2023年計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考點版2

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu):第3、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)織'中斷系統(tǒng)'管態(tài)

一章用軟件實現(xiàn)和硬件目態(tài)定義與轉(zhuǎn)換'

1、翻譯和解釋的區(qū)實現(xiàn)各自的優(yōu)缺I0結(jié)構(gòu)、保護方式

別和聯(lián)系？陷？和機構(gòu)。

區(qū)別:翻譯是整個程硬件優(yōu)點：速度快，5、試述由上往下、

序轉(zhuǎn)換，解釋是低檔節(jié)省存儲時間；缺由下往上設(shè)計思緒

機器的一串語句仿陷：成本高，運用率和存在的問題？

真高級機器的一條低，減少靈活性'合由上往下：先考慮應(yīng)

語句。用性。用規(guī)定，再逐級往下

聯(lián)系：都是高級機器軟件優(yōu)點:成本低，考慮如何實現(xiàn)。合用

程序在低檔機器上提高靈活性'合用性;于專業(yè)機

執(zhí)行的必須環(huán)節(jié)。缺陷：速度慢，增長由下往上：根據(jù)已有

2、為什么將計算機存儲時間、軟件設(shè)計器件，逐級往上。六

系統(tǒng)當作是多級機費。七十年代通用機設(shè)

器構(gòu)成的層次結(jié)4、就目前通用機來計思緒。

構(gòu)？說,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以上方法存在的問

可以調(diào)整軟'硬件比的屬性重要涉及哪題是軟、硬件脫節(jié)。

例;可以用真正的實些？6、采用統(tǒng)一高級語

解決機代替虛擬機數(shù)據(jù)表達、尋址方言方法、合用場合、

器；可以在1臺宿主式'寄存器組織、指存在問題和應(yīng)采用

機上仿真另一臺。令系統(tǒng)'存儲系統(tǒng)組的策略。

定義：是指為所有程8、模擬和仿真的區(qū)存在問題：軟件兼容

序員使用的完全通別有時會阻礙系統(tǒng)結(jié)

用的高級語言。模擬：機器語言解構(gòu)的變革。

合用場合：軟件移植釋，在主存中；仿真:策略:堅持這一方

方便。微程序解釋，在控制法，但到一定期候要

存在問題：目前語言存儲器中。發(fā)展新系列,還可采

的語法'語義結(jié)構(gòu)不9、采用系列機方法、用模擬仿真。

同；人們的見解不合用場合、好處、存10、為什么要進行軟

同；同一語言在不同在問題和應(yīng)采用的件移植？

機器上不通用；程序策略軟件的相對成本越

員的習(xí)慣定義：根據(jù)軟硬件界來越高,應(yīng)重新分派

應(yīng)采用的策略:可一面的系列結(jié)構(gòu)，設(shè)計軟、硬件功能。但：

定范圍內(nèi)統(tǒng)一匯編軟件和不同檔次的成熟軟件不能放棄；

語言，結(jié)構(gòu)相同機器系列機器。已有軟件修改困難；

間搞系列機。合用場合：同一系列重新設(shè)計軟件經(jīng)濟

7、由中間開始的設(shè)內(nèi)軟件兼容上不劃算。

計思緒及優(yōu)點好處：呼應(yīng)“中間開11、除了分布解決

既考慮應(yīng)用也考慮始”設(shè)計思緒;緩解MPP和機群系統(tǒng)外，

現(xiàn)有器件，由軟硬件軟件規(guī)定穩(wěn)定環(huán)境并行解決計算機按

分界面向兩端設(shè)計。和硬件發(fā)展迅速的其基本結(jié)構(gòu)特性可

優(yōu)點：并行設(shè)計，縮矛盾。分為哪幾種不同結(jié)

短周期。

構(gòu)？例舉它們要解12、采用模擬與仿真存在問題:結(jié)構(gòu)差別

決的問題。方法、合用場合、好大時,很難仿真。

流水線解決機：多個處、存在問題和應(yīng)采策略:與模擬結(jié)合，

部件時間上并行執(zhí)用的策略。發(fā)展異種機連網(wǎng)。

行。擁塞控制，沖突模擬13、多計算機系統(tǒng)和

防止,流水線調(diào)度。定義：用機器語言解多解決機系統(tǒng)的區(qū)

陣列解決機：空間上釋另一指令系統(tǒng)別

并行。解決單元靈合用場合:運營時間都屬于多機系統(tǒng),區(qū)

活，規(guī)律的互連模式短，使用次數(shù)少，時別：

和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，數(shù)間上無限制。多解決機是多臺解

據(jù)在存儲器中的分好處:可在不同系統(tǒng)決機組成的單機系

布算法。間移植。統(tǒng)，多計算機是多*

多解決機：時間和空存在問題:結(jié)構(gòu)差異立的計算機。

間上的異步并行。多大時,運營速度下多解決機中各解決

CPU間互連，進程間降，實時性差。機邏輯上受統(tǒng)一的

的同步和通訊,多c策略:與仿真結(jié)合OS控制，多計算機的

PU間調(diào)度。仿真OS邏輯上獨立。

數(shù)據(jù)流計算機:數(shù)據(jù)定義:用微程序解釋多解決機間以單一

以數(shù)據(jù)令牌在指令令一指令系統(tǒng)數(shù)據(jù)'向量'數(shù)組、

間傳遞。硬件組織和合用場合:結(jié)構(gòu)差別文獻交互作用，多計

結(jié)構(gòu),高效數(shù)據(jù)流語不大的系統(tǒng)算機經(jīng)通道或通信

好處:運營速度快

線路以數(shù)據(jù)流形式往采用重疊流水等統(tǒng)一高級語言：只能

進行。技術(shù)。相對統(tǒng)一

多解決機作業(yè)'任組成相同，實現(xiàn)可不系列機：只能在結(jié)構(gòu)

