等分成固定大小的頁(yè)；各虛擬頁(yè)可裝入主存中不同的實(shí)際頁(yè)面位置；在任一時(shí)刻，每個(gè)虛擬地址都對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)際地址；這個(gè)實(shí)際地址可能在主存中，也可能在外存中。比較模擬和仿真。答：模擬是指：用機(jī)器語(yǔ)言解釋實(shí)用軟件移植。適用場(chǎng)合：移植運(yùn)行時(shí)間短，使 用次數(shù)少，在時(shí)間關(guān)系上沒(méi)有約束和限制的軟件。好處：靈活，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng) 間軟件移植。存在問(wèn)題：結(jié)構(gòu)差異很大時(shí)，模擬的運(yùn)行速度會(huì)急劇下降，實(shí)時(shí)性 差。采取的策略：模擬與仿真相結(jié)合。仿真方法是指：用微程序直接解釋另一種 機(jī)器指令系統(tǒng)。適用場(chǎng)合：在結(jié)構(gòu)差別不大的系統(tǒng)間使用。好處：可提高被移植 軟件的運(yùn)行速

37、度。存在問(wèn)題：不靈活，當(dāng)兩種機(jī)器結(jié)構(gòu)差別很大時(shí)，很難仿真。 采取的策略：模擬與仿真相結(jié)合，發(fā)展異步機(jī)連網(wǎng)。簡(jiǎn)述流水機(jī)器處理全局性相關(guān)時(shí)，加快短循環(huán)程序的處理辦法。答：遇到分支時(shí)，判斷是否是短循環(huán)。如果是短循環(huán)，將整個(gè)循環(huán)體內(nèi)各指令一 次性全部取入指令緩沖器，并暫停預(yù)取指令。同時(shí)，猜選分支恒選循環(huán)分支。分析和歸納集中式串行鏈接、定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求這三種總線控制方式的優(yōu) 缺點(diǎn)。答：集中式串行鏈接的優(yōu)點(diǎn)：選擇算法簡(jiǎn)單，只需3根；部件增加容易，可擴(kuò)充 性好；邏輯簡(jiǎn)單，容易通過(guò)重復(fù)設(shè)置提高可靠性。缺點(diǎn)：對(duì)“總線可用”線及其 有關(guān)電路的失效敏感，且對(duì)后續(xù)部件有影響。定時(shí)查詢的優(yōu)點(diǎn)：因計(jì)數(shù)器初值、 部件號(hào)均

38、可由程序置定，優(yōu)先次序可用程序控制，靈活性強(qiáng)；某部件失效不會(huì)影 響其他部件對(duì)總線的使用，可靠性高。缺點(diǎn)：線數(shù)較多；擴(kuò)展性稍差；控制較為 復(fù)雜；總線分配的速度不能很高。獨(dú)立請(qǐng)求的優(yōu)點(diǎn)：總線分配速度快，不用查詢； 控制器程序可控，能靈活確定下一個(gè)使用總線的部件；能方便的隔離失效部件的 請(qǐng)求。缺點(diǎn)：控制線數(shù)量過(guò)大；控制器復(fù)雜。向量運(yùn)算為什么最適合流水處理？向量的處理有哪三種方式?CRAY-1采用的 是什么方式？答：向量?jī)?nèi)部各元素很少相關(guān)，又是執(zhí)行同一種操作，最能發(fā)揮出流水的效能。 向量的處理有橫向內(nèi)部各元素(水平)、縱向(垂直)、分組縱橫(水平垂直)三種處 理方式。CRAY-1采用分組縱橫處理方式。

39、簡(jiǎn)要敘述面向操作系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)機(jī)器指令系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)和4個(gè)主 要的改進(jìn)思路。答：目標(biāo)是縮短操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語(yǔ)義差距，進(jìn)一步減少運(yùn)行操 作系統(tǒng)的時(shí)間和節(jié)省操作系統(tǒng)軟件所占用的存儲(chǔ)空間。4個(gè)主要的改進(jìn)思路是：（1）通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)操作系統(tǒng)中的常用指令和指令串的使用頻度來(lái)改進(jìn)。（2）增設(shè)專用于操作系統(tǒng)的新指令。（3）把操作系統(tǒng)中頻繁使用且對(duì)速度影響大的軟件子程序硬化或固化，改為直 接用硬件或微程序來(lái)解釋實(shí)現(xiàn)。（4）用專門處理機(jī)來(lái)執(zhí)行的功能分布處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“從中間開始”設(shè)計(jì)的基本做法。答：（1）既考慮到可拿到的硬、器件，又考慮應(yīng)用要用到的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 合理進(jìn)行軟硬件

