2022年體系結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)歸納總結(jié)優(yōu)質(zhì)資料

1、小小的總結(jié)了一下,有些不怎么準(zhǔn),不妥之處請見諒哈哈一,名詞說明本大題20 分,每道題2 分1.虛擬運(yùn)算機(jī)：由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器,以區(qū)分于由硬件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器2.層次結(jié)構(gòu)：從運(yùn)算機(jī)語言的角度,把運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分成多級層次結(jié)構(gòu)第6 級 L6 ：應(yīng)用語言虛擬機(jī)第5 級 L5 ：高級語言虛擬機(jī)第4 級 L4 ：匯編語言虛擬機(jī)第3 級 L3 ：操作系統(tǒng)虛擬機(jī)第2 級 L2 ：機(jī)器語言 傳統(tǒng)機(jī)器級 第1 級 L1 ：微程序機(jī)器級3.透亮性：在運(yùn)算機(jī)技術(shù)中,對原先存在的事物或?qū)傩?但從某種角度看又好象不存在的概念稱為透亮性；4.運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的概念性的結(jié)構(gòu)和功能特性 界面的確定及功能

2、支配 1 分；5. 系列機(jī)1 分,是運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)軟,硬件由同一廠家生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號的機(jī)器；6. 系統(tǒng)的加速比對系統(tǒng)中的某些部件進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后的系統(tǒng)性能與改進(jìn)前 的系統(tǒng)性能之比；7. 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；8.程序的局部性原理程序在執(zhí)行時所拜望地址的分布不是隨機(jī)的,部分；9. CPI 指令時鐘數(shù)；CPI = 總時鐘周期數(shù) / IC 而是相對地簇聚；這種簇聚包括指令和數(shù)據(jù)兩反映了運(yùn)算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù),運(yùn)算機(jī)指令集的結(jié)構(gòu)和運(yùn)算機(jī)組織；10. 流水線技術(shù)將一個重復(fù)的時序過程分解成為如干個子

3、過程,上與其他子過程同時執(zhí)行；11靜態(tài)流水線而每一個子過程都可有效地在其專用功能段第 1 頁,共 9 頁在同一時間內(nèi),流水線的各段只能按同一種功能的連接方式工作；12. 動態(tài)流水線在同一時間內(nèi),當(dāng)某些段正在實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)算時,另一些段卻在 實(shí)現(xiàn)另一種運(yùn)算；13. 結(jié)構(gòu)沖突因硬件資源中意不了指令重疊執(zhí)行的要求 而發(fā)生的沖突；14. 數(shù)據(jù)相關(guān)對于兩條指令i（在前）和j（在后）,假如下述條件之一成立,就稱指令j 與指令i 數(shù)據(jù)相關(guān)：（1）指令j 使用指令i 產(chǎn)生的結(jié)果；k 又與指令i 數(shù)據(jù)相關(guān)；（2）指令j 與指令k 數(shù)據(jù)相關(guān),而指令15. 把握相關(guān)由分支指令引起的相關(guān)；它需要依據(jù)分支指令的執(zhí)行結(jié)果來確

4、定后續(xù)指令是否執(zhí)行；16. 名相關(guān)指令使用的寄存器或儲備器稱為名1 分；假如兩條指令使用相同的名,但是它們之間并沒有數(shù)據(jù)關(guān)系,就稱之為名相關(guān)；1 分 17. 非線性流水線流水線中除有串行連接的通路外,仍有反饋回路；18. 流水線寄存器文件 沒找到19. 沖突失效在組相聯(lián)或直接映像 Cache 中,如太多的塊映像到同一組（塊）中,就會顯現(xiàn)該組中某個塊被別的塊替換（即使別的組或塊有閑暇位置）失效；20. 線性流水線流水線的各段串行連 接,沒有反饋回路；21. 強(qiáng)制性失效,然后又被重新拜望的情形；這就發(fā)生了沖突當(dāng)?shù)谝淮伟萃粋€塊時,該塊不在Cache 中,需從下一級儲備器中調(diào)入Cache,這就是強(qiáng)制

