計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程考核說明

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程考核說明一、考核說明．考核對象：電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生。．命題依據(jù)：根據(jù)電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) (本科)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課的教學(xué)大綱的要求。3 ．考核要求：本課程面向電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生，具體考核要求分為 3個(gè)層次(詳見考核具體要求)：掌握；理解；了解。4 ．考核方式：采用形成性考核和期末終結(jié)性考核相結(jié)合的方式， 即期末考試與平時(shí)成績相結(jié)合的考核方式，最終總成績達(dá)到或超過 60分為通過；平時(shí)成績 (作業(yè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn) )占20％；期末考試占80％，分別以百分制計(jì)分。期末考試為閉卷筆試考試，時(shí)間 120分鐘。二、考核內(nèi)容與要求以電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) (本科)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課的教學(xué)大綱的要求為準(zhǔn)。教材每一章節(jié)均有教學(xué)要求與導(dǎo)學(xué)部分，每章后又有作業(yè)與思考題。 ．考核內(nèi)容與要求均以教材中的具體規(guī)定為準(zhǔn)，在下面給出的試題類型與參考答案將能比較充分地體珥出來。三、考核具體要求第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念掌握：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、實(shí)現(xiàn)的定義以及三 者的關(guān)系，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理， MIPS和MFLOPS定義。理解:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類，馮·諾依曼計(jì)算機(jī)特征。了解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，價(jià)格、應(yīng)用、 VLSI核算法對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。第二章 指令系統(tǒng)掌握：RISC的定義與特點(diǎn)，減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)的方法。理解：延時(shí)轉(zhuǎn)移技術(shù)指令取消技術(shù)，重疊寄存器窗口技術(shù)。了解：指令流調(diào)整技術(shù)， RISC優(yōu)化編譯技術(shù)。第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)掌握：存儲(chǔ)系統(tǒng)的定義，存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能參數(shù)，地址映象與變換方法，替換算法，Cache存儲(chǔ)器工作原理，虛擬存儲(chǔ)器工作原理。理解；低位交叉訪問存儲(chǔ)器，高位交叉訪問存儲(chǔ)器。了解：Cache分析．Cache寫操作，分段存儲(chǔ)系統(tǒng)，緩沖對虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的影響，替換算法實(shí)現(xiàn)方法。第四章標(biāo)量處理機(jī)掌握：流水線工作原理，時(shí)空圖，線性流水線，輸人任務(wù)連續(xù)情況下單功能、線性流水線的吞吐率、。加速比和效率，超標(biāo)量處理機(jī)工作原理和性能分析。理解：輸人任務(wù)不連續(xù)情況下單功能、線性流水線的性能分析。了解：超標(biāo)量、超流水、超標(biāo)量超流水處理機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，流水線計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，流水線中斷的控制方法，流水線技術(shù)的開發(fā)。第五章 向量處理機(jī)掌握：向量處理，三種向量處理方式， 存儲(chǔ)器—存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)， 寄存器—寄存器結(jié)構(gòu)。理解：鏈接技術(shù)。了解：向量處理機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存取模式，協(xié)處理器，向量處理機(jī)實(shí)例。