40、功能分配，設(shè)計(jì)好這個(gè)交界面。（2）確定哪些功能由硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能由軟件實(shí)現(xiàn)，同時(shí)應(yīng)為操作系統(tǒng)、編 譯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供足夠的硬件支持。之后，再由這個(gè)中間界面往上、往下同時(shí)進(jìn) 行軟件和硬件的設(shè)計(jì)。（3）軟件人員依次設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)級(jí)、匯編語(yǔ)言級(jí)、高級(jí)語(yǔ)言級(jí)和應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)。（4）硬件人員依次設(shè)計(jì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)、微程序機(jī)器級(jí)、數(shù)字邏輯級(jí)。設(shè)計(jì)過(guò)程中， 軟、硬件設(shè)計(jì)可交互，適當(dāng)調(diào)整軟硬分配的界面。5-為什么將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看成是多級(jí)機(jī)器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)？答：將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看成是多級(jí)機(jī)器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā) 展。例如，可以重新調(diào)整軟、硬件比例，為應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)、操作系統(tǒng)級(jí)、高級(jí)語(yǔ)言 級(jí)提供更多更好的硬件支持，

41、改變硬、器件迅速發(fā)展而軟件日益復(fù)雜、開銷過(guò)大 的狀況；或直接用硬件或固件實(shí)現(xiàn)，發(fā)展高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器或操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。 既然層次中每一級(jí)都有其自己的用戶、實(shí)現(xiàn)方法和指令系統(tǒng)，因此可讓各虛擬機(jī) 器級(jí)用真正的實(shí)處理機(jī)代替，擺脫以往各級(jí)功能都在同一臺(tái)實(shí)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的狀 況，發(fā)展多處理機(jī)、分布處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？稍谝慌_(tái)宿主機(jī)上模擬或 仿真另一臺(tái)機(jī)器，推動(dòng)自虛擬機(jī)、多種操作系統(tǒng)共行等技術(shù)的采用，從而促進(jìn)軟 件移植、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)化等的發(fā)展。并行性有那些不同的等級(jí)？答：并行性有不同的等級(jí)：（1）從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行程序的角度看，并行等級(jí)由低到高，分別是指令內(nèi)各微 操作之間的并行，多條

42、指令之間的并行，多個(gè)任務(wù)或進(jìn)程之間的并行以及多個(gè)作 業(yè)或程序之間的并行等。（2）從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的角度看，并行性等級(jí)由低到高，分別是位串字串（串 行堆處理機(jī)，無(wú)并行性），位并字串（傳統(tǒng)并行單處理機(jī)），位串字并和全并行等。（3）從計(jì)算機(jī)信息加工步驟和階段的角度看，并行性等級(jí)又有存儲(chǔ)器操作并行（并 行存儲(chǔ)器、相聯(lián)處理機(jī)），處理器操作步驟并行（流水線處理機(jī)），處理器操作并 行（陣列處理機(jī)），指令、任務(wù)、作業(yè)間的全面并行（多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）等。自定義數(shù)據(jù)表示可分為哪兩類？有何特點(diǎn)？答：自定義數(shù)據(jù)表示是為縮短高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)義差距引出來(lái)的。它又分 為標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述

43、符兩類。帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示是讓數(shù)據(jù)字本身帶有數(shù) 據(jù)或信息的類型標(biāo)志。標(biāo)志符由編譯程序建立，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序透明。其優(yōu)點(diǎn)是：可以簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)的難度；簡(jiǎn)化編譯程序，提高編譯效率；便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的一致性校驗(yàn)；能由硬件自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換，縮短解題的時(shí)間；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)要求其實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無(wú)關(guān)的要求；為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了一定的支持。數(shù)據(jù)描述符主要用于描述 向量、數(shù)組、記錄等成塊的數(shù)據(jù)。它與標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的差別是：標(biāo)志符與數(shù)據(jù) 合存于一個(gè)存儲(chǔ)單元中，用于描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類型和屬性的；描述符則是與數(shù)據(jù) 分開存放，主要用于描述成塊數(shù)據(jù)的特征的。簡(jiǎn)述陣列處理機(jī)兩種基本的結(jié)構(gòu)形式？答：陣列