務(wù)'指令、數(shù)據(jù)各級同。如主存可用雙極相同或相近的機器

并行,多計算機多個型，也可用MOS型間移植

作業(yè)并行。等。模擬：機器語言差別

14、各種耦合度特性結(jié)構(gòu)不同組成不同，大時，速度慢

最低：無物理連接，組成的進步會促進仿真：靈活性和效率

如脫機系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)的進步,如微程差,機器差異大時仿

松散：通信線路互連，序控制。真困難。

適于分布解決結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合17、并行解決數(shù)據(jù)

緊密：總線或數(shù)據(jù)開應(yīng)用和也許采用的的四個等級,給出簡

關(guān)互聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)、組成。組成上面決定樸解釋,各舉一例

任務(wù)、作業(yè)級并行。于結(jié)構(gòu)，下面受限于位串字串：無并行

15、以實例說明計算實現(xiàn)。性，如位串行計算

機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成、組成與實現(xiàn)的權(quán)衡機。

實現(xiàn)的互相關(guān)系與取決于性價比等;結(jié)位并字串：一個字的

影響。構(gòu)'組成'實現(xiàn)的內(nèi)所有位并行，如簡樸

結(jié)構(gòu)相同，可用不同容不同時期會不同。并行的單解決機。

的組成。如系列機中16、軟件移植的途徑，位片串字并:多個字

不同型號的機器結(jié)各受什么限制？的同一位并行,如相

構(gòu)相同，但高檔機往連解決機。

全并行：同時解決多言'CAD等軟硬結(jié)合面向堆棧：速度慢，

個字的多個位，如全和自動設(shè)計減輕編譯承擔(dān)。

并行陣列機。第二章三者各有特點，但可

18、設(shè)計乘法指令時,1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機器共同使用，不互相排

結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)各的數(shù)據(jù)表達之間的斥。

考慮什么？關(guān)系？引入數(shù)據(jù)表3、堆棧型機器與通

結(jié)構(gòu)：是否設(shè)計乘法達的基本原則？用寄存器型機器的

組成：是否配置高速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要變換成重要區(qū)別?堆棧型機

乘法器數(shù)據(jù)表達來實現(xiàn)，不器對程序調(diào)用的哪

實現(xiàn)：考慮器件集成同的數(shù)據(jù)表達效率些操作提供支持？

度類型數(shù)量及微組和方便性不同。它們通用寄存器型對堆

裝技術(shù)。是軟硬件的交界面。棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的

19、器件的發(fā)展對邏原則：1、是否提高支持較差：1、堆棧

輯設(shè)計方法的影響效率減少時間,2、通操作指令少;2、速度

一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)用性和運用率。低；3、通常只用于

為采用組成技術(shù)規(guī)2、簡述三種面向的保存返回地址。

模生產(chǎn)，規(guī)模集成，尋址方式的關(guān)系。堆棧型支持有力：1、

并盡量采用通用器面向寄存器：速度快,硬件堆棧；2、堆棧

件增長硬件；指令豐富;3、支持高

二是由全硬設(shè)計轉(zhuǎn)面向主存：速度稍級語言編譯;4、支持

為微匯編'微高級語慢，減少寄存器占子程序嵌套和遞歸。

用；可將以下信息所有

壓入棧：返回地址'6、數(shù)據(jù)描述符和向指令增強功能加快

條件碼'關(guān)鍵寄存器量數(shù)據(jù)表達對向量速度,低頻指令合并

內(nèi)容、必要的全局或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的和取消;2、復(fù)合指令

局部參數(shù)。為子程序支持有什么不同？代替子程序或宏。

開辟局部變量中間描述方法比變址方8、haffman方法及優(yōu)

