《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》復習題

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復習填空15*1分，選擇15*1分，簡答題5/630分，綜合題4*10分）12、各機器級的實現(xiàn)主要靠翻譯和解釋或兩者結(jié)合進行。翻譯是先用轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏咭患墮C器級上的程序整個地變換成低一級機器級上等效的程序，然后再在低一級機器級上實現(xiàn)的技能，是通過對高級的機器級語言程序中的每條語句或指令逐條解釋來實現(xiàn)的技術(shù)。3、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在計算機系統(tǒng)機器級層次中指傳統(tǒng)機器級的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是軟、硬件之間的功能分配以及對傳統(tǒng)機器級界面的確定，為機運行應看到的遵循的計算機屬性。5、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的屬性包括：1.數(shù)據(jù)表示、2.尋址方式、3.寄存器組織、4.指令系統(tǒng)、5.6.7.8.機器級的I/O結(jié)構(gòu)、9.系統(tǒng)各部分的信息保護方式和保護機構(gòu)等。6、機器透明性：指相對于每一機器級設計人員，都客觀存在的功能或?qū)傩钥床坏降默F(xiàn)象，稱相對于此級設計人員來說，這些功能或?qū)傩允蔷哂型该餍?，即透明的?8、計算機組成設計要解決的問題是在所希望達到的性能和價格下，怎樣更好、更合理地把各種設備各部件組織成計算機，來實現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。9、當前，計算機組成設計主要是圍繞提高速度，著重從提高操作的并行度、重疊度，以及功能的分散和設置專用功能部件來進行的。10、計算機組成設計要確定的方面一般應包括：1.數(shù)據(jù)通路寬路、2.專用部件的設置、3.各種操作對部件的共享程度、4.功能部件的并行度、5.控制機構(gòu)的組成方式、6.緩沖和排隊技術(shù)、7.預估預判技術(shù)、8.可靠性技術(shù)等。、計算機實現(xiàn)指計算機組成的物理實現(xiàn)，包括處理機、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集實現(xiàn)技術(shù)中起著主導作用。13、軟、硬件取舍的三個基本原則是：（1）.考慮在現(xiàn)有硬件、器件(主要是邏輯器件和存儲器)條件下，系統(tǒng)要有高的性能價格比，主要從實現(xiàn)費用、速度和其他性能要求來綜合考慮。種組成、實現(xiàn)技術(shù)的采用。（3）.從“軟”的角度考慮如何為編譯和操作系統(tǒng)的實現(xiàn)以及為高級語言程序的設計提供更多更好的硬件支持。14、程序在系統(tǒng)上運行的時間應該是衡量機器時間（速度）性能最可靠的標準。15可獲得的最高理論性能值，它不能反映出系統(tǒng)的實際性能。16、持續(xù)性能的表示有算術(shù)性能平均值、調(diào)和性能平均值和幾何性能平均值三種。1718CPUTcpu3個因素，即程序執(zhí)行的總指令條數(shù)IC指令的時鐘周期數(shù)CPI、主時鐘頻率fc。19、MIPSCPI有關(guān)，CPI越少，MIPSMIPS很大程度依賴于機器的指令系統(tǒng)，用它很難MIPS只能用于比較相同機器指令系統(tǒng)的計算機之間的性能。即使是同一臺機器，程序不同，其CPIMIPS還與機器硬件有關(guān)，如浮點運算部件的機器，雖MIPS很低，但浮點運算速度會很雖然很高，但浮點運算速度可能很低。MFLOPS只能反映機器執(zhí)行浮點操作的性能，并不能反映機器的整體性能。20、簡述Amdahl定理？使用頻率或占總執(zhí)行時間的比例有關(guān)。Told：沒有采用改進措施前執(zhí)行某任務的時間Tnew：采用改進措施后執(zhí)行某任務的時間Sp：加速比（系統(tǒng)改進后的性能與未改進時的性能的比值）Sp=Told/Fe:計算機執(zhí)行某個任務的總時間中可被改進部分的時間所占比例。ne：改進部分采用改進措施后比沒有采用改進措施的性能提高倍數(shù)（部件加速比21、程序訪問的局部性包括時間上和空間上的兩個局部性。22、什么是時間上的局部性？指最近將來要用到的信息很可能就是現(xiàn)在正在使用的信息，這是因為程序存在著循環(huán)。23、什么是空間上的局部性？指最近將來要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在程序位置上是鄰近的，這是因放在一起。24現(xiàn)：統(tǒng)一高級語言、采用系列機、模擬和仿真。25、模擬是指？仿真是指？B機器的每條機器指令用A機器一段機器語言程序解釋,如同A機器上也有B機器的指令系統(tǒng)一樣,這種用機器語言程序解釋實現(xiàn)軟件移植的方法稱為模擬.進行模擬的A機器稱為宿主機,被模擬的B機器稱為虛擬機.用微程序直接解釋另一種機器指令系統(tǒng)的方法就稱為仿真。