系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)資料1

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念1、給個(gè)實(shí)例判斷是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成或?qū)崿F(xiàn)？(P2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各級(jí)界面的劃分、定義及其上下的功能分配。計(jì)算機(jī)組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器級(jí)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)。在所希望達(dá)到的性能和價(jià)格下，怎樣更好、更合理地把各種設(shè)備和部件組織成計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)。實(shí)例：(1)指令系統(tǒng)的確定：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。指令的實(shí)現(xiàn)，如取指令、指令操作碼譯碼等：計(jì)算機(jī)組成。實(shí)現(xiàn)這些指令功能的具體電路、器件的設(shè)計(jì)及裝配技術(shù)：計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。確定指令系統(tǒng)中是否要設(shè)乘法指令：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。乘法指令用專(zhuān)門(mén)的乘法器實(shí)現(xiàn)還是用加法-移位來(lái)實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)組成。乘法器、加法-移位器的物理實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。主存容量與編址方式的確定：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到性能價(jià)格要求，速度應(yīng)該多少，采用什么邏輯結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)組成。主存器件的選定，邏輯設(shè)計(jì)，微組裝技術(shù)：計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念和三者的關(guān)系。(P6)答：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各級(jí)界面的劃分、定義及其上下的功能分配。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成、實(shí)現(xiàn)三者互不相同，但又相互影響。相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，可以因速度不同而采用不同的組成。反過(guò)來(lái)，組成也會(huì)影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，微程序控制就是一個(gè)典型的例子。正因?yàn)槿绱?，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須結(jié)合應(yīng)用考慮，為軟件和算法的實(shí)現(xiàn)提供更多更好的支持，同時(shí)要考慮可能采用和準(zhǔn)備采用的組成技術(shù)。組成設(shè)計(jì)向上決定于結(jié)構(gòu)，向下受限于實(shí)現(xiàn)技術(shù)。結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時(shí)期及不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)有差異。3、實(shí)現(xiàn)軟件移植的技術(shù)。(P14)軟件的可移植性：軟件不修改或只經(jīng)少量修改就可由一臺(tái)機(jī)器移到另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，同一軟件可應(yīng)用于不同的環(huán)境。實(shí)現(xiàn)軟件移植的技術(shù)：統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言。采用系列機(jī)。模擬和仿真。4、系列機(jī)含義。(P14)系列機(jī)：在軟、硬件界面上有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器。5、系列機(jī)兼容性。(P14)向上(下)兼容：按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行于比他高(低)檔的機(jī)器上。系列機(jī)各檔機(jī)器之間軟件一般應(yīng)做到向上兼容。但向下兼容就不一定。6、模擬和仿真的含義、各有什么特點(diǎn)、相互間的區(qū)別。