第六章互連網(wǎng)絡(luò)掌握：互連網(wǎng)絡(luò)的作用，靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。理解：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑，蟲蝕尋徑，線路開關(guān)尋徑，虛擬直通尋徑。了解：互連函數(shù)，虛擬通道，單播，選播，廣播，會(huì)議，通道流量，網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)。第七章 并行處理機(jī)和多處理機(jī)掌握：共享存儲(chǔ)多處理機(jī)，分布存儲(chǔ)多處理機(jī)，多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)， SIMD計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)。理解：SIMD計(jì)算機(jī)的實(shí)例，多處理機(jī)實(shí)例。了解：SIMD計(jì)算機(jī)的模型，并行算法，虛擬共享存儲(chǔ)器，多處理機(jī)性能模型，多處理機(jī)的Cache一致性，監(jiān)聽協(xié)議，基于目錄的協(xié)， MPP，SMP，機(jī)群系統(tǒng)。四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題類型及解答一、名詞解釋(15分，每題3分)1．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2．計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)Amdahl定律5．CPI二、選擇題(45分，每題3分)1．MIMD是指（）A、單指令流單數(shù)據(jù)流 B、單指令流多數(shù)據(jù)流C、多指令流單數(shù)據(jù)流 D、多指令流多數(shù)據(jù)流2．下列那種存儲(chǔ)設(shè)備需要編址？通用寄存器主存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備堆棧3．對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列（）是透明的。A、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示 B、程序性中斷C、訪問方式保護(hù) D、陣列運(yùn)算部件4．下列（）兼容方式對系列機(jī)來說是必須做到的。A、向前兼容 B、向后兼容C、向上兼容 D、向下兼容5．假設(shè)一條指令的執(zhí)行過程可以分為“取指令” 、“分析”和“執(zhí)行”三段，每一段的執(zhí)行時(shí)間分別為t、2t和3t，順序執(zhí)行n條指令至少需要花費(fèi)的時(shí)間為：3nt2nt6ntnt6．以下關(guān)于程序控制輸入輸出方式的說法哪些是不正確的？A）靈活性不夠好 B）外圍設(shè)備與 CPU是異步工作關(guān)系C）用于連接高速外圍設(shè)備 D）處理機(jī)可以采用輪流循環(huán)測試方式7．一個(gè)二級虛擬存儲(chǔ)器,CPU訪問主存和輔存的平均時(shí)間分別為 1μs和1ms.經(jīng)實(shí)測,此虛存平均訪問時(shí)間為 100μs.下面那種方法不能夠使得該平均值減??？A）選擇合適的頁面大小B）采用較好的頁面替換算法C）增加主存的容量D）增加輔存的容量8．下述幾個(gè)需要解決的問題中，那個(gè)是向量處理機(jī)所最需關(guān)心的？計(jì)算機(jī)指令的優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)滿足運(yùn)算器帶寬要求的存儲(chǔ)器如何提高存儲(chǔ)器的利用率，增加存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量縱橫處理方式的劃分問題9．隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和對指令系統(tǒng)的合理性的研究，精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)出現(xiàn)并且逐步取代CISC的重要位置。下面所述不是CISC的主要缺點(diǎn)的是：A．20%與80%規(guī)律B．VLSI技術(shù)的不斷發(fā)展引起的一系列問題C．軟硬件功能分配的問題D．由于指令眾多帶來的編碼困難10．下面說法那種正確？A.采用Huffman編碼一定不會(huì)比其他編碼方法效率低B.采用RISC一定比CISC的效率高在任何情況下，增加標(biāo)志符一定減少程序所占用的存儲(chǔ)空間以上的說法都不正確11．SIMD是指（）A、單指令流單數(shù)據(jù)流 B、單指令流多數(shù)據(jù)流C、多指令流單數(shù)據(jù)流 D、多指令流多數(shù)據(jù)流12．下列那種存儲(chǔ)設(shè)備不需要編址？通用寄存器主存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備堆棧13．