5、性失效；22. 多指令流出技術(shù)多指令流出技術(shù)是指令流水線在每個時鐘周期內(nèi)可以流出多條指令（1 分）,包括超標(biāo)量,超流水線和超長指令字三種技術(shù)（1 分）；23. 超標(biāo)量流水線在一個機(jī)器周期內(nèi)一條流水線可執(zhí)行一條以上的指令；路單元完成；24. 失效開銷一條指令分為十幾段指令來由不同電CPU 向其次級儲備器發(fā)出拜望請求到把這個數(shù)據(jù)塊調(diào)入第一級儲備器所需的時間；25. 失效率CPU 在第一級儲備器中沒有找到所需數(shù)據(jù)的概率；26. 命中時間CPU 在第一級儲備器中找到所需數(shù)據(jù)所用的時間；27. 定向技術(shù)當(dāng)流水線中顯現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突時,可以將運(yùn)算結(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到其他指令中需要它的地方,或全部需要它的功

6、能單元,防止暫停；第 2 頁,共 9 頁28. 并行性并行性是指運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)具有可以同時進(jìn)行運(yùn)算或操作的特性,上工作；它包括同時性與并發(fā)性兩種含義；同時性指兩個或兩個以上大事在同一時刻發(fā)生；并 發(fā)性指兩個或兩個以上大事在同一時間間隔發(fā)生；29. 多體交叉儲備器在同一時間完成兩種或兩種以把儲備芯片組織為多個體,讓它們并行工作,從而能一次讀或?qū)懚鄠€字；儲備器的各個體是按字交叉的；30. RAID廉價(jià)磁盤冗余陣列或獨(dú)立磁盤冗余陣列；31. 分支推測緩沖分支推測技術(shù)是提高通用處理器性能的重要方法；分支推測的本質(zhì)是減弱指令的把握相關(guān),從而提高指令執(zhí)行的并行度,提高處理器的性能；（不太對啊）32. MIMD

7、 多指令流多數(shù)據(jù)流（MultipleInstructionStreamMultipleDataStream ,簡稱MIMD ）,它使用多個把握器來異步地把握多個處理器,從而實(shí)現(xiàn)空間上的并行性；二,選擇題本大題20 分,每道題2 分翻譯,說明：翻譯和說明是語言實(shí)現(xiàn)的兩種基本技術(shù)；其共同點(diǎn)是：都是以執(zhí)行一串 L 級指令來實(shí)現(xiàn)一條 L+1 級指令；不同點(diǎn)是：翻譯技術(shù)是先把 L+1 級程序全部轉(zhuǎn)換成 L 級程序后,再去執(zhí)行新產(chǎn)生的 L 級程序,在執(zhí)行過程中 L+1 級程序不再被拜望：而說明技術(shù)就是每當(dāng)一條L+1 級指令被譯碼后,就直接去執(zhí)行一串等效的 L 級指令,然后再去取下一條 L+1 級的指令,依

8、次重復(fù)進(jìn)行；軟件兼容同一個軟件可以不加修改地運(yùn)行于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的各檔機(jī)器,而且它們所獲得的結(jié)果一樣,差別只在于運(yùn)行時間不同；兼容機(jī)不同廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算機(jī)；向上下兼容按某檔運(yùn)算機(jī)編制的程序,不加修改的就能運(yùn)行于比它高（低）檔的運(yùn)算機(jī)；向前后兼容按某個時期投入市場的某種型號機(jī)器編制的程序,不加修改地就能運(yùn)行于在它之前（后）投入市場的機(jī)器；CISC復(fù)雜指令集運(yùn)算機(jī)；把越來越多的功能交由硬件來實(shí)現(xiàn),并且指令的數(shù)量也越來越多；RISC精簡指令集運(yùn)算機(jī)；它盡可能的把指令集簡化；不僅指令的條數(shù)少,而且指令的功能也較為簡潔；性能設(shè)計(jì)和評測的基本原就：自己看書吧 太多了流水線相關(guān)概念（多個題）：