(P17)模擬：在A機(jī)器上虛擬實(shí)現(xiàn)B機(jī)器的機(jī)器語(yǔ)言(B的每條機(jī)器指令用A機(jī)器的一段機(jī)器語(yǔ)言解釋)，如同A機(jī)器上也有B機(jī)器的指令系統(tǒng)一樣。這種用機(jī)器語(yǔ)言程序解釋實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法稱(chēng)為模擬。(進(jìn)行模擬的A機(jī)器稱(chēng)為宿主機(jī)，被模擬的B機(jī)器稱(chēng)為虛擬機(jī)。)特點(diǎn)：模擬程序的編制復(fù)雜和費(fèi)時(shí)，運(yùn)行速度低，實(shí)時(shí)性變差等。因此，模擬方法只適用于移植運(yùn)行時(shí)間短，適用次數(shù)少，而且在時(shí)間關(guān)系上沒(méi)有受約束的軟件。仿真：直接用微程序去解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)的方法稱(chēng)為仿真。(進(jìn)行仿真的器件稱(chēng)為宿主機(jī)，被仿真的機(jī)器稱(chēng)為目標(biāo)機(jī)。)特點(diǎn)：仿真可以提高被移植軟件的運(yùn)行速度，但當(dāng)兩種機(jī)器的結(jié)構(gòu)差別較大時(shí)就很難仿真。相互間的區(qū)別：仿真和模擬的主要區(qū)別在于解釋用的語(yǔ)言。仿真是用微程序解釋?zhuān)浣忉尦绦虼嬖谟诳刂拼鎯?chǔ)器中，而模擬是用機(jī)器語(yǔ)言解釋?zhuān)浣忉尦绦虼嬖谟谥鞔嬷?。不同系列機(jī)間的軟件移植一般是仿真和模擬并行。7、并行性的概念，有哪兩個(gè)含義，兩個(gè)含義的區(qū)別。(P22)概念：解題計(jì)算中具有可以同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算或操作的特性。兩個(gè)含義：同時(shí)性和并發(fā)性。兩個(gè)含義區(qū)別：同時(shí)性指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)性指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。8、并行性的并發(fā)途徑和含義。(P24)時(shí)間重疊：引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的給個(gè)部分，加快硬件周轉(zhuǎn)來(lái)贏得速度。資源重復(fù)：引入空間因素，通過(guò)重復(fù)設(shè)置硬件資源來(lái)提高可靠性或性能。資源共享：用軟件的方法讓多個(gè)用戶(hù)按一定時(shí)間順序輪流使用同一套資源來(lái)提高資源利用率，相應(yīng)地也就提高了系統(tǒng)的性能。9、耦合性。(P26)一般用耦合度反映多機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)器之間物理連接的緊密度和交叉作用能力的強(qiáng)弱(最低耦合、松散耦合、緊密耦合)。10、從不同角度對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)(三個(gè))。(P26)弗林分類(lèi)法：按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性。(指令流：機(jī)器執(zhí)行的指令序列。數(shù)據(jù)流：由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸入數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。多倍性：在系統(tǒng)性能瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個(gè)數(shù)。)分成：?jiǎn)沃噶盍鲉螖?shù)據(jù)流(SISD)、單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)、多指令流單數(shù)據(jù)流(MISD)、多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)o庫(kù)克分類(lèi)法：按指令流和執(zhí)行流及其多倍性。分成：?jiǎn)沃噶盍鲉螆?zhí)行流(SISE)、單指令流多執(zhí)行流(SIME)、多指令流單執(zhí)行流(MISE)、多指令流多執(zhí)行流(MIME)o美籍華人馮澤云：按數(shù)據(jù)處理的并行度。分成：字串位串(WSBS)、字串位并(WSBP)、字并位串(WPBS)、字并位并(WPBP)o第2章數(shù)據(jù)表示、尋址方式與指令系統(tǒng)1、CISC存在哪些問(wèn)題？(P62)指令系統(tǒng)龐大，一般在200條指令以上。許多指令的操作繁雜，執(zhí)行速度低，甚至不如用幾條簡(jiǎn)單基本的指令組合實(shí)現(xiàn)。由于指令系統(tǒng)龐大，使高級(jí)語(yǔ)言編譯程序選擇目標(biāo)指令范圍太大，因此難以?xún)?yōu)化生成高效機(jī)器語(yǔ)言程序，編譯程序也太長(zhǎng)，太復(fù)雜。