按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和移位等指令應(yīng)屬于（）級機(jī)器語言。A、傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器 B、操作系統(tǒng)機(jī)器C、匯編語言機(jī)器 D、高級語言機(jī)器14．早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有定點(diǎn)數(shù)據(jù)表示，因此硬件結(jié)構(gòu)可以很簡單。但是這樣的系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)，下面哪一個(gè)不是它的缺點(diǎn)：A．?dāng)?shù)據(jù)表示范圍小B．單個(gè)需要的計(jì)算時(shí)鐘周期多C．編程困難D．存儲(chǔ)單元的利用率很低15．下圖所示的時(shí)空圖對應(yīng)的處理機(jī)為：指I6令1234I51234I31234I21234I112341234時(shí)鐘周期標(biāo)量處理機(jī)超標(biāo)量處理機(jī)超流水處理機(jī)超標(biāo)量超流水處理機(jī).計(jì)算題(40分)(10分).一條流水線連接圖如下所示，畫出200條指令連續(xù)通過該流水線的時(shí)空圖，并計(jì)算該流水線的加速比。（其中t1ns）輸入 S1 S2 S3 S4 輸出t= t t= 3t t= t t= t(10分).主頻為400MHz的微處理機(jī)，平均每條指令的執(zhí)行時(shí)間為兩個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期由兩個(gè)時(shí)鐘脈沖組成，則當(dāng)存儲(chǔ)器為“零等待”時(shí)，機(jī)器運(yùn)行速度為多少M(fèi)IPS。(20分).在下列不同類型的處理機(jī)上做向量運(yùn)算：D=(A+B)*C，向量長度均為4，每個(gè)周期的時(shí)間為10ns。分別計(jì)算所需的最短時(shí)間，寫出簡要計(jì)算過程。1)(5分).SISD單處理機(jī)，有一個(gè)通用運(yùn)算部件，每3個(gè)周期做完一次加法，或每4個(gè)周期做完一次乘法。2)(5分).流水線處理機(jī)，有一條兩功能靜態(tài)流水線，加法經(jīng)過其中的 3段，乘法經(jīng)過其中的 4段，每段的延遲時(shí)間均為一個(gè)周期。3)(10分).向量處理機(jī)，有獨(dú)立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水線，乘法器采用4段流水線，每段的延遲時(shí)間均為一個(gè)周期，采用向量鏈接方式工作。試題答案一．解釋下列術(shù)語或簡答以下問題 (共45分，每小題3分)1．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【答案】系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義為由程序設(shè)計(jì)者所看到的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，這里的程序設(shè)計(jì)者所看到的計(jì)算機(jī)屬性是指為機(jī)器語言或編譯程序設(shè)計(jì)者所看到的計(jì)算機(jī)屬性，是硬件子系統(tǒng)的概念性結(jié)構(gòu)及其功能特性，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件的界面。2．計(jì)算機(jī)組成【答案】計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。3．計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)【答案】計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。4．Amdahl定律【答案】Amdahl定律：系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。Fe=（改進(jìn)前可改進(jìn)部分占用的時(shí)間）/（改進(jìn)前整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間）Se=（改進(jìn)前可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間）/（改進(jìn)后改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間）則，改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)加速比為1sn(1 Fe) Fe/Se。5．CPI【答案】每條指令平均時(shí)鐘周期數(shù)nIi)(CPIi*CPI=CPU時(shí)鐘周期數(shù)/IC（指令的條數(shù)）=i1IC其中Ii=指令i在程序中執(zhí)行的次數(shù)。二、選擇題(45分，每題3分)1．D2．A,B,C3．D4．B5．C6．A,C7．D8．B9．D10．A11．B12．D13．A14．B15．C.計(jì)算題(40分)1．解：順序執(zhí)行的時(shí)間為T0＝6×200＝1200ns采用流水方式執(zhí)行的時(shí)間為T1＝3×200＋6－1＝605ns加速比S＝T0/T1=1200/605=1.98123123123123n0123456