44、處理機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器組成方式的不同有兩種基本的結(jié)構(gòu)形式。第一種，分 布式存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)。各處理單元有局部存儲(chǔ)器PEM存放被分布的數(shù)據(jù)，只 能被本處理單元直接訪問(wèn)。在控制部件CU內(nèi)還有一個(gè)存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲(chǔ) 器，整個(gè)系統(tǒng)是在CU控制下運(yùn)行用戶程序和部分系統(tǒng)程序的。在執(zhí)行主存儲(chǔ)器中 的用戶程序時(shí)，所有指令都在控制部件中進(jìn)行譯碼，把只適合串行處理的標(biāo)量或 控制類指令留給控制部件CU自己執(zhí)行，而把適合于并行處理的向量類指令“播送” 給各個(gè)PE，控制處于活躍的那些PE并行執(zhí)行。分布式存儲(chǔ)器構(gòu)形是SIMD陣列機(jī) 的主流。第二種，集中式共享存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)。與前一種構(gòu)形的主要差別是 系統(tǒng)存儲(chǔ)器由K個(gè)存

45、儲(chǔ)體集中組成，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)ICN為全部N個(gè)處理單元所共享， 要求KNN。與分布式存儲(chǔ)器的構(gòu)形的兩個(gè)不同之處是互連網(wǎng)絡(luò)所起的作用不同， 信息在存儲(chǔ)器中分布的要求不同CU和SC的功能則與分布式存儲(chǔ)器構(gòu)形的沒(méi)有什 么差別。在“一次重疊”的機(jī)器中，會(huì)出現(xiàn)哪些相關(guān)?如何處理？答：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(shí)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(guò)程中修改指令，需要修改指令時(shí)可用類似 于1 BM370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(chǔ)器控制器中，寫數(shù)申請(qǐng)優(yōu)先于讀數(shù)申請(qǐng)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

46、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。總線控制方式有哪3種?各需要增加幾根用于總線控制的控制線?總線控制優(yōu) 先級(jí)可否程序改變？答：總線控制方式有串行鏈接、定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求3種。串行鏈接需增加3根控制線，優(yōu)先級(jí)線連固定，不能由程序改變。定時(shí)查詢需增加2+| log2N |根控制線，優(yōu)先級(jí)可用程序改變。獨(dú)立請(qǐng)求需增加2N+1根控制線，優(yōu)先級(jí)可用程序改變。1.簡(jiǎn)述個(gè)人電腦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總裁決算法的類型。答：個(gè)人電腦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線裁決算法主要有：靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法；固定時(shí)間片算法；（3）動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)算法；（4）先來(lái)先服務(wù)算法。2簡(jiǎn)述RISC機(jī)采用的延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的特點(diǎn)

47、。答：RISC機(jī)采用的延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的特點(diǎn)是：通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，設(shè)法使后繼指令變得 有用。一般采用三種調(diào)度策略：（1）將轉(zhuǎn)移不發(fā)生時(shí)應(yīng)該執(zhí)行的那條指令調(diào)度到延遲槽中；（2）將轉(zhuǎn)移不發(fā)生的那條指令調(diào)度到延遲槽中；（3）將轉(zhuǎn)移指令前的那條指令調(diào)度到延遲槽中。最后一種方法的效果最好，總能使性能獲得改善。試簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)流機(jī)的特點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：對(duì)提高并發(fā)處理效能非常有利。缺點(diǎn)：（1）對(duì)強(qiáng)相關(guān)性的程序，數(shù)據(jù)流機(jī)的效率反而比傳統(tǒng)控制流機(jī)效率還低； （2）在數(shù)據(jù)流機(jī)中為建立、識(shí)別、處理數(shù)據(jù)令牌標(biāo)記，需花費(fèi)較多的時(shí)間和空 間開銷；（3）數(shù)據(jù)流機(jī)不保存數(shù)組，對(duì)數(shù)組、遞歸等高級(jí)操作較難管理；（4） 數(shù)據(jù)流語(yǔ)言的變量代表數(shù)值不代

48、表存儲(chǔ)單元，所以程序員無(wú)法控制存儲(chǔ)分配；（5） 數(shù)據(jù)流機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)困難，I/O系統(tǒng)仍不完善；（6）數(shù)據(jù)流機(jī)沒(méi)有程序計(jì)數(shù)器， 使診斷和維護(hù)較難。在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，什么叫頁(yè)面失效?什么叫頁(yè)面爭(zhēng)用?什么時(shí)候，兩者同 時(shí)發(fā)生?什么時(shí)候，兩者不同時(shí)發(fā)生？答：要訪問(wèn)的虛頁(yè)不在實(shí)際主存中時(shí)，就會(huì)發(fā)生頁(yè)面失效。當(dāng)頁(yè)面調(diào)入主存時(shí)， 主存中的頁(yè)面位置全部已被其他虛頁(yè)占用時(shí)，就會(huì)發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用。當(dāng)分配給程序 的內(nèi)存已被全部占用之后，只要發(fā)生頁(yè)面失效，就一定會(huì)發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用。反之， 發(fā)生頁(yè)面失效，并不會(huì)發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“由中間開始”設(shè)計(jì)的方法和優(yōu)點(diǎn)。.答：從多級(jí)層次結(jié)構(gòu)上考慮，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用從中間開始

