02325系统结构简答题

1、自考计算机系统结构问答题总结（1）第一章计算机系统结构基本概念1、翻译和解释的区别和联系？联系：都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。2、为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构？可以调整软、硬件比例；可以用真正的实处理机代替虚拟机器；可以在1台宿主机上仿真另一台。3、计算机系统结构用软件实现和硬件实现各自的优缺点？数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、I/O 结构、保护方式和机构。5、试述由上往下、由下往上设计思路和存在的问题？由下往上：根据已有器件，逐级往上。六七十年代通用机设计思路。 以上方法存在的问题是软、硬件脱节。6、采用统

2、一高级语言方法、适用场合、存在问题和应采取的策略。定义：是指为所有程序员使用的完全通用的高级语言。适用场合：软件移植方便。不通用；程序员的习惯应采取的策略：可一定范围内统一汇编语言，结构相同机器间搞系列机。7、由中间开始的设计思路及优点（传统机器级和操作系统机器级之间） 既考虑应用也考虑现有器件，由软硬件分界面向两端设计。优点：并行设计，缩短周期。8、模拟和仿真的区别模拟：机器语言解释，在主存中；仿真：微程序解释，在控制存储器中。9、采用系列机方法、适用场合、好处、存在问题和应采取的策略定义：根据软硬件界面的系列结构，设计软件和不同档次的系列机器。适用场合：同一系列内软件兼容好处：呼应“中间开

3、始”设计思路；缓解软件要求稳定环境和硬件发展迅速的矛盾。存在问题：软件兼容有时会阻碍系统结构的变革。策略：坚持这一方法，但到一定时候要发展新系列，还可采用模拟仿真。10、为什么要进行软件移植？软件的相对成本越来越高，应重新分配软、硬件功能。但：成熟软件不能放弃；已有软件修改困难；重新设计软件经济上不划算。11、除了分布处理 MPP 和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为哪几种不同结构？例举它们要解决的问题。流水线处理机：多个部件时间上并行执行。拥塞控制，冲突防止，流水线调度。储器中的分布算法。多处理机：时间和空间上的异步并行。多 CPU 间互连，进程间的同步和通讯，多 CPU间调度

4、。数据流计算机：数据以数据令牌在指令间传递。硬件组织和结构，高效数据流语言。12、采用模拟与仿真方法、适用场合、好处、存在问题和应采取的策略。模拟模拟定义：用机器语言解释另一指令系统适用场合：运行时间短，使用次数少，时间上无限制。好处：可在不同系统间移植。存在问题：结构差异大时，运行速度下降，实时性差。策略：与仿真结合仿真适用场合：结构差别不大的系统 好处：运行速度快存在问题：结构差别大时，很难仿真。策略：与模拟结合，发展异种机连网。13、多计算机系统和多处理机系统的区别都属于多机系统，区别：多处理机是多台处理机组成的单机系统，多计算机是多*立的计算机。多处理机中各处理机逻辑上受统一的OS 控

5、制，多计算机的OS 逻辑上独立。据流形式进行。多处理机作业、任务、指令、数据各级并行，多计算机多个作业并行。14、各种耦合度特征最低：无物理连接，如脱机系统。 紧密：总线或数据开关互联，实现数据、任务、作业级并行。15、以实例说明计算机系统结构、组成、实现的相互关系与影响。重叠流水等技术。组成相同，实现可不同。如主存可用双极型，也可用MOS 型等。结构不同组成不同，组成的进步会促进结构的进步，如微程序控制。结构的设计应结合应用和可能采用的组成。组成上面决定于结构，下面受限于实现。组成与实现的权衡取决于性价比等；结构、组成、实现的内容不同时期会不同。16、软件移植的途径，各受什么限制？ 统一高级