結(jié)果工作區(qū)。法簡便，但不能解決缺陷？

4、比較尋址方式在向量數(shù)組高速運算構(gòu)造方法:構(gòu)造haf

指令中的兩種指明問題；向量解決機能fman樹'每個節(jié)點

方式?？焖傩纬稍氐刂?，用01表達'從根開

操作碼中的某位。缺能把元素成塊預(yù)取始01編碼

陷：不靈活。優(yōu)點：到CPU,用一條指令優(yōu)點：平均碼長最短,

指令總長短。同時對整個向量數(shù)冗余少。缺陷：種類

設(shè)尋址方式字段。缺組高速解決。多，不易譯碼。

陷：指令總長長。優(yōu)7、按CISC方向改善9%haffman壓縮概

點：尋址靈活。指令系統(tǒng)的思緒具念的基本思想？

5、“機構(gòu)型”和“策體辦法？概率高的事件用短

略型”的含義？思緒可從面向目的位數(shù)表達，低的用長

機構(gòu)型功能指基本程序、高級語言、操位數(shù)表達。

的通用的功能;策略作系統(tǒng)三個方面考10、以浮點數(shù)數(shù)據(jù)表

型功能指不穩(wěn)定的慮°達說明數(shù)的可表達

也許會改變的功能。面向目的程序可采精度,運算中的精度

用的辦法：1、對高頻損失，尾數(shù)基值取小

對哪個有利哪個不12、什么是程序的動輯與物理空間進行

利？態(tài)再定位？變換，支持動態(tài)再定

數(shù)的可表達精度是程序在主存中的實位。

數(shù)軸上數(shù)的離散限際位置可以動態(tài)移用6位地址碼表達64

度,兩個數(shù)間差越動的定位技術(shù)?？梢詡€地址中的任意一

小，精度越高;運算使用基址寄存器或個，可以用隱含尋址

中的精度損失指運映象表硬件?；騊C自相對尋址形

算中尾數(shù)超長導(dǎo)致13、縮短地址碼長成物理地址。

的損失。度的方法15、設(shè)計RISC機器

尾數(shù)基值取小則可基址、變址、相對尋的一般原則及可采

表達范圍變小,個數(shù)址、分段、寄存器尋用的基本技術(shù)？

減少，分布變密，精址、寄存器間接尋址原則:精簡指令條

度提高，速度減少，等。數(shù)、格式，讓指令等

對前者有利，對后者14、變址和基址各長，一個周期內(nèi)完

不利。合用于何種場合？畢，增長通用寄存

11、0S中哪些適合硬設(shè)計一種只用6位器，一般指令不可訪

化或固化？哪些不地址碼就可以指向存只能對寄存器操

適合？一大地址空間中任作，硬件實現(xiàn)為主，

高頻使用的機構(gòu)型意64個地址之一的少量微程序解釋，提

功能適合,策略型功尋址機構(gòu)。高編譯程序質(zhì)量。

能不適合。變址適合標量計算技術(shù):按以上原則優(yōu)

機中，基址重要對邏化'實現(xiàn)指令，設(shè)立

寄存器，指令采用重17、比較四種浮點數(shù)恒置1法:最低位恒

疊流水方式解釋，采尾數(shù)下溢解決方法置1,整數(shù)最大誤差

用延遲轉(zhuǎn)移，提高便截斷法：將超過機器1,分數(shù)最大誤差

宜程序質(zhì)量。字長的部分截去，整2X-m),)，記錄平

16、比較CISC和數(shù)最大誤差1,分數(shù)均誤差略＞0,不能調(diào)

RISC,此后的發(fā)展是最大誤差2-(一m),節(jié)記錄平均誤差,實

什么？記錄平均誤差＜0,不現(xiàn)最簡樸不增硬件

CISC問題：系統(tǒng)龐大能調(diào)節(jié)記錄平均誤不需解決時間，但最

導(dǎo)致成本高可靠性差，實現(xiàn)最簡樸不增大誤差平均誤差大

低,80%指令運用率硬件不需解決時間，且無法調(diào)節(jié)。

低，性價比低。但最大誤差平均誤查表舍入法:用2^k

RISC優(yōu)點:簡化指差大且無法調(diào)節(jié)。個字的ROM或PLA

令系統(tǒng)，適合VLSI舍入法：設(shè)一附加位,存放下溢解決表，根

實現(xiàn),解決了CISC的整數(shù)最大誤差0.5,據(jù)查表內(nèi)容解決下

上述問題。分數(shù)最大誤差2人溢。整數(shù)、分數(shù)、記

缺陷：加重匯編語言(-m—1),記錄平均錄平均誤差均趨于0,

承擔(dān)，目的程序開銷誤差略＞0,不能調(diào)節(jié)能調(diào)節(jié)記錄平均誤

大，對浮點運算虛擬記錄平均誤差，實現(xiàn)差,解決速度快但需

存儲支持不強，對編簡樸增硬件少最大增長硬件。

譯程序規(guī)定高。誤差小，但速度慢需第三章

發(fā)展趨勢：兩者互相解決時間平均誤差

結(jié)合,取長補短。無法調(diào)節(jié)。

1、以IBM370為例說成本高,運用率低，并/串一串/并：在總

明為什么把中斷分不易擴展。線兩端設(shè)立轉(zhuǎn)換器，

類以及提成幾類。非專用線:可被多種經(jīng)分拆移位后在目

大型多用途機器中功能與部件共享，但的端形成完整的字。

斷源多，每個中斷源同一時刻只能被一4、比較幾種數(shù)據(jù)寬

單獨形成入口將導(dǎo)個部件使用。優(yōu)點：度

致硬件實現(xiàn)難，代價集成度高，造價低，單字：適合低速設(shè)