由于指令系統(tǒng)龐大，各種指令的使用頻度都不會(huì)太高，且差別很大，其中相當(dāng)一部分的利用率很低。2、RISC設(shè)計(jì)的基本原則。(P62)只選擇使用頻度很高的指令，增加少量能有效支持操作系統(tǒng)、高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)及其他功能的指令，大大減少指令條數(shù)，使之一般不超過(guò)100條。減少指令系統(tǒng)所用尋址方式種類(lèi)，一般不超過(guò)兩種。讓所有指令都在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。⑷擴(kuò)大通用寄存器，一般不少于32個(gè)，盡量減少訪(fǎng)存，所有指令只有存(STORE)、取(LOAD)指令訪(fǎng)存，其他指令一律只對(duì)寄存器操作。為提高指令執(zhí)行速度，大多數(shù)指令都用硬件控制實(shí)現(xiàn)，少數(shù)指令才用微程序?qū)崿F(xiàn)。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)。3、設(shè)計(jì)RISC的基本技術(shù)有哪些？(P64)按設(shè)計(jì)RISC的一般原則來(lái)設(shè)計(jì)。邏輯實(shí)現(xiàn)采用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。在CPU中設(shè)置大量工作寄存器并采用重疊存儲(chǔ)器窗口。指令用流水和延遲轉(zhuǎn)移。采用高速緩沖存儲(chǔ)器Cache，設(shè)置指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分別存放指令和數(shù)據(jù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。4、重疊窗口的作用有哪些？(P64)答：可以實(shí)現(xiàn)相鄰過(guò)程直接交換參數(shù)，顯著減少過(guò)程調(diào)用和返回的執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行的指令條數(shù)及訪(fǎng)存次數(shù)。5、RISC的好處。(P66)簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)，適合VLSI實(shí)現(xiàn)。提高機(jī)器的執(zhí)行速度和效率。降低了設(shè)計(jì)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。可直接支持高級(jí)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化編譯程序的設(shè)計(jì)。6、RISC的問(wèn)題和不足。(P68)由于指令少，使原在CISC上由單一指令完成的某些復(fù)雜功能現(xiàn)在要用多條RISC指令才能完成，加重了匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)，增加了機(jī)器語(yǔ)言程序的長(zhǎng)度，占用存儲(chǔ)空間多，加大了指令的信息流量。對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算執(zhí)行和虛擬存儲(chǔ)器的支持雖有很大加強(qiáng)，但仍顯得不足。RISC機(jī)器的編譯程序比CISC的難寫(xiě)。第五章流水和指令級(jí)高度并行的超級(jí)機(jī)1、重疊和一次重疊的含義。(P147)重疊：指令的重疊解釋?zhuān)诮忉尩趉條指令的操作完成之前，就可開(kāi)始解釋第k+1條指令。一次重疊：指令分析部件和指令執(zhí)行部件任何時(shí)候都只能有相鄰兩條指令在重疊解釋的方式。2、主存空間數(shù)相關(guān)的處理。(P151)主存空間數(shù)相關(guān)：相鄰兩條指令之間出現(xiàn)對(duì)主存同一單元要求先寫(xiě)而后讀的關(guān)聯(lián)。處理:在存控中將寫(xiě)數(shù)級(jí)別安排成高于讀數(shù)級(jí)別，則當(dāng)?shù)趉條指令和第k+1條指令出現(xiàn)主存數(shù)相關(guān)時(shí)，存控就會(huì)先去處理“執(zhí)行k”的寫(xiě)數(shù)，而將“分析k+1“的讀申請(qǐng)推遲到下一個(gè)主存周期才能處理，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了推后分析k+1”。3、寄存器組相關(guān)的處理方法(一般數(shù)、基址變址)。(P152)推后“分析k+1”和設(shè)置“相關(guān)專(zhuān)用通路”是解決重疊方式相關(guān)處理的兩種基本方法。前者是以降低速度為代價(jià)，使設(shè)備基本上不增加。后者是以增加設(shè)備為代價(jià)，使重疊效率不下降。4、流水和重疊的聯(lián)系和區(qū)別。(P156)流水與重疊在概念上沒(méi)什么差別，流水可以看成是重疊的引申。差別只在于“一次重疊”是把一條指令的解釋分為兩個(gè)子過(guò)程，而流水是分成更多個(gè)子過(guò)程。5、流水的分類(lèi)及其含義理解(選擇)。