6、语言：只能相对统一系列机：只能在结构相同或相近的机器间移植模拟：机器语言差别大时，速度慢仿真：灵活性和效率差，机器差异大时仿真困难。17、并行处理数据的四个等级，给出简单解释，各举一例位串字串：无并行性，如位串行计算机。位并字串：一个字的所有位并行，如简单并行的单处理机。位片串字并：多个字的同一位并行，如相连处理机。全并行：同时处理多个字的多个位，如全并行阵列机。组成：是否配置高速乘法器18、设计乘法指令时，结构、组成、实现各考虑什么？ 结构：是否设计乘法组成：是否配置高速乘法器实现：考虑器件集成度类型数量及微组装技术。实现：考虑器件集成度类型数量及微组装技术。19、器件的发展对逻辑设计方法的

7、影响一是由逻辑化简转为采用组成技术规模生产，规模集成，并尽量采用通用器件二是由全硬设计转为微汇编、微高级语言、CAD 等软硬结合和自动设计数据表示和指令系统第二章1、数据结构和机器的数据表示之间的关系？引入数据表示的基本原则？的交界面。原则：1、是否提高效率减少时间，2、通用性和利用率。2、简述三种面向的寻址方式的关系。面向寄存器：速度快，增加硬件；面向主存：速度稍慢，减少寄存器占用； 面向堆栈：速度慢，减轻编译负担。三者各有特点，但可共同使用，不互相排斥。3、堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别？堆栈型机器对程序调用的哪些操作提供支持？通用寄存器型对堆栈数据结构实现的支持较差：1、堆栈操作

8、指令少；2、速度低；3、通常只用于保存返回地址。通常只用于保存返回地址。、支持子 全局或局部参数。为子程序开辟局部变量中间结果工作区。4、比较寻址方式在指令中的两种指明方式。操作码中的某位。缺点：不灵活。优点：指令总长短。 5、机构型和策略型的含义？机构型功能指基本的通用的功能；策略型功能指不稳定的可能会改变的功能。6、数据描述符和向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同？6、数据描述符和向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同？元素地址，能把元素成块预取到CPU，用一条指令同时对整个向量数组高速处理。7、按 CISC 方向改进指令系统的思路具体办法？思路可从面向目标程序、高级

9、语言、操作系统三个方面考虑。面向目标程序可采用的办法：1、对高频指令增强功能加快速度，低频指令合并和取消；2、复合指令代替子程序或宏。 8、haffman构造方法：构造haffman 树、每个节点用01表示、从根开始01编码优点：平均码长最短，冗余少。缺点：种类多，不易译码。9、haffman 压缩概念的基本思想？概率高的事件用短位数表示，低的用长位数表示。10、以浮点数数据表示说明数的可表示精度、运算中的精度损失，尾数基值取小对哪个有利哪个不利？概率高的事件用短位数表示，低的用长位数表示。10、以浮点数数据表示说明数的可表示精度、运算中的精度损失，尾数基值取小对哪个有利哪个不利？失指运算中尾

10、数超长造成的损失。尾数基值取小则可表示范围变小，个数减少，分布变密，精度提高，速度降低，对前者有利，对后者不利。11、OS 中哪些适合硬化或固化？哪些不适合？高频使用的机构型功能适合，策略型功能不适合。12、什么是程序的动态再定位？执行每条指令时才形成的访存物理地址的方法叫动态再定位表硬件。13、缩短地址码长度的方法基址、变址、相对寻址、分段、寄存器寻址、寄存器间接寻址等。14、变址和基址各适用于何种场合？设计一种只用6位地址码就可以指向一大地址空间中任意64个地址之一的寻址机构。变址适合标量计算机中，基址主要对逻辑与物理空间进行变换，支持动态再定位。664PC址。1515RISC原则：精简指

11、令条数、格式，让指令等长，一个周期内完成，增加通用寄存器，一般指令不可访存只能对寄存器操作，硬件实现为主，少量微程序解释，提高编译程序质量。技术：按以上原则优化、实现指令，设置寄存器，指令采用重叠流水方式解释，采用延迟转移，提高便宜程序质量。16CISCRISC，今后的发展是什么？CISC 问题：系统庞大导致成本高可靠性低，80%指令利用率低，性价比低。RISC 优点：简化指令系统，适合VLSI 实现，解决了CISC 的上述问题。序要求高。发展趋势：二者互相结合，取长补短。17、比较四种浮点数尾数下溢处理方法1，2（-m0.2（-m-12（-，2k 个字的ROMPLA0，能调节统计平均误差，处