大，因此可歸類，每可擴展能力強，總線備，不用指明傳送信

類給中斷服務(wù)程序運用率高，易標準息單位,缺陷是速度

入口由軟件轉(zhuǎn)入相化。缺陷：流量小，慢總線運用率低；

應(yīng)解決部分。IBM37爭用總線,部件效率定長塊：高速設(shè)備，

。中斷分為6類：機低，也許成為瓶頸，充足運用總線寬度

器校驗，訪管，程序可靠性差。不用指明傳送信息

性，外部，I/O,重3、減少總線線數(shù)的單位，但不靈活；

新啟動。方法可變長塊:優(yōu)先級速

2、專用和非專用線線的組合:減少按功度都高的設(shè)備，靈活

各自的優(yōu)缺陷能和傳遞方向所需需充足運用總線帶

專用線:只連接一對的線數(shù)。寬，但需指定傳送信

物理部件的總線。優(yōu)編碼:對少數(shù)幾根功號塊大小。

點:不用爭總線，控能線進行編碼取代單字加定長塊：優(yōu)先

制簡樸，系統(tǒng)可靠。多根單功能線。級高速度低的設(shè)備，

缺陷：總線數(shù)多且長,短數(shù)據(jù)可用單字傳

送減少帶寬浪費，信動命令,結(jié)束通道選負荷時對通道規(guī)定

息塊太小時成為單擇設(shè)備期的實際流量應(yīng)是所

字方式總線運用率f進入通道數(shù)據(jù)傳送連各設(shè)備的流量最

低。期,完畢數(shù)據(jù)傳送大的那個。

單字加可變長塊：普g向CPU發(fā)I/0請選擇:不定長塊，高

遍使用，靈活有效，求，第二次轉(zhuǎn)管態(tài)，優(yōu)先級高速設(shè)備,獨

但復(fù)雜開銷大。調(diào)出相應(yīng)管理程序，占通道,一次選擇設(shè)

5、有通道情況下的之后CPU返回目態(tài)。備,獨占，滿負荷時

I/O過程6、比較通道的三種對通道規(guī)定的實際

a目態(tài)程序中可安類型流量應(yīng)是所連各設(shè)

排I/O廣義指令字節(jié)多路:單字節(jié)，備的流量最大的那

b運營到廣義指令后,適于大量低速設(shè)備，個。

產(chǎn)生訪管中斷字節(jié)交叉，多次選擇7、為什么中斷優(yōu)先

cCPU響應(yīng)中斷后設(shè)備，分時共享，滿級從高到低一般為：

進入管態(tài)負荷時對通道規(guī)定機器校驗、程序性和

d管理程序根據(jù)廣義的實際流量應(yīng)是所管理程序調(diào)用、外

指令編寫通道程序，連各設(shè)備的流量之部、I/O、重新啟動?

進入通道選擇設(shè)備和。機器校驗若不及時

期數(shù)組多路：定長塊，解決,系統(tǒng)將無法正

e選擇通道和子通適于大量高速設(shè)備，常工作。

道，取出指令，選擇成組交叉，多次選擇程序中斷若低于外

控制器和設(shè)備，發(fā)啟設(shè)備，分時共享，滿部和I/O中斷也許

導(dǎo)致混亂。只有解決e數(shù)據(jù)傳送，維持總c查詢到后，查詢停

完機器故障后，才干線忙止,該部件獲得總線

進入訪管中斷。f傳送完畢，去除總使用權(quán)

重新啟動一般時間線忙d數(shù)據(jù)傳送,維持總

并不緊迫,所以放在g總線請求再次建立線忙

最后O時,反復(fù)新的分派過e傳送完畢，去除總

8、集中式串行鏈接程。線忙

的過程,優(yōu)缺陷,硬優(yōu)點:簡樸，線數(shù)少，f總線請求再次建立

件故障時通訊的可可擴充性好,可靠性時，反復(fù)新的分派過

靠性。iWjo程。

a經(jīng)公共總線向總線缺陷：對總線可用線優(yōu)點:靈活,可靠性

控制器申請及電路敏感,不靈高

b總線不忙時，總線活，速度慢。缺陷：線數(shù)多，擴展

控制器響應(yīng)請求，送9、集中式定期查詢性差，控制復(fù)雜，總

出總線可用。的過程，優(yōu)缺陷，硬線分派受限計數(shù)信

c總線可用信號在件故障時通訊的可號。

部件間串行通過，直靠性。10、集中式獨立請

至某個部件發(fā)生總a每個部件發(fā)總線求的優(yōu)缺陷，硬件故

線請求。請求障時通訊的可靠性。

d該部件獲得總線使b總線不忙時，定期a每個部件有總線請

用權(quán)查詢誰發(fā)的請求求和總線準許

b總線未分派時，總中斷響應(yīng)過程中現(xiàn)1）由程序號找到相

線分派器根據(jù)某種場的保存和恢復(fù)用應(yīng)的段表基址寄存

算法仲裁哪個申請硬件實現(xiàn)，以保證響器，查到段表始址和

部件使用總線。應(yīng)速度。段表長度。

c數(shù)據(jù)傳送另一部分現(xiàn)場用軟2）檢查是否越界，正

d傳送完畢后除去總件實現(xiàn)，提高靈活常轉(zhuǎn)3

線已分派和總線準性。3）由段表始址和段

許。第四章號找到裝入位等相

優(yōu)點:速度快，靈活，1、在分體交叉存儲應(yīng)表項

方便隔離失效部件器中為什么實際頻4）裝入位為1轉(zhuǎn)5,

缺陷:線數(shù)多，復(fù)雜。寬不隨M增大而線否則產(chǎn)生缺頁中斷

11、在現(xiàn)代計算機系性增大？5）主存地址+段內(nèi)