(P156)按處理的級(jí)別可分為a、部件級(jí)：構(gòu)成部件內(nèi)的各個(gè)子部件間的流水。b、處理機(jī)級(jí)：構(gòu)成處理機(jī)的各部件之間的流水。c、系統(tǒng)級(jí)：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多個(gè)處理器之間的流水。按流水線(xiàn)具有的功能多少可分為a、單工能：只能實(shí)現(xiàn)單一功能的流水。b、多功能：同一流水線(xiàn)的各個(gè)段之間可以有多種不同的連接方式以實(shí)現(xiàn)多種不同的運(yùn)算或功能。按多功能流水線(xiàn)的各段能否允許同時(shí)用于多種不同功能連接流水a(chǎn)、靜態(tài)：在某一時(shí)間內(nèi)各段只能按一種功能連接流水。b、動(dòng)態(tài)：各功能段在同一時(shí)間內(nèi)可按不同運(yùn)算或功能連接。按機(jī)器所具有的數(shù)據(jù)表示a、標(biāo)量流水：機(jī)器沒(méi)有向量數(shù)據(jù)表示，只能用標(biāo)量循環(huán)方式來(lái)處理向量和數(shù)組。b、向量流水：機(jī)器有向量數(shù)據(jù)表示，設(shè)置用向量指令和向量運(yùn)算硬件，能流水地處理向量和數(shù)組中的各個(gè)元

素。（5）按功能段之間是否有反饋回來(lái)：a、線(xiàn)性流水：各段串行連接，各段只經(jīng)過(guò)一次，沒(méi)有反饋回路。b、非線(xiàn)性流水：有串行連接的通路，有反饋回路，使任務(wù)流經(jīng)流水線(xiàn)需多次經(jīng)過(guò)或越過(guò)某些段。6、標(biāo)量流水線(xiàn)的主要性能和指標(biāo)（一定考、要能計(jì)算、會(huì)畫(huà)時(shí)空?qǐng)D）。（P160）標(biāo)量流水處理機(jī)的性能：吞吐率Tp、加速比Sp和效率y；吞吐率Tp：流水線(xiàn)單位時(shí)間里能流出的任務(wù)數(shù)或結(jié)果數(shù)。At/t,At/t最大最大吞吐率（各個(gè)子過(guò)程所需時(shí)間TP二T=——〃…，=1——=一JpmAt□Un-10m-1m-100a10口□-n~□1□~n~實(shí)際吞吐率（m段的流水線(xiàn)，完成n個(gè)任務(wù)。At0:各段經(jīng)過(guò)的時(shí)間，完成n個(gè)任務(wù)時(shí)間：誠(chéng)^?？?1□t0）加速比Sp：流水方式處理時(shí)間與非流水處理的時(shí)間的比值。S=nmAt0=m加速比：pmAt0ucn-1uAt「仁n-1n如果線(xiàn)性流水每段經(jīng)過(guò)的時(shí)間不不等，其中瓶頸段時(shí)間為Atj?，則m段流水線(xiàn)完成n個(gè)任務(wù)所達(dá)到的吞吐率:T=——p5-吞吐率:1At.□□?-1CAt.i=1n切Ati加速比：S強(qiáng)—JLAt/□□?-1□Atj效率y：流水線(xiàn)中設(shè)備的實(shí)際使用時(shí)間占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間之比。也稱(chēng)為流水線(xiàn)設(shè)備的時(shí)間利用率。7、局部性相關(guān)的處理方法。（P165）指令相關(guān)、訪(fǎng)存操作相關(guān)和通用寄存器組相關(guān)等局部性相關(guān)都是由于在機(jī)器同時(shí)解釋的多條指令之間出現(xiàn)了對(duì)同一主存或寄存器要求“先寫(xiě)后讀”。重疊機(jī)器處理這些局部性相關(guān)的方法有兩種：一種是推后后續(xù)指令對(duì)相關(guān)單元的

讀，直至在先的指令寫(xiě)入完成。另一種是設(shè)置相關(guān)直接通路，將運(yùn)算結(jié)果經(jīng)相關(guān)直接通路送入所需部件。8、全局性相關(guān)的處理方法。（P169）全局性相關(guān)：已進(jìn)入流水線(xiàn)的轉(zhuǎn)移指令（尤其是條件轉(zhuǎn)移指令）和其后續(xù)指令之間相關(guān)。（1）猜測(cè)法：猜測(cè)轉(zhuǎn)移的方向，繼續(xù)向前流動(dòng)。（2）加快和提前形成條件碼：盡快、盡早獲取條件碼，以便知道流向哪個(gè)分支，會(huì)有利于流水機(jī)器簡(jiǎn)化對(duì)條件轉(zhuǎn)移的處理。（3）采取延遲轉(zhuǎn)移：用軟件的方法進(jìn)行靜態(tài)指令調(diào)度技術(shù)。（4）加快短循環(huán)程序的處理。9、加快提前從哪兩個(gè)方面。（P170）加快單條指令內(nèi)部條件碼的形成，不等指令執(zhí)行完就提前形成反映運(yùn)算結(jié)果的條件碼。在一段程序內(nèi)提前形成條件碼，特別適用于循環(huán)型程序在判斷循環(huán)是否繼續(xù)時(shí)的轉(zhuǎn)移情況。10、加快短循環(huán)程序從哪幾個(gè)方面處理？（P171）將長(zhǎng)度小于指緩容量的短循環(huán)程序整個(gè)一次性放入指緩內(nèi)，并暫停預(yù)取指令，避免執(zhí)行循環(huán)時(shí)由于指令預(yù)取導(dǎo)致指緩中需循環(huán)執(zhí)行的指令被沖掉，減少了訪(fǎng)主存重復(fù)取指的次數(shù)。