12、理速度快但需增加硬件。第三章 总线、中断与输入输出系统1、以 IBM370为例说明为什么把中断分类以及分成几类。1、以 IBM370为例说明为什么把中断分类以及分成几类。IBM37062、专用和非专用线各自的优缺点2、专用和非专用线各自的优缺点总线数多且长，成本高，利用率低，不易扩展。3、减少总线线数的方法线的组合：减少按功能和传递方向所需的线数。编码：对少数几根功能线进行编码取代多根单功能线。并/串-串/并：在总线两端设置转换器，经分拆移位后在目的端形成完整的字。4、比较几种数据宽度单字：适合低速设备，不用指明传送信息单位，缺点是速度慢总线利用率低； 定长块：高速设备，充分利用总线宽度不用指

13、明传送信息单位，但不灵活；小。小时成为单字方式总线利用率低。单字加可变长块：普遍使用，灵活有效，但复杂开销大。5、有通道情况下的 I/O 过程a 目态程序中可安排I/O 广义指令b 运行到广义指令后，产生访管中断cCPU 响应中断后进入管态d 管理程序根据广义指令编写通道程序，进入通道选择设备期e 选择通道和子通道，取出指令，选择控制器和设备，发启动命令，结束通道选择设备期f 进入通道数据传送期，完成数据传送g 向 CPU 发I/O 请求，第二次转管态，调出相应管理程序，之后CPU 返回目态。6、比较通道的三种类型6、比较通道的三种类型字节多路：单字节，适于大量低速设备，字节交叉，多次选择设备

14、，分时共享，满负荷时对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量之和。数组多路：定长块，适于大量高速设备，成组交叉，多次选择设备，分时共享，满负荷时对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量最大的那个。选择：不定长块，高优先级高速设备，独占通道，一次选择设备，独占，满负荷时对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量最大的那个。7I/O重新启动？机器校验若不及时处理，系统将无法正常工作。程序中断若低于外部和I/O 中断可能导致混乱。只有处理完机器故障后，才能进入访管中断。重新启动一般时间并不紧迫，所以放在最后。8ab 总线不忙时，总线控制器响应请求，送出总线可用。cdef 传送完成，去除总线忙g 总线请

15、求再次建立时，重复新的分配过程。优点：简单，线数少，可扩充性好，可靠性高。缺点：对总线可用线及电路敏感，不灵活，速度慢。9ab 总线不忙时，定时查询谁发的请求cdef 总线请求再次建立时，重复新的分配过程。优点：灵活，可靠性高缺点：线数多，扩展性差，控制复杂，总线分配受限计数信号。10ab 总线未分配时，总线分配器根据某种算法仲裁哪个申请部件使用总线。c 数据传送d优点：速度快，灵活，方便隔离失效部件 缺点：线数多，复杂。11、在现代计算机系统中，中断系统的软硬件功能是怎样分配的，为什么这样分配？ 中断响应要求快，一般用硬件实现。中断的处理过程一般用软件，也可用硬件支持。中断响应过程中现场的保

16、存和恢复用硬件实现，以保证响应速度。另一部分现场用软件实现，提高灵活性。第四章存储体系1、在分体交叉存储器中为什么实际频宽不随M 增大而线性增大？1、在分体交叉存储器中为什么实际频宽不随M 增大而线性增大？M 大-数据总线长-负载重-增加门级数-增加延迟；顺序取指效率可提高M 倍，但出现转移效率就会下降。2、段式存储管理的地址转换过程。2、段式存储管理的地址转换过程。程序号、段号、段内偏移量由程序号找到相应的段表基址寄存器，查到段表始址和段表长度。3由段表始址和段号找到装入位等相应表项15，否则产生缺页中断3、段页式存储管理的地址转换过程3、段页式存储管理的地址转换过程用户标志、段号、页号、页