統(tǒng)中，中斷系統(tǒng)的軟M大-數(shù)據(jù)總線長-負偏移二物理地址

硬件功能是如何分載重一增長門級數(shù)-3、段頁式存儲管理

派的,為什么這樣分增長延遲；的地址轉(zhuǎn)換過程

派？順序取指效率可提用戶標志'段號'頁

中斷響應(yīng)規(guī)定快,-高M倍，但出現(xiàn)轉(zhuǎn)移號、頁內(nèi)偏移

般用硬件實現(xiàn)。效率就會下降。1）用戶標志一段基

中斷的解決過程一2、段式存儲管理的址寄存器

般用軟件，也可用硬地址轉(zhuǎn)換過程。2）檢查是否越界

件支持。程序號'段號'段內(nèi)3）找到段表中表項

偏移量4）檢查裝入位，段長

5）找到頁表中表項充；有效地址生成某個程序的頁面失

6）檢查裝入位慢。效率過高時就增長

7）實頁號+頁內(nèi)偏移6、段頁式管理的優(yōu)它的主存頁數(shù)，過少

二有效地址缺陷時就減少它的主存

4、段式存儲管理優(yōu)優(yōu)點：具有段式、頁頁數(shù)，以提高總的主

缺陷式優(yōu)點存運用率。

優(yōu)點：并行編程，縮缺陷：有效地址形成9、主存頁面表實現(xiàn)

短時間；相對獨立，慢。的變形LRU的過程

易于維護;實現(xiàn)虛擬7、為什么要發(fā)展存最近最久未使用算

存儲;便于共享和分儲體系法

段保護。單一工藝的存儲器1）建立主存頁面表

缺陷：主存運用率低;件不能同時滿足容2）用使用位表達是

減少了訪寸速度；空量'速度和價格的規(guī)否被訪問過,置初值

閑區(qū)管理復(fù)雜；查表定；并行主存系統(tǒng)效為0

速度慢。果有限。所以必須使3）訪問實頁，則其

5、分頁方式的優(yōu)缺用由多種不同工藝使用位置1

陷存儲器組成的存儲4）調(diào)入頁進入占用

優(yōu)點:表項短，減少系統(tǒng),從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上位為。的實頁，將占

訪表時間；零頭少；公斤，發(fā)展存儲體用位置1

速度快。系。5）所有占用位為1,

缺陷：強制分頁，不8、頁面失效頻率算發(fā)生缺頁時,替換使

利于存儲保護和擴法的思想用位為。的頁

6）使用位要全1相同點：都需要地址2）查找Nv時，經(jīng)同

時，強制全置0。映象表和地址變換樣函數(shù)變成A,再找

10、頁式管理中的主機構(gòu)。到Nv內(nèi)容。

存頁面表和頁表是不同點：3）地址變換時先查

一張表嗎？1）前者為縮小CP快表再查慢表

頁表是一個程序一U主存速度差,后者14、有Cache時，

張；主存頁面表是整為擴大主存容量；給出一個主存地址

個主存一張。2）前者硬件后者軟訪存過程

11、比較寫回法寫直影結(jié)合實現(xiàn)地址變1）將主存與Cache

達法換；提成大小相同的塊。

寫回法:信息只寫入3）前者用頁表后者2）判斷要訪問的主

CACHE,僅需要替用目錄表實現(xiàn)實現(xiàn)存地址塊號是否在

換時才送回主存。節(jié)地址映象表；Cache中。

省開銷，但增長CA4）前者CPU與輔存3）若在，變換為Cac

CHE復(fù)雜性。之間無通路,后者缺he號,訪問Cacheo

寫直達法：寫入C頁時CPU采用換道辦4）若不在，將該信息

ACHE時也寫入主存。法。由主存調(diào)入Cache

開銷小,簡樸，但浪13、散列法實現(xiàn)快表和CPUo

費時間。的地址變換過程5）若Cache已滿，

12、CPU-Cache-±1）A=H（Nv）則替換Cache信息,

存層次,CPU-主存-修改相應(yīng)表格。

輔存層次異同。

15、比較Cache—比較；相等則命中否沖突)全相聯(lián)，C

主存層次的幾種地則訪主存。目錄表ache運用率V全相

址變換方式長:Cache；寬:主存聯(lián)，目錄表>直接方

全相聯(lián)映象和變換。地址位-Cache地式。

過程：主存分為塊號址位。目錄表小，成16、什么是堆棧型的

和塊內(nèi)地址;塊號同本低速度快，但沖突替換算法

目錄表比較;相同則概率大Cache運用滿足n<LT時,BT(N)

Cache塊號和塊內(nèi)率低。包含于BT(N+1)<

地址形成Cache地組相映象及變換。區(qū)P>

址;不同則缺塊，調(diào)號組號塊號內(nèi)地址；n>=Lt時,Bt(n)=B

塊。目錄表長：Cac用組號選組；對該組t(n+1)

he;寬：主存塊號+區(qū)號+塊號全相聯(lián)比n：分派給程序的實

Cache塊號。優(yōu)點：較；找不到失敗找到頁數(shù)

塊沖突低,空間運用則Cache塊號組號Bt(n)：t時刻在實

率最高；缺陷：映象塊內(nèi)地址形成Cac頁中的頁面集合

表長,查表速度慢。he地址。目錄表長Lt:t時刻解決過的

直接映象及變換。過2-ncb,Cache表大不同的虛頁數(shù)