nnn(ns)2．【答案】100解：1)10ns×4×（3＋4）＝280ns，4次加法和4次乘法串行執(zhí)行2)10ns×（6＋7）＝130ns，流水線執(zhí)行4次加法需要6個(gè)周期，流水線執(zhí)行4次乘法需要7個(gè)周期3)10ns×（7＋3）＝100ns，得到第1個(gè)結(jié)果需要7個(gè)周期，另外3個(gè)結(jié)果需要個(gè)周期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念1 ．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩種定義定義1：Amdahl于1964年在推出 IBM360系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出： 程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。 指機(jī)器語言的程序員編寫出能夠在機(jī)器上正確運(yùn)行的程序所必須了解到的功能特性 (指令系統(tǒng)及其執(zhí)行模式 )；數(shù)據(jù)表示(硬件能夠直接認(rèn)別和處理的數(shù)據(jù)類型和格式 )；尋址方式(最小尋址單位、尋址方式的種類和地址運(yùn)算等 )；寄存器組織(操作數(shù)寄存器、變址寄存器、控制寄存器及專用寄存器的定義、數(shù)量和使用規(guī)則等 )；指令系統(tǒng)(機(jī)器指令的操作類型、格式，指令間的排序和控制機(jī)制 )等。定義2：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究軟硬件功能分配和對軟硬件界面的確定。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由軟件、硬件和固件組成，它們在功能上是同等的。同一種功能可以用硬件實(shí)現(xiàn)， 也可以用軟件或固件實(shí)現(xiàn)。不同的組成只是性能和價(jià)格不同。．計(jì)算機(jī)組成是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，主要包括：確定數(shù)據(jù)通路的寬度；確定各種操作對功能部件的共享程度；確定專用的功能部件；確定功能部件的并行度；設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略；設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)；確定采用何種可靠性技術(shù)。．計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括：處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部件的物理結(jié)構(gòu)；器件的集成度和速度；專用器件的設(shè)計(jì)；器件、模塊、插件、底版的劃分與連接；信號(hào)傳輸技術(shù)；電源、冷卻及裝配技術(shù)；相關(guān)制造工藝及技術(shù)等。．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是三個(gè)不同的概念，但隨著技術(shù)、器件和應(yīng)用的發(fā)展，三者之間的界限越來越模糊。．透明性，本來存在的事物或?qū)傩?，從某種角度看似乎不存在，例如：浮點(diǎn)數(shù)表示、乘法指令對高級語言程序員、應(yīng)用程序員透明對匯編語言程序員、機(jī)器語言程序員不透明。例如：數(shù)據(jù)總線寬度、微程序?qū)R編語言程序員、機(jī)器語言程序員透明，對硬件設(shè)計(jì)者、訓(xùn)算機(jī)維修人員不透明。．Amdahl定律，系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。．CPI：每條指令的平均時(shí)鐘周期數(shù)。．訪問的局部性原理：程序往往重復(fù)使用它剛剛使用過的數(shù)據(jù)和指令。實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)程序用 90％的執(zhí)行時(shí)間去執(zhí)行僅占 10％的程序代碼。局部性的實(shí)質(zhì)是：根據(jù)程序的最近情況，可以較精確地預(yù)測出最近的將來將要用到哪些指令和數(shù)據(jù)。 局部性分時(shí)間上的局部性和空間上的局部性兩種。 時(shí)間上的局部性是指最近訪問過的代碼是不久將被訪問的代碼。間上的局部性是指那些地址上相鄰近的代碼可能會(huì)被一起訪問。 存儲(chǔ)器體系的構(gòu)成就是以訪問的局部性原理為基礎(chǔ)的。