49、向兩邊進(jìn)行設(shè) 計(jì)。這樣，可避免軟件、硬件設(shè)計(jì)的脫節(jié)。既考慮能實(shí)現(xiàn)的硬件、器件，又考慮 應(yīng)用中可能要用到的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，還要考慮如何為操作系統(tǒng)、編譯系 統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供更好的硬件支持。先確定好軟件和硬件功能分配的界面，再分頭設(shè) 計(jì)硬件和軟件。這不僅有利于縮短系統(tǒng)的研制時(shí)間，也有利于硬件和軟件設(shè)計(jì)人 員之間的交流協(xié)調(diào)，使軟、硬件之間的功能分配趨于合理。并行性有那些不同的等級(jí)？答：并行性有不同的等級(jí)：（1）從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行程序的角度看，并行等級(jí)由低到高，分別是指令內(nèi)各微 操作之間的并行，多條指令之間的并行，多個(gè)任務(wù)或進(jìn)程之間的并行以及多個(gè)作 業(yè)或程序之間的并行等。（2）從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的角

50、度看，并行性等級(jí)由低到高，分別是位串字串（串 行堆處理機(jī)，無(wú)并行性），位并字串（傳統(tǒng)并行單處理機(jī)），位串字并和全并行等。（3）從計(jì)算機(jī)信息加工步驟和階段的角度看，并行性等級(jí)又有存儲(chǔ)器操作并行（并 行存儲(chǔ)器、相聯(lián)處理機(jī)），處理器操作步驟并行（流水線處理機(jī)），處理器操作并 行（陣列處理機(jī)），指令、任務(wù)、作業(yè)間的全面并行（多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）等。自定義數(shù)據(jù)表示可分為哪兩類？有何特點(diǎn)？答：自定義數(shù)據(jù)表示是為縮短高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)義差距引出來(lái)的。它又分 為標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述符兩類。帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示是讓數(shù)據(jù)字本身帶有數(shù) 據(jù)或信息的類型標(biāo)志。標(biāo)志符由編譯程序建立，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序透

51、明。其優(yōu)點(diǎn)是:可以簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)的難度；簡(jiǎn)化編譯程序，提高編譯效率；便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的一致性校驗(yàn)；能由硬件自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換，縮短解題的時(shí)間；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)要求其實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無(wú)關(guān)的要求；為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了一定的支持。數(shù)據(jù)描述符主要用于描述向量、數(shù)組、記錄等成塊的數(shù)據(jù)。它與標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示 的差別是：標(biāo)志符與數(shù)據(jù)合存于一個(gè)存儲(chǔ)單元中，用于描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類型和屬 性的；描述符則是與數(shù)據(jù)分開存放，主要用于描述成塊數(shù)據(jù)的特征的。簡(jiǎn)述陣列處理機(jī)兩種基本的結(jié)構(gòu)形式？答：陣列處理機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器組成方式的不同有兩種基本的結(jié)構(gòu)形式。第一種，分 布式存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)。各處理單元有局部存

52、儲(chǔ)器PEM存放被分布的數(shù)據(jù)，只 能被本處理單元直接訪問(wèn)。在控制部件CU內(nèi)還有一個(gè)存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲(chǔ) 器，整個(gè)系統(tǒng)是在CU控制下運(yùn)行用戶程序和部分系統(tǒng)程序的。在執(zhí)行主存儲(chǔ)器中 的用戶程序時(shí)，所有指令都在控制部件中進(jìn)行譯碼，把只適合串行處理的標(biāo)量或 控制類指令留給控制部件CU自己執(zhí)行，而把適合于并行處理的向量類指令“播送” 給各個(gè)PE，控制處于活躍的那些PE并行執(zhí)行。分布式存儲(chǔ)器構(gòu)形是SIMD陣列機(jī) 的主流。第二種，集中式共享存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)。與前一種構(gòu)形的主要差別是 系統(tǒng)存儲(chǔ)器由K個(gè)存儲(chǔ)體集中組成，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)ICN為全部N個(gè)處理單元所共享， 要求KNN。與分布式存儲(chǔ)器的構(gòu)形的兩個(gè)不同之處是互連網(wǎng)絡(luò)所起的作用不同， 信息在存儲(chǔ)器中分布的要求不同CU和SC的功能則與分布式存儲(chǔ)器構(gòu)形的沒(méi)有什 么差別。在“一次重疊”的機(jī)器中，會(huì)出現(xiàn)哪些相關(guān)?如何處理？答：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(shí)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(guò)程中修改指令，需要修改指令時(shí)可用類似 于1 BM370