程：區(qū)號塊號塊內(nèi)地小(區(qū)號+2塊號)位17、主存實際頻寬與

址;主存地址中截取(區(qū)號+塊號)位參與模數(shù)m的關(guān)系是什

Cache地址;根據(jù)塊比較。集中全相聯(lián)和么？因素?指令流與

號讀出目錄表中區(qū)直接映象的優(yōu)點填數(shù)據(jù)流隨機時,主存

號與主存地址區(qū)號補它們的缺陷，但塊

實際頻寬與模數(shù)m有寫直達法：同時寫入加快地址映象和變

什么關(guān)系？Cache和主存，需增換，如采用快慢表，

主存實際頻寬隨模長時間開銷。增大快表命中率等。

數(shù)增大而增大，但增19、二級虛擬儲存層2。、解釋頁面失效、

量會減小。這是由于次的等效訪問時間頁面爭用，什么時候

程序會有轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)與主輔存訪問時間同時發(fā)生,什么時候

分布有隨機性。完全有什么關(guān)系？提高不同時發(fā)生？

隨機時，大體成平方存儲層次的訪問速虛頁不在主存中，會

根關(guān)系增大。度，可采用的措施有發(fā)生頁面失效。頁面

18、CPU寫Cache哪些？調(diào)入主存時，其位置

時，會發(fā)生Cache主輔存的訪問時間被其它虛頁占用，會

與主存的相應(yīng)副本為T1和T2,等效發(fā)生頁面爭用。分派

內(nèi)容不一致，如何解訪問時間TA=HT1+(1給程序的內(nèi)存被所

決?需增長什么開-H)T2,H為主存命有占用后，會同時發(fā)

銷？中率?？刹捎玫拇肷?。反之不同時發(fā)

寫回法:僅Cache施。生。

替換時才寫回主存。TA>>主存訪問周期第五章

每個Cache塊需增長時,可用改善替換算1、試舉例說明什么

一個修改位的資源法'增大主存容量等是“先讀后寫”，“寫

開銷。辦法來提高H；一寫”，“先寫后讀”

H很高時,可減少T相關(guān)？

1；

設(shè)有指令h,i,j,類似可知“先寫后之前輸入中已獲得

k,I,m,n依次流入流讀”相關(guān)。對的信息。優(yōu)點：重

水線,若i要讀數(shù)的2、解決通用寄存器疊速度不下降。缺

單元正是k寫數(shù)的單數(shù)相關(guān)有幾種方陷：增長設(shè)備為代

元，正常順序是i先法？試作簡樸比較。價。

讀，k再寫。但由于方法1：3、為實現(xiàn)指令重疊

異步流動下,k也許推后“分析k+1”讀。解釋也許采用哪些

先于指令i被解釋，可將“分析k+1”推辦法？簡樸分析其

從而i讀到的是不到“執(zhí)行k”結(jié)束時,特點？

對的數(shù)據(jù)（正常數(shù)據(jù)也可以使它們部分方法1：

應(yīng)當是k寫之前的），重疊,只要“分析讓操作數(shù)和指令分

這種相關(guān)稱為“先讀k+1”能取得對的操別存放在兩個獨立

后寫”相關(guān)。若i,作數(shù)即可。缺陷：它編址且可同時訪問

k向一單元寫數(shù)據(jù)，們是以犧牲速度為的存儲器中。優(yōu)點：

正常情況下最后單代價。優(yōu)點：不增長有助于實現(xiàn)指令的

元中應(yīng)保存k寫的數(shù)設(shè)備。保護。缺陷:主存總

據(jù)，但由于異步流方法2:線控制復(fù)雜,軟件設(shè)

動，k也許先于i寫設(shè)立“相關(guān)專用通路計麻煩。

數(shù)據(jù)，使該單元最后辦法”。在運算器輸方法2:

結(jié)果不對的，這種相出到輸入之間增設(shè)指令和操作數(shù)混存

關(guān)稱“寫一寫”相關(guān)?！跋嚓P(guān)專用通路”，在多體交叉主存結(jié)