空．MIPS定義。MIPS表示每秒百萬指令條數(shù)。對于一個(gè)給定的程序，它定義為：指令條數(shù)＝時(shí)鐘頻率MIPS=6CPI106執(zhí)行時(shí)間10．MFLOPS定義。MFLOPS即每秒百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)，它定義為：程序中的浮點(diǎn)操作次數(shù)MFLOPS=執(zhí)行時(shí)間 106第二章指令系統(tǒng)．指令系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩個(gè)截然相反的方向復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISC(ComplexlnstructionSetComputer)增強(qiáng)指令功能，設(shè)置功能復(fù)雜的指令面向目標(biāo)代碼、面向高級語言、面向操作系統(tǒng)用一條指令代替一串指令精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC(ReducedInstructionSetComputer)只保留功能簡單的指令功能較復(fù)雜的指令用子程序來實(shí)現(xiàn)．RISC與CISC各自的特點(diǎn)和相互比較．RISC的關(guān)鍵技術(shù)旁路技術(shù)延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)指令取消技術(shù)重疊寄存器窗口技術(shù)：指令流調(diào)整技術(shù)以硬件為主固件為輔第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)一、基本概念1 ．存儲(chǔ)系統(tǒng)的定義 存儲(chǔ)系統(tǒng)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來而成的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)對應(yīng)用程序員透明，并且，從應(yīng)用程序員看它是一個(gè)存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)器的速度接近速度最快的那個(gè)存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)容量與容量最大的那個(gè)存儲(chǔ)器相等或接近，單位容量的價(jià)格接近最便宜的那個(gè)存儲(chǔ)器。程序訪問的局部性原理是層次存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)。2．存儲(chǔ)器的主要性能參數(shù)存取時(shí)間從CPU到第i層存儲(chǔ)器的往返時(shí)間。存儲(chǔ)器容量第i層的字節(jié)或字的數(shù)量。每字節(jié)成本傳輸帶寬相鄰層之間傳輸信息的速率。傳輸單位相鄰兩層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧６?(如字、塊、頁等 )。．存儲(chǔ)器的主要性能參數(shù)存取時(shí)間從CPU到第i層存儲(chǔ)器的往返時(shí)間。存儲(chǔ)器容量第i層的字節(jié)或字的數(shù)量。每字節(jié)成本傳輸帶寬相鄰層之間傳輸信息的速率。傳輸單位相鄰兩層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧６?(如字、塊、頁等 )。．層次存儲(chǔ)器性質(zhì)包含性內(nèi)層的信息必然包含于其外層。所有的信息最初放在最外層。在處理過程中，其子集被一步步復(fù)制到內(nèi)層。一致性同一個(gè)信息項(xiàng)在后繼存儲(chǔ)器層次上的副本是一致的。如果在緩存中的一個(gè)字被修改過，那么在所有高層上該字的副本也必須立即或最后加以修改。維護(hù)一致性的兩種策略：寫直達(dá)和寫回。前者指如果在內(nèi)層中修·改了一個(gè)字，在外層中必須立即加以修改。而后者的處理方法是：在外層中的修改延遲到內(nèi)層中被修改的字被替換時(shí)才進(jìn)行。局部性時(shí)間局部性：最近的訪問項(xiàng)很可能在不久的將來再次被訪問。空間局部性：一個(gè)進(jìn)程所訪問的各項(xiàng)其地址彼此很近。順序局部性：在典型程序中，除轉(zhuǎn)移指令產(chǎn)生不按次序的轉(zhuǎn)移外，指令都是順序進(jìn)行的。5．層次存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的是使有效存取時(shí)間接近于最內(nèi)層存儲(chǔ)器的存取時(shí)間，使總體的平均每字成本接近于最外層存儲(chǔ)器的每字成本，容量接近于最大存儲(chǔ)器的容量。本章主要論述兩個(gè)二級層次存儲(chǔ)系統(tǒng) cache和虛擬存儲(chǔ)器。要解決的問題主要有：塊／頁的定位問題替換問題一致性問題(寫無效和寫更新)．虛擬存儲(chǔ)器由主存儲(chǔ)器和聯(lián)機(jī)工作的外部存儲(chǔ)器共同組成。虛擬存儲(chǔ)器有段式、頁式、段頁式等地址映像與變換方法。 加快內(nèi)部地址變換的技術(shù)主要有目錄表、快慢表、 散列函數(shù)等。頁面替換算法主要有 RAND、FIFO、LRU、LFU和OPT等算法。7．Cache的地址映像與變換方法有全相聯(lián)、 直接相聯(lián)、組相聯(lián)和段相聯(lián)幾種。 