讓循環(huán)出口端的條件轉(zhuǎn)移指令恒猜循環(huán)分支，減少因條件分支造成的流水線(xiàn)斷流的機(jī)會(huì)。11、中斷處理有哪些方法？（P171）假設(shè)執(zhí)行第i條指令時(shí)有中斷：不精確斷點(diǎn)：無(wú)論指令i在流水線(xiàn)中的哪一段發(fā)生中斷，未進(jìn)入流水線(xiàn)的后續(xù)指令不再進(jìn)入，已經(jīng)在流水線(xiàn)的指令仍繼續(xù)流完，然后才轉(zhuǎn)入中斷處理程序（不利于編程和程序的排錯(cuò)）。精確斷點(diǎn)：不論指令i是在流水線(xiàn)中的哪一段響應(yīng)中斷，給中斷處理程序的現(xiàn)場(chǎng)全是對(duì)應(yīng)i的，i之后流入流水線(xiàn)的指令的原有現(xiàn)場(chǎng)都能保存和恢復(fù)。12、向量的流水處理的方式有哪些？（P176）向量縱向處理。2.分組縱向處理。2.13、了解指令級(jí)高度并行的超級(jí)處理機(jī)有哪幾種類(lèi)型及原理（了解）。（P185）超標(biāo)量處理機(jī)超長(zhǎng)指令字處理機(jī)。3.4.超標(biāo)量超流水線(xiàn)處理機(jī)。超流水線(xiàn)處理機(jī)。3.4.超標(biāo)量超流水線(xiàn)處理機(jī)。第六章陣列處理機(jī)1、陣列處理機(jī)有哪兩種構(gòu)形？（P193）采用分布式存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)。采用集中式共享存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)。2、ILLIACIV2、ILLIACIV的陣列結(jié)構(gòu)。(P195)PU56PU57t:PUB3―HP3XHFH~~—一叫8k__JPU9__Apg—T—?I~ILLIACIv采用分布存儲(chǔ)器構(gòu)形。其中，PUi為處理部件，包含64位的算術(shù)處理單元PEi、所帶的局部存儲(chǔ)器PEMi和存儲(chǔ)■PU15PLM日邏輯部件MLU。64個(gè)處理部件1PU0?PU63排列成8大8的方T陣，任何一個(gè)PUi只與其上、下、左、右4個(gè)鄰近JPUi-8（mod64）、PUOpinPU53―?PU56PU57T^TPUOPU1圖8.6UliaGIV處理部件的連接

PUi+8(mod64)、PUi-1(mod64)和PUi+1(mod64)直接相連。上下同一列兩端的PU連成環(huán)，左右沒(méi)一行右端的PU與下一行左端的PU相連，最下面一行右端的PU與最上面一行左端的PU相連，形成一個(gè)閉合的螺線(xiàn)形狀，稱(chēng)為閉合螺線(xiàn)陣列。N=sqrt(n)*sqrt(n)個(gè)處理單元組成的陣列中，任意兩個(gè)處理單元之間的最短距離不超過(guò)sqrt(N)-1步。PUOpin3、處理單元最短距離。(P196)沒(méi)有直接相連的單元之間可以用軟件尋找最短路徑進(jìn)行通信。任意兩個(gè)處理單元進(jìn)行通信的最短距離稱(chēng)為：處理單元最短距離。4、互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)目標(biāo)。(P201)結(jié)構(gòu)不要過(guò)分復(fù)雜，以降低成本；互連要靈活，以滿(mǎn)足算法和應(yīng)用的需要；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；能用規(guī)整單一的基本構(gòu)件組合而成，或者經(jīng)多次通過(guò)或者經(jīng)過(guò)多極連接來(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(mǎn)足系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。5、互連網(wǎng)絡(luò)應(yīng)抉擇的幾個(gè)問(wèn)題。(P201)操作方式：同步、異步、同步與異步組合，現(xiàn)有陣列處理機(jī)根據(jù)SIMD性質(zhì)均采用同步操作方式。異步和組合操作方式一般多用于多處理機(jī)?？刂撇呗裕悍譃榧泻头植純煞N控制策略，多數(shù)現(xiàn)有SIMD互連網(wǎng)絡(luò)采用由集中控制部件對(duì)全部開(kāi)關(guān)單元執(zhí)行集中控制的策略。交換方法：分為線(xiàn)路交換、包交換、線(xiàn)路與包交換組合。SIMD互連網(wǎng)絡(luò)多采用硬連的線(xiàn)路交換，包交換則多用于多處理機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。線(xiàn)路交換：在源和目的間建立實(shí)際的連接通路，一般適合于大批數(shù)據(jù)傳輸。包交換：將數(shù)據(jù)置于包內(nèi)傳送，不用建立實(shí)際的連接通路，對(duì)短數(shù)據(jù)信息傳送特別有效。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指互連網(wǎng)絡(luò)入、出端可以連接的模式。