9、同上全相聯(lián)映像：當(dāng)把一個塊從主存調(diào)入 Cache 時,它可以被放置到 Cache 中的任意一個位置；組相聯(lián)：當(dāng)把一個塊從主存調(diào)入 Cache 時,它可以被放置到 Cache 中唯獨(dú)的一個組中的任何第 3 頁,共 9 頁一個位置（Cache 被等分為如干組,每組由如干個塊構(gòu)成）；全局性相關(guān)：都沒找到啊 誰找完了再共享下局部性相關(guān)：都沒找到啊 誰找完了再共享下SISD ,SIMD ,MISD MIMD ：多指令流多數(shù)據(jù)流（MultipleInstructionStreamMultipleDataStream ,簡稱MIMD ）,它使用多個把握器來異步地把握多個處理器,次對應(yīng)就行,S 代表單的）RA

10、ID 廉價(jià)磁盤冗余陣列或獨(dú)立磁盤冗余陣列；RAID0 接受數(shù)據(jù)分塊技術(shù),把數(shù)據(jù)分布在多個盤上,無冗余信息；RAID1從而實(shí)現(xiàn)空間上的并行性；（依鏡像盤；每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時,也將該數(shù)據(jù)寫到另一個冗余盤（鏡像盤）,形成數(shù)據(jù)的兩個備份（數(shù)據(jù)鏡像）；假如一個磁盤失效,系統(tǒng)可以到鏡像盤中獲得所需要的數(shù)據(jù)；RAID2位交叉式漢明編碼陣列；數(shù)據(jù)字以位交叉方式分別記錄在各個磁盤上,編碼位被存放在多個校驗(yàn)（Ecc）磁盤的對應(yīng)位上；RAID3位交叉奇偶校驗(yàn)盤陣列；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(yàn)信息儲備在專用的冗余盤上；特點(diǎn)是可以獲得特殊高的數(shù)據(jù)傳輸率；缺點(diǎn)是一次只能執(zhí)行一個 I/O 請求；R

11、AID4專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列；校驗(yàn)信息存放在一個專用盤上；RAID5數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉的方式存于各盤,冗余的奇偶塊交叉分布式奇偶校驗(yàn)盤陣列,是旋轉(zhuǎn)奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取的陣列；即數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤,但無專用的冗余盤,而是把冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻地分布在全部磁盤上；RAID6雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)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,冗余的檢,糾錯信息均勻地分布在全部磁盤上；可容忍雙盤出錯；1,以下描述哪個不正確？（）A 傳統(tǒng)機(jī)器級的體系結(jié)構(gòu)是一般所說的高級語言程序員所看到的傳統(tǒng)機(jī)器級所具有的屬 性；B 運(yùn)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的運(yùn)算機(jī)的屬性,即概念性結(jié)構(gòu)與功能特

12、性；C 依據(jù)運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu),不同級程序員所看到的運(yùn)算機(jī)具有不同的屬性；D 透亮性是指在運(yùn)算機(jī)技術(shù)中,對這種原先是存在的事物或?qū)傩?但從某種角度看又好象不存在；答：A 第 4 頁,共 9 頁2,運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者所關(guān)懷的是（A 硬件設(shè)計(jì)人員B 規(guī)律設(shè)計(jì)人員C 機(jī)器語言或匯編語言程序員D 高級語言程序員 答：C ）所看到的的運(yùn)算機(jī)結(jié)構(gòu)；3,能實(shí)現(xiàn)指令,程序,任務(wù)級并行的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)屬于（）；ASISD BSIMD CMISD DMIMD 答：D 4,在提高CPU 性能的問題上,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度,可以（）；A 提高時鐘頻率B 削減程序指令條數(shù)C 削減每條指令的時鐘周期數(shù)D 削減程序指令條數(shù)和

13、削減每條指令的時鐘周期數(shù)三,簡答題本大題20 分,每道題5 分（感覺這幾個會考,別的自己看吧）1. 在體系結(jié)構(gòu)課程中經(jīng)常提到諸如SPEC92 等測試程序,并得出一系列統(tǒng)計(jì)表格數(shù)據(jù)；請問它們的作用是什么？答：在相應(yīng)的部件設(shè)計(jì)中,測試所設(shè)計(jì)部件見的性能（的性能,并作為設(shè)計(jì)方案的評判基礎(chǔ)（3 分）2. RAID0 到5 的特點(diǎn)區(qū)分 答：看P225 頁的表吧2 分）,用以評判所設(shè)計(jì)的部件3. 某一執(zhí)行部件改進(jìn)后其速度為原先的1/5 ,改進(jìn)后此部件的執(zhí)行時間占系統(tǒng)總時間的40%；問改進(jìn)后獲得的加速比是多少？答：此部件改進(jìn)前的相對執(zhí)行時間為40%*5 （1 分）,所以系統(tǒng)改進(jìn)前的相對執(zhí)行時間為40%*5+