Cache的替換算法有輪轉(zhuǎn)法、 FIFO、LRU、LFU、比較對法和堆棧法。 Cache的實(shí)現(xiàn)全部是由硬件完成的。．影響主存命中率的主要因素有程序在執(zhí)行過程中的頁地址流分布情況所采用的頁面替換算法頁面大小主存儲(chǔ)器的容量所采用的頁面調(diào)度方法．Cache的命中率主要與如下幾個(gè)因素有關(guān)程序在執(zhí)行過程中的地址流分布情況當(dāng)發(fā)生Cache塊失效時(shí)，所采用的替換算法(3)Cache 的容量在組相聯(lián)映象方式中，塊的大小和分組的數(shù)目所采用的Cache預(yù)取算法等。．解決Cache與主存的不一致性問題，首先要選擇合適的Cache更新算法。一般有兩種 Cache更新算法，寫直達(dá)法和寫回法。第四章輸入輸出系統(tǒng)一、基本概念．輸入輸出系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常把處理機(jī)和主存儲(chǔ)器之外的部分稱為輸入輸出系統(tǒng)，它包括輸入輸出設(shè)備、輸入輸出接口和輸入輸出軟件等輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)是異步性、實(shí)時(shí)性和設(shè)備無關(guān)性。(3) 基本的輸入輸出方式有三種：程序控制輸入輸出方式、直接存儲(chǔ)器訪問方式

(DMA)和中斷輸入輸出方式。(4) 程序控制輸入輸出方式完全受

CPU控制，數(shù)據(jù)的輸入輸出都要經(jīng)過

CPU，用于連接低速外圍設(shè)備。(5) 直接存儲(chǔ)器訪問方式 (DMA)主要用于連接高速外圍設(shè)備，它使得存儲(chǔ)器既可被訪問，也可被外圍設(shè)備訪問。目前使用的 DMA方式主要有三種：周期竊取方式、直接存取方式和數(shù)據(jù)塊傳送方式。(6) 中斷輸入輸出方式使得 CPU與外圍設(shè)備可以并行工作，并可以處理例外事件。中斷

CPU方式常用于連接低速外圍設(shè)備。2 ．通道處理機(jī)(1)在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為把對外圍設(shè)備的管理工作從

CPU中分離出來，普遍采用通道處理機(jī)技術(shù)。采用通道方式組織的輸入輸出系統(tǒng)，多采用主機(jī)一通道一設(shè)備控制器備四級連接方式。通道通過執(zhí)行通道程序?qū)崿F(xiàn)對IO系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制。在道后，通道自動(dòng)地去內(nèi)存取出通道指令并執(zhí)行指令。直到數(shù)據(jù)交換過程結(jié)束向請求，CPU才進(jìn)行通道結(jié)束處理工作。

IO設(shè)CPU啟動(dòng)通CPU發(fā)出中斷通道可分為三類：字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。字節(jié)多路通道常用于連接低速或中速的設(shè)備，選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道用于連接高速設(shè)備。(3) 對于以上的三種通道，當(dāng)每個(gè)通道上連接有 P臺(tái)外圍設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備都傳送 n個(gè)字節(jié)時(shí)，總共所需的時(shí)間分別為：TBYTE(TsTD)PnTSELECT(Ts/nTD)PnTBLOCK(Ts/nTD)Pn其中Ts指設(shè)備選擇時(shí)間， TD指傳送一個(gè)字節(jié)所需的時(shí)間。通道的流量是指一個(gè)通道在數(shù)據(jù)傳送期間內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)能夠傳送的最大數(shù)據(jù)量。一個(gè)通道在滿負(fù)荷工作下的流量稱為通道最大流量。三種通道的最大流量計(jì)算公式如下：fMAXBYTE(Pn)/[(TSTD)Pn]1/(TSTD)fMAXSELECT(Pn)/[(TS/nTD)Pn]1/(TS/nTD)fMAXBLOCK(Pn)/[(TS/nTD)Pn]1/(TS/kTD)字節(jié)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率之和。而選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸率的最大值。PfBYTE fii 1PfSELECT maxfii 1PfBLOCK maxfii 1．輸入輸出處理機(jī)。在大型、巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中， 常采用輸入輸出處理機(jī)來分擔(dān)中央處理機(jī)的輸入輸出任務(wù)。輸入輸出處理機(jī)是一臺(tái)獨(dú)立的處理機(jī)，具有一定的運(yùn)算功能。它具有自己的存儲(chǔ)器，不必通過主存儲(chǔ)器就能完成與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交換