計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)資料

第一章1、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。(Amdahl提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)際上指傳統(tǒng)機(jī)器語言級程序員所能看到的計(jì)算機(jī)屬性。)2、透明性：本來是存在的事物或?qū)傩裕珡哪撤N角度看又好像不存在的概念稱為透明性（transparency），在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，低層機(jī)器的屬性對高層機(jī)器的程序員往往是透明的，如傳統(tǒng)機(jī)器級的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，對高級語言程序員來說是透明的。3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件的界面，即機(jī)器語言程序員所看到的傳統(tǒng)機(jī)器級所具有的屬性。計(jì)算機(jī)組成：指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包含物理機(jī)器級中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。它著眼于物理機(jī)器級內(nèi)各事件的排序方式與控制方式、各部件的功能以及各部件之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)：指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。它著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)，其中器件技術(shù)在實(shí)現(xiàn)技術(shù)中起主導(dǎo)作用。4、系列機(jī)的軟件兼容方式：軟件兼容有（向上兼容）和（向下兼容）之分，又有（向前兼容）和（向后兼容）之分。系列機(jī)軟件必須保證（向后兼容），力爭（向上兼容）。兼容機(jī)：不同制造商生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。系列機(jī)：在一個(gè)廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的體系結(jié)構(gòu)，但具有不同組織和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號的機(jī)器。5.

軟件兼容：同一個(gè)軟件可以不加修改第運(yùn)行于體系結(jié)構(gòu)相同的各檔及其，而且它們所獲得的結(jié)果一樣，差別只在于運(yùn)行時(shí)間不同。6、并行性的概念：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻或者同一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行多種運(yùn)算或操作。只要在時(shí)間上相互重疊，就存在并行性。他是同時(shí)性和并發(fā)性兩種含義。同時(shí)性：兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)性：兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。從處理數(shù)據(jù)的角度并行性從低到高分為：a、字串位串：每次只對一個(gè)字的一位進(jìn)行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在并行性b、字串位并：同時(shí)對一個(gè)字的全部位進(jìn)行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)并行性。c、字并位串：同時(shí)對許多字的同一位進(jìn)行處理，這種方式具有較高的并行性。d、全并行：同時(shí)對許多字的全部位或部分位進(jìn)行處理，這是最高一級的并行。從執(zhí)行角度來看，并行性從低到高依次分為：a、指令內(nèi)部并行：單條指令中各微操作之間的并行。b、指令級并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。c、線程級并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位。d、任務(wù)級或過程級并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的過程或任務(wù)，以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元。e、作業(yè)或程序級并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的作業(yè)或程序。7、提高并行性的技術(shù)途徑：（1）時(shí)間重疊：多個(gè)處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。（2）資源重復(fù)：通過重復(fù)設(shè)置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。（3）資源共享：是一種軟件方法，它使多個(gè)任務(wù)按一定時(shí)間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。8、多機(jī)系統(tǒng)的耦合度分類：（1）最低耦合：除通過某種中間存儲介質(zhì)之外，各計(jì)算機(jī)之間沒有物理連接，也無共享的聯(lián)機(jī)硬件資源。