17、内偏移检查是否越界找到段表中表项检查装入位，段长找到页表中表项检查装入位4、段式存储管理优缺点4、段式存储管理优缺点优点：并行编程，缩短时间；相对独立，易于维护；实现虚拟存储；便于共享和分段保护。缺点：主存利用率低；降低了访寸速度；空闲区管理复杂；查表速度慢。5、分页方式的优缺点5、分页方式的优缺点优点：表项短，减少访表时间；零头少；速度快。缺点：强制分页，不利于存储保护和扩充；有效地址生成慢。6、段页式管理的优缺点6、段页式管理的优缺点7、为什么要发展存储体系优点：具有段式、页式优点缺点：有效地址形成慢。7、为什么要发展存储体系单一工艺的存储器件不能同时满足容量、速度和价格的要求；并行主存系

18、统效果有限。所以必须使用由多种不同工艺存储器组成的存储系统，从系统结构上公斤，发展存储体系。8、页面失效频率算法的思想8、页面失效频率算法的思想高总的主存利用率。9、主存页面表实现的变形LRU最近最久未使用算法 1）建立主存页面表01011，0的页。10、页式管理中的主存页面表和页表是一张表吗？10、页式管理中的主存页面表和页表是一张表吗？页表是一个程序一张；主存页面表是整个主存一张。11、比较写回法写直达法写回法：信息只写入CACHE，仅需要替换时才送回主存。节省开销，但增加CACHE 复杂性。写直达法：写入CACHE 时也写入主存。开销小，简单，但浪费时间。12、CPU-Cache-主存层

19、次，CPU-主存-辅存层次异同。12、CPU-Cache-主存层次，CPU-主存-辅存层次异同。相同点：都需要地址映象表和地址变换机构。不同点：前者为缩小CPU前者硬件后者软影结合实现地址变换；前者用页表后者用目录表实现实现地址映象表；前者CPUCPU13、散列法实现快表的地址变换过程A=H（Nv）查找NvA，再找到Nv地址变换时先查快表再查慢表1414Cache将主存与Cache判断要访问的主存地址块号是否在Cache 中。3）若在，变换为CacheCache。若不在，将该信息由主存调入CacheCPU。若CacheCache15、比较 Cache-主存层次的几种地址变换方式块号和块内地址形

20、成Cache块号。优点：块冲突低，空间利用率最高；缺点：映象表长，查表速度慢。Cache 地址；根据块号读-CacheCacheCacheCache2ncb，Cache+2块号）位（）Cache16、什么是堆栈型的替换算法n=Lt 时 ，Bt（n）=Bt（n+1） n：分配给程序的实页数B（n：t Lt：t17、主存实际频宽与模数 m 的关系是什么？原因？指令流与数据流随机时，主存实际频宽与模数 m 有什么关系？随机性。完全随机时，大致成平方根关系增大。18CPUCacheCache什么开销？写回法：仅Cache 替换时才写回主存。每个Cache 块需增加一个修改位的资源开销。写直达法：同时写

21、入Cache 和主存，需增加时间开销。19、二级虚拟储存层次的等效访问时间与主辅存访问时间有什么关系？提高存储层次的访问速度，可采取的措施有哪些？主辅存的访问时间为T1和 T2，等效访问时间TA=HT1+（1-H）T2，H 为主存命中率。可采取的措施。TA主存访问周期时，可用改进替换算法、增大主存容量等办法来提高HT1；加快地址映象和变换，如采用快慢表，增大快表命中率等。20、解释页面失效、页面争用，什么时候同时发生，什么时候不同时发生？页面争用。分配给程序的内存被全部占用后，会同时发生。反之不同时发生。第五章 重叠、流水和向量处理机1、试举例说明什么是“先读后写”，“写-写”，“先写后读”相