分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)(單極和多極)。6、互聯(lián)函數(shù)。(P203)互聯(lián)函數(shù)：在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)處理單元連接到其他單元的函數(shù)。7、四種單極互連網(wǎng)絡(luò)及它們的互連函數(shù)及最大距離。(P202)1.立方體單極網(wǎng)絡(luò)(Cube)采用三維立方體結(jié)構(gòu)：立方體的每個(gè)頂點(diǎn)(網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn))代表一個(gè)處理單元，共有8個(gè)處理單元。每個(gè)處理單元只能直接連接到其二進(jìn)制編號(hào)的某一位取反的其他3個(gè)處理單元上。三種互連函數(shù)：Cube0、Cube1、Cube2。推廣到n維，N個(gè)結(jié)點(diǎn)的立方體單極網(wǎng)絡(luò)共有n=logN種互連廁沛CubeUP...P...PP&P...P...PP函數(shù)：in-1i10n-1i10單極立方體網(wǎng)絡(luò)的最大距離為n，即反復(fù)使用單極網(wǎng)絡(luò)，最多經(jīng)過(guò)n次傳送就可以實(shí)現(xiàn)任意一對(duì)入、出端間的連接。2.PM21單極網(wǎng)絡(luò)PM2I單極網(wǎng)絡(luò)是“加減2Ai“(Plus-Minus2Ai)單極網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱(chēng)。能實(shí)現(xiàn)與j號(hào)處理單元直接相連的是號(hào)為j±2Ai的處理單元。2.對(duì)于N=8：⑴(2)⑶PM2、:0)1234567口?+0FM2:U76543210口P2+1：皿246E357□（4）PM［：06420由531口⑸PM±2：004E5026037口其中，（01234567）表示0連接1,1連接2,...,7連接0。⑴(2)⑶處理期間用單向環(huán)網(wǎng)或雙向環(huán)網(wǎng)互連，是PM2I網(wǎng)絡(luò)的特例，采用了（1）和（2）互連函數(shù)。ILLIACIV處理單元的互連也是PM2I網(wǎng)絡(luò)的特例，采用了（1）、（2）和PM2±n/2四個(gè)互連函數(shù)。PM2I單極網(wǎng)絡(luò)的最大距離為［n/2］。混洗交換單極網(wǎng)絡(luò)混洗交換單極網(wǎng)絡(luò)包含兩個(gè)函數(shù)：全混（PerfectShuffle），交換（Exchange）混洗：把處理單元分兩半，前一半和后一半連接至輸出端剛好一一隔開(kāi)。（不可逆）Shuffe（Pn-1Pn-2...P1P0）=（Pn-2...P1P0Pn-1）最大距離為：2n—1蝶形單極網(wǎng)絡(luò)Butterfly（Pn-1Pn-2...P1P0）=P0Pn-2...P1Pn-1即將二進(jìn)制地址的最高位和最低位相互交換位置。多極互連網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)參數(shù)：交換開(kāi)關(guān)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式。8、多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)（分兩種）。（P206）STARAN網(wǎng)絡(luò)（重點(diǎn)）間接二進(jìn)制n方體網(wǎng)絡(luò)9、多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)（交換開(kāi)關(guān)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方式）。（P208）10、全排列網(wǎng)絡(luò)的含義。（P213）如果互連網(wǎng)絡(luò)是從N個(gè)入端到N個(gè)出端的一到一的映射，就可以把它看成是對(duì)此N個(gè)端的重新排列，因此互連網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)際上就是用新排列來(lái)置換N個(gè)入端原有的排列。能把N個(gè)入端置換成N!個(gè)全排列的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為全排列網(wǎng)絡(luò)。11、全排列網(wǎng)絡(luò)的兩種實(shí)現(xiàn)方式。（P213）在任何一種基本多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的出端設(shè)置鎖存器，使數(shù)據(jù)在時(shí)間上順序同行兩次。用多極網(wǎng)絡(luò)也可以實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)。第七章多處理機(jī)1、多處理機(jī)有哪三種類(lèi)型？