進行仿真的機器稱為宿主機,被仿真的B機器稱為目標機。為仿真所寫的解釋程序稱為仿真微程序。26_降。27、B機上的每條指令都由A機上的一段微程序解釋執(zhí)行稱為仿真。28.流水線分為靜態(tài)流水線和動態(tài)流水線。靜態(tài)：某一時間內(nèi)各段只能按同一種功能連接流水。動態(tài)：同一時間內(nèi)可按不同運算或功能連接。29、衡量浮點操作的指標是MFLOPS ，衡量指令執(zhí)行速度的指標MIPS 。30、指令系統(tǒng)設計的兩大典型風格CISC RISC 。31、克服流水中的瓶頸段的兩種方法是：瓶頸流水段的細分和瓶頸流水段的重復。32、流水線中出現(xiàn)的3種相關(guān)是：結(jié)構(gòu)相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)，控制相關(guān)。33三種方法是統(tǒng)一高級語言、采用系列機、模擬和仿真。3（橫向處理方法（縱向處理方法縱橫向處理方法。35、處理器間采用單向環(huán)網(wǎng)時的互連函數(shù)是：PM2或PM2。+0 -036、以硬件為基礎實現(xiàn)多Cache（緩存）一致性方法有：寫作廢法、寫更新法、目錄表法。37、編址方式常分為三它們隱含編, 獨立編和統(tǒng)一編址。3、陣列處理機的基本結(jié)構(gòu)分為兩種（）分布式存儲器的陣列機（）機。39、程序并行性相關(guān)性有三種，即數(shù)據(jù)相關(guān)、數(shù)據(jù)反相關(guān)、數(shù)據(jù)輸出相關(guān)。尋址方式的三種面向：面向主存，面向寄存器，面向堆棧。指令系統(tǒng)的特性：所決定的響應次序。中斷的處理次序46、數(shù)據(jù)表示指的是能由機器硬件直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是要通過軟件映像，變換成機器中所具有的數(shù)據(jù)表示來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟，硬件的交界面。47、自定義數(shù)據(jù)表示包括標志符數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述符兩類；高級數(shù)據(jù)表示：自定義數(shù)據(jù)表示，向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示，堆棧數(shù)據(jù)表示。48、在指令系統(tǒng)設計、發(fā)展和改進上，RISC采用：通過減少指令種數(shù)和簡化指令功能來降低硬件設計的復雜度，提高指令的執(zhí)行速度。49、在指令系統(tǒng)設計、發(fā)展和改進上，CISC采用：進一步增強原有指令的功能以及設置更為復雜的新指令取代原先由軟件子程序完成的功能，實現(xiàn)軟件功能的硬化。51、流水線的表示法有三種：連接圖法、時空圖法、預約表法。52路將該運算結(jié)果提前傳送到有關(guān)緩沖寄存器，使后續(xù)指令得以不停頓地進入流水線。53、衡量流水線性能的主要指標有：吞吐率、加速比和效率。I/Oa.程序控制I/O(包括全軟的，程序查詢的，中斷驅(qū)動的)b.直接存儲器訪問（DMA）c.I/O處理機方式（通道方式，外圍處理機方式PPU）55.標量流水機全局性相關(guān)的處理：(1（2）加快和提前形成條件碼（3）（4）的處理。簡答題CISC可分別從面向目標程序，面向高級語言，面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實現(xiàn)三個方面來敘述。RISC:邏輯采用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合；在CPU中設置大量工作寄存器并采用重疊寄存器窗口。RISC址方式和指令格式。程現(xiàn)場，建立被調(diào)過程新現(xiàn)場，以及返回時恢復主調(diào)過程現(xiàn)場等所需的輔助操作。更簡單，直接地實現(xiàn)過程中的參數(shù)傳遞。設計RISC設計RISC機器的一般原則：簡化指令的格式，讓指令字等長，并可4少量指令可采用微程序解釋；5.精心設計高質(zhì)量的編譯程序來優(yōu)化支持高級語言程序的實現(xiàn)。設計RISC1RISC2CPUCache56、將下面程序改寫成不存在數(shù)據(jù)相關(guān)的形式?Z=0DO 10 I=1，64X(I)=X(I)+Y(I)Z=Z+X(I)10 CONTINUE57、簡述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成和計算機實現(xiàn)的定義和相互關(guān)系？外特性，就是計算機的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。以及邏輯設計等。計算機實現(xiàn)：是指計算機組成的物理實現(xiàn)。包括處理機、主存、等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件集成度、速度、信號傳輸?shù)?。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會使可以采用的組成技術(shù)產(chǎn)生差異；組成也會影響結(jié)構(gòu)。