22、关？设有指令i 要读数的单元正是k正常顺序是ik 可能先于指令i 被解释，从而ik写之前的相关。若k向一单元写数据，正常情况下最后单元中应保存k 可能先于i“”相关。2、解决通用寄存器数相关有几种方法？试作简单比较。方法1：分析 k+1”“分析 k+1”推到执行k”分k+1”能取得正确操作数即可。缺点：它们是以牺牲速度为代价。优点：不增加设备。方法2：执行k+”之前输入中已获得正确信息。优点：重叠速度不下降。缺点：增加设备为代价。3、为实现指令重叠解释可能采取哪些办法？简单分析其特点？ 方法1：指令的保护。缺点：主存总线控制复杂，软件设计麻烦。方法2：指令和操作数混存在多体交叉主存结构中方法3

23、：增设 FIFO 工作的指令缓冲寄存器。当主存空闲时预取下几条指令到指缓。优点：微操作可分成分析指令和执行指令两部分。缺点：数据相关问题。4、试比较几种指令级高度并行的超级处理机提高。优点：硬件不调整指令顺序、容易实现、适合矩阵计算。缺点：开销大。超流水线处理机：利用时间并发性，利用较短时钟周期提高流水线速度。优点：开销小。缺点：必须有高速时钟机。5、流水线按级别分成几类？线性流水线与非线性流水线有什么区别？动态流水线和静态流水线有什么区别？6、在“一次重叠”的机器中，会出现哪些相关？如何处理？转移指令与后续指令相关：减少使用转移指令，需要使用时可采用延迟转移技术。 指令相关：不允许程序在执行

24、过程中修改指令，需要修改指令时可用类似于 IBM370执行指令，变指令相关为操作数相关，统一按操作相关去处理。主存空间数相关：在存储控制器中，写数申请优先于读数申请被响应变址值二次相关， 设置变址值相关专用通路。通用寄存器组的变址值一次相关：设置变址值相关专用通路，并推后后续指令的分析。7、为处理流水机器的全局性相关，可以加快或提前形成转移指令所需的条件码，那么可从哪两方面考虑？举例说明。置专用的条件码寄存器，以便在判断是否循环时，已提前产生了条件码。8、解释重叠方式中的“一次重叠”的含义。”和执行执行 与分析 k+1”在时间上重叠，也就是让指令分析部件与指令执行部件同时处理相邻的两条指令。9

25、、什么是流水线的速度瓶颈？消除流水线速度瓶颈的方法有哪两种，举例示意说明。流水线中经过时间最长的功能段就是流水线中的速度瓶颈2t，其它各段均为段再细分成两个子段，各子段经过时间均为 t；二是将瓶颈子过程多套并联，如上例，将瓶颈重复设置两个，任务错开一个t10、流水机器的中断处理有哪两种方法，各有什么优缺点？ 流水机器的中断处理有不精确断点法和精确断点法两种。对应于发出中断的指令，有利于程序的排错，但不利之处是需要大量后援寄存器。11、在流水机器中，全局性相关指的是什么？处理全局性相关的方法有哪些？简要说明。全局性相关是转移指令与其后续指令之间的相关。处理方法有：猜测法，猜选其中一个分支继续流入

26、，待条件码形成后再决定是继续执行，还是作废， 按另一分支重新流入。提前形成转移所需的条件，包括指令内或程序段内条件码的提前生成。停止预取指令；猜选分支恒选循环分支。12、流水处理的主要技术途径是什么？在 CPU 中可以有哪两类流水？在存储系统或存储体系中举出两个应用流水的例子。CPU 内部可以有指令流水线和CACHE 存储器的查地址映象表和访物理CACHEm第六章 阵列处理机1、试分析阵列处理机特点阵列处理机提高速度是利用资源重复，利用并行性中的同时性；处理单元同等地担负起各种运算，其设备利用率可能不那么高；速度提高在硬件价格大幅度下降情况下，潜力巨大；互连网络对系统性能影响显著；互连网络使阵