保證在“執(zhí)行k+1”構(gòu)中，只要指令和操

作數(shù)不在一個分體化指令順序,使流水超流水線解決機：運

時就在一個主存周吞吐率提高。優(yōu)點：用時間并發(fā)性，運用

期取得。優(yōu)點:實現(xiàn)硬件不調(diào)整指令順較短時鐘周期提高

上簡樸，開銷少。缺序'容易實現(xiàn)'適合流水線速度。優(yōu)點：

陷：當指令和操作數(shù)矩陣計算。缺陷:開開銷小。缺陷：必須

在同一體時無法重銷大。有高速時鐘機。

疊。超長指令字解決機：5、流水線按級別提

方法3：編譯程序?qū)⑦x擇可成幾類?線性流水線

增設(shè)FIFO工作的指并行指令放入一條與非線性流水線有

令緩沖寄存器。當主超長指令中，運營時什么區(qū)別？動態(tài)流

存空閑時預(yù)取下幾指令中每個操作段水線和靜態(tài)流水線

條指令到指緩。優(yōu)控制一功能部件。優(yōu)有什么區(qū)別？

點：微操作可提成分點:硬件結(jié)構(gòu)和指令流水線按級別分部

析指令和執(zhí)行指令系統(tǒng)簡樸'無增長硬件級、解決機級和系

兩部分。缺陷：數(shù)據(jù)件開銷'指令級并行統(tǒng)級三級。線性流水

相關(guān)問題。性高。缺陷：指令結(jié)線段間無反饋或超

4、試比較幾種指令構(gòu)與一般計算機不過的通路，非線性流

級高度并行的超級兼容'指令結(jié)構(gòu)不靈水線則有反饋回路

解決機活浪費指令存儲空或前越通路。靜態(tài)和

超標量解決機：配置間'不適于一般領(lǐng)動態(tài)流水都是多功

多套功能部件輔助域。能的流水。其中，動

電路，靠編譯程序優(yōu)態(tài)流水線按一種功

能流水未完畢之前，主存空間數(shù)相關(guān):在號位是同號，還是異

可重組開始另一種存儲控制器中，寫數(shù)號,就可以鑒定結(jié)果

功能的流水。靜態(tài)流申請優(yōu)先于讀數(shù)申的正負。而是在一段

水線必須等流水線請被響應(yīng)變址值二程序內(nèi)提前形成條

排空之后才可進行次相關(guān)，設(shè)立變址值件碼,例如，在循環(huán)

功能切換。相關(guān)專用通路。程序中，將控制循環(huán)

6、在“一次重疊”通用寄存器組的變變量改值的指令提

的機器中，會出現(xiàn)哪址值一次相關(guān):設(shè)立前到循環(huán)體開始處。

些相關(guān)?如何解決？變址值相關(guān)專用通在硬件上設(shè)立專用

轉(zhuǎn)移指令與后續(xù)指路，并推后后續(xù)指令的條件碼寄存器，以

令相關(guān)：減少使用轉(zhuǎn)的分析。便在判斷是否循環(huán)

移指令，需要使用時7、為解決流水機器時，已提前產(chǎn)生了條

可采用延遲轉(zhuǎn)移技的全局性相關(guān)，可以件碼。

術(shù)。加快或提前形成轉(zhuǎn)8、解釋重疊方式中

指令相關(guān)：不允許程移指令所需的條件的“一次重疊”的含

序在執(zhí)行過程中修碼，那么可從哪兩方義。

改指令,需要修改指面考慮?舉例說明。將指令的解釋分為

令時可用類似于I一是加快單條指令“分析”和“執(zhí)行”

BM37。的執(zhí)行指內(nèi)部條件碼的形成。兩個階段，任何時刻

令，變指令相關(guān)為操如有的指令，象乘、都只是“執(zhí)行k”與

作數(shù)相關(guān),統(tǒng)一按操除指令只要取出操“分析k+1”在時間

作相關(guān)去解決。作數(shù),運用其數(shù)的符上重疊，也就是讓指

令分析部件與指令反復(fù)設(shè)立兩個，任務(wù)相關(guān)的方法有哪些？

執(zhí)行部件同時解決錯開一個△t時間簡要說明。

相鄰的兩條指令。分派給這兩個段。全局性相關(guān)是轉(zhuǎn)移

9、什么是流水線的1。、流水機器的中指令與其后續(xù)指令

速度瓶頸？消除流斷解決有哪兩種方之間的相關(guān)。

水線速度瓶頸的方法，各有什么優(yōu)缺解決方法有：

法有哪兩種，舉例示陷？猜測法，猜選其中一

意說明。流水機器的中斷解個分支繼續(xù)流入，待

流水線中通過時間決有不精確斷點法條件碼形成后再決

最長的功能段就是和精確斷點法兩種。定是繼續(xù)執(zhí)行,還是

流水線中的速度瓶不精確斷點法好處作廢，按另一分支重

頸。清除流水線的速是控制解決簡樸，缺新流入。

度瓶頸的方法，一是陷是程序排錯不利。提前形成轉(zhuǎn)移所需

將瓶頸過程再細分。精確斷點法，中斷現(xiàn)的條件,涉及指令內(nèi)

例如,流水線瓶頸段場準確相應(yīng)于發(fā)出或程序段內(nèi)條件碼

為24t,其它各段均中斷的指令，有助于的提前生成。

為△土,則可將該瓶程序的排錯，但不利加快短循環(huán)程序的

頸段再細提成兩個之處是需要大量后解決,判斷如屬于短

子段,各子段通過時援寄存器。循環(huán),將循環(huán)體內(nèi)各

間均為At;二是將11、在流水機器中，指令一次取入指令

瓶頸子過程多套并全局性相關(guān)指的是緩沖器中，停止預(yù)取

聯(lián)，如上例，將瓶頸什么？解決全局性

指令;猜選分支恒選也可以當作是一種(6)陣列解決機結(jié)

循環(huán)分支。流水。構(gòu)和所采用并行算

12、流水解決的重第六章法緊密聯(lián)系；

要技術(shù)途徑是什么？1、試分析陣列解決(7)陣列解決機還

在CPU中可以有哪兩機特點必須提高標量解決

類流水？在存儲系(1)陣列解決機提高速度°

統(tǒng)或存儲體系中舉速度是運用資源反總之，陣列解決機實

出兩個應(yīng)用流水的復(fù)，運用并行性中的質(zhì)上是專門對付數(shù)

例子。同時性；組運算的解決單元

流水解決的重要技(2)解決單元同等地陣列組成的解決機'

術(shù)途徑是時間重疊擔(dān)負起各種運算,其專門從事解決單元

和功能部件專用化。設(shè)備運用率也許不陣列控制及標量解

CPU內(nèi)部可以有指那么高；決的解決機和專門

令流水線和運算操⑶速度提高在硬件從事輸入輸出及操

作流水線。在存儲體價格大幅度下降情作系統(tǒng)管理的解決

系中CACHE存儲器的況下，潛力巨大；機組成的一個異構(gòu)