14、60% （2 分）,因此加速比為（2 分）；4. Cache 失效的種類有哪些？哪些失效與 Cache 容量無關(guān)？哪些失效與相聯(lián)度無關(guān)？答：分為3 類：強(qiáng)制性失效,容量失效,沖突失效；強(qiáng)制性失效不受 cache 容量的影響；強(qiáng)制性和容量失效不受相連度的影響；5. 為什么增加Cache 塊的大小不愿定會降低Cache 失效率？答：P177 頁第一段 四,問答題：（本大題16 分,每道題8 分）（感覺這幾個是重點(diǎn),其余的自己看著辦吧）1. 寫出構(gòu)成多處理機(jī)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的四種方法,以及它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？必考 答：構(gòu)成多處理機(jī)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)方法有四種：器和多級開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（2 分）；總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔,

15、分別是總線系統(tǒng),交叉開關(guān)系統(tǒng),多端口儲備易實(shí)現(xiàn)易擴(kuò)展,但它的傳輸速度低,特殊是多處理機(jī)較多的時候（1 分）；交叉開關(guān)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多通道并行通訊,是通信帶寬最高的一種方式,但它的開關(guān)和 N*N 成正比,所以成本很高,一般僅用在多處理機(jī)較少的場合（2 分）；多端口儲備器是一種折衷的方案,它的成本和性能都介于總線和交叉開關(guān)系統(tǒng)之間,它適用于由大型機(jī)構(gòu)成的多處理機(jī)系統(tǒng)2 分）；多級開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是針對交叉開關(guān)系統(tǒng)的缺點(diǎn)來（設(shè)計(jì)的,它接受多級交叉開關(guān)系 既保證了可連接的多處理機(jī)數(shù)量,又把握了成本（1 分）；統(tǒng),2. RISC 運(yùn)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)必需遵循的原就有哪些？答：只保留常用的和必需的指令（1

16、分）；接受指令流水線技術(shù)（1 分）；除了Load/Store 指令之外,其他的指令在一個時鐘周期內(nèi)完成（1 分）；第 5 頁,共 9 頁3. 不用或少用微程序設(shè)計(jì),用硬布線規(guī)律設(shè)計(jì)電路（1 分）；指令的格式簡潔,全部長度都相同（1 分）；只保留最少的尋址方式,簡化譯碼電路（1 分）；接受Cache,并使用大量的寄存器（1 分）；優(yōu)化編譯器設(shè)計(jì),提高流水線效率（1 分）；Cache 的寫策略有哪些？各自有什么特點(diǎn)？答：Cache 的寫策略有寫直達(dá)法和寫回法兩種；寫直達(dá)法是指在執(zhí)行寫操作的時候,不僅把數(shù)據(jù)寫入Cache 的相應(yīng)塊中,也將數(shù)據(jù)寫入下一級儲備器中的相應(yīng)塊中（1 分）；Cache 寫回法

17、是指Cache 執(zhí)行寫操作的時候,僅儲存到 Cache 中,當(dāng)塊替換的時候才將數(shù)據(jù)塊寫回到主存中（1 分）；寫回法的優(yōu)點(diǎn)是速度快,而且由于同一地址的多次寫操作只有最終一次的結(jié)果被儲存到主存中,所以使用的儲備器的帶寬較低（1 分）；但寫回法產(chǎn)生數(shù)據(jù)一樣性的機(jī)會要多（1 分）；寫直達(dá)法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡潔,而且下一級儲備器的數(shù)據(jù)總是最新的（1 分）,但寫儲備器的次數(shù)較頻繁,所以需要接受寫緩沖器（支配式；按寫支配式是指1 分）；在寫失效的時候,有兩種選擇：按寫支配式和不按寫 Cache 執(zhí)行寫操作的,假如不命中,先將相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊主存調(diào)度到Cache 中,然后執(zhí)行寫操作；不按寫支配式是在寫失效的時候,直接