27、列处理机比固定结构的单功能流水线灵活；阵列处理机结构和所采用并行算法紧密联系；阵列处理机还必须提高标量处理速度。处理单元阵列控制及标量处理的处理机和专门从事输入输出及操作系统管理的处理机组成 的一个异构型多处理机系统。2、试比较阵列机的两种基本形式分布式存储器阵列机。集中式共享存储器阵列机。3、试比较多级互连的几种网络ATRAN拓扑结构：第 I 级交换单元处于交换方式时，实现 Cubei；控制方式：级控制分级控制；交换单元：二功能交换单元。间接二进制N 方体拓扑结构：第I 级交换单元处于交换方式时，实现Cubei；控制方式：单元控制；交换单元：二功能交换单元。多级混洗omega拓扑结构：每一级

28、有一个全混拓扑和一列四功能交换单元；控制方式：单元控制；交换单元：四功能交换单元。多级PM2IPM2I二功能交换单元。全排列Benes拓扑结构：三维立方体多级网络与它的逆网络连在一起，省去中间重复一级；控制方式：单元控制；交换单元：二功能交换单元。4、试说明间接二进制n 方体网络是阻塞式网络N 个端要实现任意排列，应有N！种。而单元控制的 N=lnN/ln2级间接二进制方体网络中，每级有 N/2个开关，N 级互连网交换开关总数为（NlnN/ln2）/2.要实现入、出端的一一映射，每个开关只能取直接或交换两种功能。所以开关状态总共有2（NlnN/ln2）/2，即N（N/2）种。当 N2时，N（N

29、/2）所以它无法表示所有N！排列，所以当多个入出端同时连接时可能发生冲突，即间接二进制 N 方体网络是阻塞式网络。5、试比较互连网动态拓扑结构的两种形式单元之间的信息传送。节省设备，但通过时间长，对网络控制要求高。6、试比较单级互连的几种函数Cube相连的2个处理单元其二进制编号只有一位不同。Cubei，其第 i 位取反。有logN（以2 为底，下同）种函数，任意两点最大距离是logN，最多使用logN 次函数可实现任意入出端连接，可逆。PM2IJ号处理单元直接连接的结点是2（ilogN-PM2j=j20ilogN-， 0jN-12logN-N/2可逆。混洗每个结点连到另一个二进制结点最低位是

30、其最高位的结点。Shuffer（Pn-1P1P0）=Pn-2P1P0Pn-1.有2种函数，任意两点最大距离是2logN-1，最多使用2logN-1次函数可实现任意入出端的连接，不可逆。7、单指令流多数据流的并行处理机在系统组成上应包含哪些部分和功能？ 用专门的并行算法对数组、向量中的元素进行并行处理；用一台高性能处理机来进行标量处理和控制互连网络的连接； 用一台管理处理机来运行系统程序和输入输出任务。8、什么是全排列网络？实现全排列网络有哪两种方法？可实现N 个入端的所有N！种排列的网络称全排列网络，即N 个端所有一到一的传送都不会发生传送路径使用冲突的互连网络。实现全排列网络的出方法有：在多

31、级互连网络的输出端设置锁存器，使输出端的数据再一次通过多级互连网络； 2logN-1级的多级网络第七章多处理机1、简述紧耦合和松耦合的多机系统结构各处理机之间通过互连网络共享主存的紧耦合多处理机。紧耦合系统由P 台处理机， 个 I/O-I/O 互连网络实现处理机与外设的连接。每个处理机可自带局部存储器，也可自带 Cache.存储器模块可采用流水工作方式。紧耦合系统多用于并行作业中的多任务，一般处理机是同构的。各处理机间通过共享I/O 子系统、通道或通信线路实现机间通信，不共享主存的是松耦合系统。松散耦合多处理机由P 个处理机，一个通道，一个仲裁开关和消息传送系统。每个处理机带有一个局部存储器和一组I/O 设备。在仲裁开关的通道中有高速通信存储，用来缓冲传送的信息块。松散耦合多处理机较适合粗粒度的并行计算。2、简述对树形结构进行变换的过程首先利用交换律把相同的运算集中在一起一步降低树高。3、试比较3种类型的多处理机操作系统主从型：管理程序只在一台处理机上运行。硬件结构简单，控制简单显低于主处理机，或由功能差别大的多个处理机组成的异