（2）松散耦合：通過通道或通信線路實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間互連，共享某些外圍設(shè)備，機(jī)間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級進(jìn)行。（3）緊密耦合：機(jī)間物理連接的頻帶較高，往往通過總線或高速開關(guān)實(shí)現(xiàn)互連，可以共享主存。計(jì)算題：哈夫曼1、碼長表示法：2—4—6(有三種長度，兩位的、四位的、六位的)2、碼點(diǎn)表示法：3/6/4（最短的有三條，最長的有四條，中間長度對應(yīng)為6條）3、2—4最多碼點(diǎn)數(shù)：13解釋：2可以有00、01、10、11四種，但是必須是2-4擴(kuò)展至少有一個(gè)為兩位，其他的可以在前面擴(kuò)展兩位，每個(gè)可以對應(yīng)四種例如對于01可以變成：0001、0101、1001、1101，所以總共加起來最多只能是3*4+1=13種4、以下四種編碼中：不是2-4擴(kuò)展的是（D）A:1/2 B:2/8 C:3/4 D:4/8大題：有一臺模型機(jī)，有以下七種不同的指令，使用頻率表示如下：T1:20%T2:12%T3:11%T4:15%T5:8%T6:3%T7:2%T8:18%T9:10%T10:1%（1）上圖為哈夫曼編碼圖：平均長度為2*20%+3*（10%+11%+12%+15%+18%）+4*8%+5*3%+6*(1%+2%)=3.03可以表示成：00、010、011、100、101、110、1110、11110、111110、111111（2）若用定長操作碼表示至少需要多少位？答：至少需要4位（3）用擴(kuò)展操作碼（只有兩位）可以有多種方式表示，要求平均長度不能大于3.2，給出最合理的編碼方式，并求出平均編碼長度？①采用擴(kuò)展操作碼可以用2—4擴(kuò)展操作碼的碼點(diǎn)1/9表示：求得平均長度為：1*（20%）+4（80%）=3.4>3.2不符合②3—4的6/4編碼方式：平均長度為3*（10+11+12+15+18+20）%+4*(1+2+3+8)%=3.14<3.2符合條件③4—5編碼6/4方式：4*（10+11+12+15+18+20）%+5*(1+2+3+8)%>3.2④2—5編碼中的3/7方式：2*（15+18+20）%+5*（1+2+3+8+10+11+12）%=3.41>3.2不符合第二章1.CISC結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)(1)在CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，各種指令的使用頻率相差懸殊。(2)CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這不僅增加了研制時(shí)間和成本，而且還容易造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。(3)CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性給VLSI設(shè)計(jì)增加了很大負(fù)擔(dān)，不利于單片集成。(4)CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，許多復(fù)雜指令需要很復(fù)雜的操作，因而運(yùn)行速度慢。n=10n=10，η=6*10△t4*6△t+9*3*4△t=6024+108=115TP=106*△t+3*9*△t=1033*△t≈45%(2)時(shí)空圖法:時(shí)間時(shí)間12343111223234123123123444443△t3△t空間Tp=4/((6+3*3)△t)=4/(15△Tp=4/((6+3*3)△t)=4/(15△t)=0.267(1/△t)=24△t/(4*15△t)=2/5=40%Sp=4*6△t/15△t=8/5=1.6n=4時(shí);n=10時(shí);同上.第五章存儲層次1、cache降低失效率的幾種方法增加塊大小、提高相聯(lián)度、victimcache、偽相聯(lián)cache、硬件預(yù)存、編譯器控制的預(yù)存、編譯器優(yōu)化2、子塊放置技術(shù)：把Cache塊進(jìn)一步劃分為更小的塊(子塊)，并給每個(gè)子塊賦予一位有效位，用于指明該子塊中的數(shù)據(jù)是否有效。Cache與下一級存儲器之間以子塊為單位傳送數(shù)據(jù)。但標(biāo)識仍以塊為單位4、減少失效開銷技術(shù)讓讀失效優(yōu)先于寫子塊放置技術(shù)請求字處理技術(shù)非阻塞Cache技術(shù)采用兩級Cache5、請求字優(yōu)先：調(diào)塊時(shí)，從請求字所在的位置讀起。這樣，第一個(gè)讀出的字便是請求字。將之立即發(fā)送給CPU6、設(shè)有一道程序，有1至5共五頁，執(zhí)行時(shí)的頁地址流（即執(zhí)行時(shí)依次用到的程序頁頁號）為：2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2若分配給該道程序的主存有3頁，分別采用FIFO和LRU替換算法表示這3頁的使用和替換過程說明：（1）FIFO算法：替換最早裝入主存的頁；（2）LRU算法：依據(jù)各塊使用的情況，選擇最近最少使用的塊替換。時(shí)間時(shí)間t123456789101112頁地址流232152453252調(diào)進(jìn)調(diào)進(jìn)調(diào)進(jìn)命中替換替換替換替換命中命中替換替換223322313*1551*25*24245*2*43342*34*53*52命中命中命中命中3次近期最少使用LRU2調(diào)進(jìn)23調(diào)進(jìn)232命中23*1調(diào)進(jìn)2*15替換51*2命中25*4替換2*45命中54*3替換35*2替換3*25命中523*命中命中命中命中命中命中命中5次2先進(jìn)先出FIFO對于一個(gè)容量為3個(gè)塊的全相聯(lián)Cache，假定訪問的地址塊號序列為1，2，3，4，1，2，3，4，分別