18、寫入下一級儲備器而不將相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache 中（1 分）；由于兩種寫策略的差異,所以寫回法經(jīng)常接受按寫支配式,而寫直達(dá)法經(jīng)常接受不按寫支配式（1 分）；五,運(yùn)算題1. 給定以下的假設(shè),試運(yùn)算直接映象Cache 和兩路組相聯(lián)Cach 的平均拜望時間以及CPU 的性能；由運(yùn)算結(jié)果能得出什么結(jié)論？理想Cache 情形下的CPI 為,時鐘周期為2ns,平均每條指令訪存次；兩者Cache 容量均為64KB ,塊大小都是32 字節(jié)；組相聯(lián)Cache 中的多路選擇器使CPU 的時鐘周期增加了10；這兩種Cache 的失效開銷都是80ns；命中時間為1 個時鐘周期；64KB 直接映象Cache 的失效率

19、為1.4,64KB兩路組相聯(lián)Cache 的失效率為；解：平均拜望時間命中時間失效率失效開銷平均拜望時間 1-路=2.0+1.4% 平均拜望時間 2-路=2.0*1+10%+1.0% 可以看出：兩路組相聯(lián)的平均拜望時間比較低CPUtime= （CPU 執(zhí)行+儲備等待周期）* 時鐘周期 =IC （CPI 執(zhí)行+總失效次數(shù)/指令總數(shù)* 失效開銷）* 時鐘周期=IC （CPI 執(zhí)行* 時鐘周期）+（每條指令的訪存次數(shù)*失效率* 失效開銷* 時鐘周期）CPU time 1-way=IC2.0*2+1.2*0.014*80 5.344*IC CPU time 2-way=IC2.2*2+1.2*0.01*

20、80 5.36*IC 相對性能比：兩路組相聯(lián)；兩路組相聯(lián)Cache 的平均性能比直接映象 cache 要高倍；因此這里選擇2. 在改進(jìn)的DLX 流水線上運(yùn)行如下代碼序列：LOOP: LD F0, 0R1 MULTD F0, F0, F2 LD F4, 0R2 ADDD F0, F0, F4 SD 0R2, F0 SUBI R1, R1, 8 SUBI R2, R2, 8BNEZ R1, LOOP 其中,R1 的初始值是320,假設(shè)全部儲備器拜望都命中 Cache,流水線中使用定向技術(shù)時,浮點(diǎn)指令的推遲表如下：產(chǎn)生結(jié)果的指令使用結(jié)果的指令推遲數(shù)量浮點(diǎn)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算3浮點(diǎn)運(yùn)算SD 2LD 浮點(diǎn)運(yùn)算1

21、LD SD 01 假設(shè)在流水線中使用定向技術(shù)和接受推測分支失敗的方法,判定需要多少個時鐘周期執(zhí)行完成？2 假設(shè)在流水線中使用定向技術(shù)和一個單周期推遲分支,依據(jù)需要開放上面的循環(huán)并進(jìn)行指令調(diào)度,直到?jīng)]有任何閑暇周期,寫出指令調(diào)度方案并判定需要多少個時鐘周期執(zhí)行完成？答: 1）依據(jù)表所給的推遲,程序執(zhí)行情形如下 :LOOP: LD F0, 0R1Stall 產(chǎn)生 F0 的為取操作,使用 F0 的為浮點(diǎn)運(yùn)算操作,所以推遲為 1MULTD F0, F0, F2LD F4, 0R2Stall 產(chǎn)生 F4 的為取操作,使用 F4 的為浮點(diǎn)運(yùn)算操作,所以推遲為 1Stall 產(chǎn)生 F0 的為浮點(diǎn)運(yùn)算操作,使用 F0 的為浮點(diǎn)運(yùn)算操作,所以推遲共為3ADDD F0,F0,F4StallStall 產(chǎn)生F