62、向量流水處理的三種方式：1左至右橫向地進行。2上而下縱向地進行。3結(jié)合的方式。63指令并行執(zhí)行，這種技術(shù)稱為兩條流水線的鏈接技術(shù)64、實現(xiàn)鏈接的條件沒有向量寄存器沖突和運算部件沖突。只有第一個結(jié)果送入向量寄存器的那一個周期可以鏈接。先行的兩條指令產(chǎn)生運算結(jié)果的時間必須相等。兩條向量指令的向量長度必須相等。66、PM2I單級網(wǎng)絡的互連函數(shù)： 。67或PM2-0。68和PM2-0。開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性的途徑有時間重疊，資源重復和資源共享等。計算機系統(tǒng)的分類弗林.按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性單指令流單數(shù)據(jù)流單指令流多數(shù)據(jù)流多指令流單數(shù)據(jù)流多指令流多數(shù)據(jù)流71、什么是機群系統(tǒng)？什么是大規(guī)模并行機系統(tǒng)？72、靜態(tài)數(shù)據(jù)流機與動態(tài)數(shù)據(jù)流機主要區(qū)別在哪里？VLSI結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵因素。硬結(jié)合方法進行計算機的輔助設計和輔助制造。獨立請求三種總線控制方式的優(yōu)缺點件產(chǎn)生故障時通信的可靠性。3不會因某個部件失效而影響其他部件對總線的使用，可靠性高。缺點：1.控制線的數(shù)量多，需2+[1bN]根；2.詢線的線數(shù)（編址能力34號的頻率和部件數(shù)，不能很高。1缺點：控制線數(shù)量過大，為控制N個設備必須有2N+1根控制線，而且總線控制器要復雜得多。引入數(shù)據(jù)表示的原則原則一看系統(tǒng)的效率是否顯著提高，包括實現(xiàn)時間和存儲空間是否有顯著減少，實現(xiàn)時間是否減少又主要看在主存和處理機之間傳送的信息量是否減少。傳送的信息量減少，實現(xiàn)時間就越少。原則二看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否提高。如果只對某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)P33習題16，7，10，11第一章Amdahl（1）P79習題29，10，11，12(第二章哈夫曼編碼，大題1個)P109習題35，6，8第三章P89中斷屏蔽位設置（大題1個P195習題5 6，11第五章P185流水線預約表及狀態(tài)圖（大題1個P200習題6 1，2，5第六章P200鏈接圖會畫（大題1個）40:(1)CPUA采用一條比較(2)CPUB能合在一條指令的方法，這樣實現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移只需一條指令。假設在這兩臺機器的指令系統(tǒng)中，執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令需2個時鐘周期，而其他指令只需1CPUA20%。由于每條轉(zhuǎn)移指令都需要一條比較指令，所以比較指令也將占20%。由于CPUB因此它的時鐘周期就比CPUA25%。問CPUACPUB哪個工作速度要快些？41、假設FPSQR%。改進的一種方法是采用FPSQRFPSQR10倍。另一種方法是使FP2，F(xiàn)P50%。比較兩個設計方案。421050%.問改進后,獲得的加速比Sp43Cache5Cache90%.問:采用Cache4420(2)若要得到加速比為2.5,可向量化百分比是多少?45Cache2000109010%指令中每條指令的執(zhí)行時間相同.如果要執(zhí)行的某程序共50000條指令,且已知其中的10Cache58533個流水段是取指令I(lǐng)F、取操作數(shù)一個或多個包括寫回。程ACC請畫時時空圖說明1）在程序執(zhí)行中所有可能出現(xiàn)的相關(guān)情況（）調(diào)度方法。INC R0； R0（R0）+1MVL STR R1,ACC; ADD ACC,R0; STA M,ACC; 59、在一臺流水線處理機上執(zhí)行下面程序。I1I2SUBLOADR1,#8；;R00R1向量長度8I3Loop:LOADR2,A(R1);R2A向量的第1個元素I4MULR2，R1；R2(R2)*(R1)I5ADDR0,R2;R0(R0)+(R2)I6DNER1 Loop;(R1)0LoopI7STORER0,M(x);保存結(jié)果每條指令都要經(jīng)過“取指個流水段，每個流水段延遲都5nsLS部件和ALULS部件完成LOAD和STORE切換連接，且ALU畫出指出指令流水線的時空圖（中間部分可省略，圖中可用指令序號表示）計算流水線的吞吐率和加速比，并分別計算譯碼部件和ALU604時間1234567流水段S1S2S3S4XXXXXXX求平均啟動距離最小的恒定循環(huán)。按最小啟動距離調(diào)度任務時，有10個任務進入流水，畫出時空圖，計算實際吞吐率。61、在一個5段的流水線處理機上需經(jīng)9拍才能完成一個任務,其預約表為:時t0間流水段t1t2t3t4t5t6t7t8S1V