（P223）多處理機(jī)：用兩臺(tái)以上的處理機(jī)，共享I/O子系統(tǒng)，機(jī)間經(jīng)共享主存或高速通信網(wǎng)絡(luò)通信，在操作系統(tǒng)控制下，協(xié)同求解大而復(fù)雜問(wèn)題的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目的：提高速度，提高可靠性、適應(yīng)性和可用性。按應(yīng)用的目的和結(jié)構(gòu)的不同分為：同構(gòu)型，異構(gòu)型和分布型。2、多處理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)有哪兩種？（P224）緊耦合構(gòu)形松耦合構(gòu)形機(jī)間互連形式有哪幾種？（P227）總線(xiàn)形式環(huán)形互連形式交叉開(kāi)關(guān)形式多端口存儲(chǔ)器形式蠕蟲(chóng)穿洞尋徑網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)樞紐結(jié)構(gòu)形式4、有哪些總線(xiàn)仲裁算法？（P228）靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法2、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5、靜態(tài)優(yōu)先級(jí)有哪幾種？（P228）串行鏈接結(jié)構(gòu)獨(dú)立請(qǐng)求結(jié)構(gòu)6、動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)有哪幾種？（P228）動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)：總線(xiàn)上各部件優(yōu)先級(jí)可根據(jù)情況按一定規(guī)則動(dòng)態(tài)改變最少使用法（LRU）：在每個(gè)總線(xiàn)周期后，最先響應(yīng)最長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)未使用過(guò)總線(xiàn)的部件對(duì)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的請(qǐng)求。循環(huán)串行鏈（RDC）:在每個(gè)總線(xiàn)周期后，按“總線(xiàn)可用”線(xiàn)所接部件的順序，優(yōu)先響應(yīng)離剛使用過(guò)總線(xiàn)的部件位置最近的部件所發(fā)出的訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)請(qǐng)求。7、多cache的一致性問(wèn)題的解決方法。（P236）（1）解決進(jìn)程遷移引起的多Cache不一致性A、禁止進(jìn)程遷移。B、在進(jìn)程掛起時(shí)，靠硬件方法將Cache中該進(jìn)程寫(xiě)過(guò)的信息塊強(qiáng)制寫(xiě)回主存相應(yīng)位置。（2）以硬件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)多Cache的一致性A、監(jiān)視協(xié)議法：適用用于總線(xiàn)式互聯(lián)的多處理機(jī)8、目錄表法：適用于機(jī)器多，不采用總線(xiàn)式互聯(lián)的場(chǎng)合。a、全映像目錄表b、有限目錄表法c、鏈?zhǔn)侥夸洷矸?。?）以軟件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)多Cache的一致性?xún)?yōu)點(diǎn)：可以減少硬件的復(fù)雜性，降低對(duì)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信量的要求，性?xún)r(jià)比較高，比較適用于處理機(jī)多的多處理機(jī)。8、并行算法（要會(huì)計(jì)算-＞對(duì)表達(dá)式交換使級(jí)數(shù)最少，再使機(jī)數(shù)最少）。（P238）并行算法：可同時(shí)執(zhí)行的多個(gè)進(jìn)程的集合，各進(jìn)程可相互作用、協(xié)調(diào)和并發(fā)操作。分類(lèi)：按運(yùn)算基本對(duì)象：數(shù)值型，非數(shù)值型按并行進(jìn)程間的操作順序不同：同步型，異步型，獨(dú)立型按各處理機(jī)計(jì)算任務(wù)的大?。杭?xì)粒型，中粒型，粗粒型思路：把并行性問(wèn)題設(shè)想成是對(duì)算術(shù)表達(dá)式如果進(jìn)行并行運(yùn)算的問(wèn)題9、程序的并行性分析。（P240）任務(wù)間能否并行，除了算法外，很大程度還取決于程序的結(jié)構(gòu)。程序中各類(lèi)數(shù)據(jù)相關(guān)，是限制程序并行的重要因素。數(shù)據(jù)相關(guān)即可存在于指令之間，也可存在于程序段之間。10、有哪幾種數(shù)據(jù)相關(guān)及其特點(diǎn)？（P240）（設(shè)：Pi和Pj為程序段）⑴數(shù)據(jù)相關(guān)：Pi的左部變量在Pj的右部集內(nèi)，且Pj必須取出Pi運(yùn)算的結(jié)果來(lái)作為操作數(shù)，就稱(chēng)Pj“數(shù)據(jù)相關(guān)”于Pi。（先寫(xiě)后讀）PiA=B+DPjC=A*E（2）