查地址映象表和訪(4)互連網(wǎng)絡(luò)對系型多解決機系統(tǒng)。

物理CACHE可以統(tǒng)性能影響顯著；2、試比較陣列機的

流水。存儲器系統(tǒng)中,⑸互連網(wǎng)絡(luò)使陣列兩種基本形式

主存模m多體交叉對解決機比固定結(jié)構(gòu)⑴分布式存儲器陣

各分體的交叉訪問的單功能流水線靈列機。a、各解決單

活；元PE有局部存儲器,

被分布數(shù)據(jù)只能被于解決單元與存儲列四功能互換單元；

本解決單元直接訪分體之間進行轉(zhuǎn)接控制方式：單元控

問。b、在控制部件構(gòu)成數(shù)據(jù)通路。制；互換單元：四功

CU內(nèi)有主存儲器。3、試比較多級互連能互換單元。

運營時所有指令都的幾種網(wǎng)絡(luò)多級PM2I——拓撲

在CU中，只把適合ATRAN——拓撲結(jié)結(jié)構(gòu)：每級按PM2I

并行解決的“向量構(gòu)：第I級互換單元連接;控制方式：級

類”指令播給各PE,處在互換方式時,實控制或單元控制；互

并控制各PE并行執(zhí)現(xiàn)Cubei;控制方換單元：二功能互換

行。c、各PE可通過式：級控制分級控單元。

互連網(wǎng)ICN互換數(shù)制；互換單元：二功全掃￡歹ljBenes------

據(jù)。d、PE通過CU能互換單元。拓撲結(jié)構(gòu)：三維立方

連到管理解決機S間接二進制N方體一體多級網(wǎng)絡(luò)與它的

C±,用于管理系統(tǒng)一拓撲結(jié)構(gòu):第I級逆網(wǎng)絡(luò)連在一起，省

資源。互換單元處在互換去中間反復(fù)一級；控

(2)集中式共享存方式時,實現(xiàn)Cub制方式：單元控制；

儲器陣列機。a、K個ei;控制方式:單元互換單元:二功能互

存儲體集中組成，經(jīng)控制;互換單元：二換單元。

互連網(wǎng)絡(luò)為所有N個功能互換單元。4、試說明間接二進

解決單元共享。其中多級混洗omega------制n方體網(wǎng)絡(luò)是阻塞

K等于數(shù)據(jù)解決單拓撲結(jié)構(gòu)：每一級有式網(wǎng)絡(luò)

元數(shù)。b、互連網(wǎng)用一個全混拓撲和一

N個端要實現(xiàn)任意排即間接二進制N方缺陷是：增長設(shè)備和

列，應(yīng)有N!種。體網(wǎng)絡(luò)是阻塞式網(wǎng)成本。

而單元控制的N=ln絡(luò)。6、試比較單級互連

N/ln2級間接二進制5、試比較互連網(wǎng)動的幾種函數(shù)

方體網(wǎng)絡(luò)中，每級有態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)的兩種Cube

N/2個開關(guān)，N級互形式相連的2個解決單元

連網(wǎng)互換開關(guān)總數(shù)動態(tài)單極網(wǎng)絡(luò)指網(wǎng)其二進制編號只有

為(NInN/In2)/2.絡(luò)只有有限幾個連一位不同。Cubei,

要實現(xiàn)入'出端的一接,必須經(jīng)循環(huán)多次其第i位取反。有

一映射，每個開關(guān)只通過,才干實現(xiàn)任意logN(以2為底，下

能取直接或互換兩兩個解決單元之間同)種函數(shù)，任意兩

種功能。的信息傳送。節(jié)省設(shè)點最大距離是logN,

所以開關(guān)狀態(tài)總共備，但通過時間長，最多使用I。gN次

有2八[(NIn對網(wǎng)絡(luò)控制規(guī)定高。函數(shù)可實現(xiàn)任意入

N/ln2)/2],即M動態(tài)多極網(wǎng)絡(luò)指由出端連接,可逆。

(N/2)種。多個動態(tài)單極網(wǎng)絡(luò)PM2I

當N>2時,N—N/2)串聯(lián)組成的網(wǎng)絡(luò)。通J號解決單元直接連

<N!<p>過時間短，靈活性接的結(jié)點是J土

所以它無法表達所好，可運用不同單極2、(OWiWlogN

有N!排歹IJ,所以當互連網(wǎng)絡(luò)組合成有-1)oPM2±i(j)二j

多個入出端同時連不同特性和連接?！?八i(0WiWl

接時也許發(fā)生沖突，式的多級互連網(wǎng)絡(luò)。ogN-1,0WjW

N-1.有2IogN-1系統(tǒng)組成上應(yīng)包含N個端所有一到一

種函數(shù)，任意兩點最哪些部分和功能？的傳送都不會發(fā)生

大距離是N/2,最多反復(fù)設(shè)立大量的解傳送途徑使用沖突

使用2次函數(shù)可實決單元用規(guī)整靈活的互連網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)任意端連接,可的互連函數(shù)互連，組實現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)的

逆。成解決單元陣列；出方法有：

混洗用專門的并行算法