《计算机系统结构》复习题

计算机系统结构复习填空151分，选择1＊1分(5/630分，综合题＊10分）1:应用语言序机器级。2、各机器级的实现主要靠翻译和解释或两者结合进行。翻译是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序,然后再在低一级机器级上实现的技术能,是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。3、计算机系统结构在计算机系统机器级层次中指传统机器级的系统结构。4、计算机系统结构研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定，为机运行应看到的遵循的计算机属性。5、计算机系统结构的属性包括：1.数据表示、2.寻址方式、3。寄存器组织、4。指令系统、5。存储系统组织、6.中断机构、7.系统机器级的管态和用户态的定义和切换、8.机器级的I/O结构、9.系统各部分的信息保护方式和保护机构等。6,即透明的。7.8、计算机组成设计要解决的问题是在所希望达到的性能和价格下,怎样更好、更合理地把各种设备各部件组织成计算机，来实现所确定的系统结构。9,.10、计算机组成设计要确定的方面一般应包括：1.数据通路宽路、2。专用部件的设置、3.各种操作对部件的共享程度、4。功能部件的并行度、5。控制机构的组成方式、6。缓冲和排队技术、7。预估预判技术、8.可靠性技术等。、计算机实现指计算机组成的物理实现,包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集,,输，电源、冷却及整机装配技术等。它着眼于器件技术和微组装技术,其中，器件技术在实现技术中起着主导作用。13、软、硬件取舍的三个基本原则是：（1。考虑在现有硬件、器件主要是逻辑器件和存储器）价格比，主要从实现费用、速度和其他性能要求来综合考虑。(2）.考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用.（3供更多更好的硬件支持。14、程序在系统上运行的时间应该是衡量机器时间（速度）性能最可靠的标准。15可获得的最高理论性能值，它不能反映出系统的实际性能。16、持续性能的表示有算术性能平均值、调和性能平均值和几何性能平均值三种。1718CPU的程序执行时间Tcpu3即程序执行的总指令条数IC令的时钟周期数CPI、主时钟频率。19、MIPSCPI有关，CPI越少，MIPSMIPSMIPS只能用于比较相同机器指令系统的程序不同，其CPI也不同，其性能的差异会很大。MIPSMIPS虽然很高，但浮点运算速度可能很低。MFLOPS只能反映机器执行浮点操作的性能，并不能反映机器的整体性能。20、简述Amdahl定理？.Told：没有采用改进措施前执行某任务的时间Tnew:采用改进措施后执行某任务的时间Sp:)Sp=Told/TnewFe：计算机执行某个任务的总时间中可被改进部分的时间所占比例。ne：改进部分21、程序访问的局部性包括时间上和空间上的两个局部性。22、什么是时间上的局部性？指最近将来要用到的信息很可能就是现在正在使用的信息，这是因为程序存在着循环。23、什么是空间上的局部性？指最近将来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在程序位置上是邻近的，这是因.24、系统结构的差异决定软件的移植工作量,要实现软件移植工量小,常采用三种方法来实现:统一高级语言、采用系列机、模拟和仿真。25、模拟是指？仿真是指？BAA机器上也有B机器的指令系统一样，这种用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为模拟。进行模拟的A机B用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法就称为仿真.进行仿真的机器称为宿主机,被仿真的B机器称为目标机。为仿真所写的解释程序称为仿真微程序。26、多级存储体系的采用是依据_局部性原理_原理建立，且存储速度提高,但存储体价格下降。27、B机上的每条指令都由A机上的一段微程序解释执行称为仿真。28。流水线分为静态流水线和动态流水线。静态:某一时间内各段只能按同一种功能连接流水。动态:同一时间内可按不同运算或功能连接.29、衡量浮点操作的指标是MFLOPS 衡量指令执行速度的指标MIPS .30、指令系统设计的两大典型风格CISC RISC 。31、克服流水中的瓶颈段的两种方法是：瓶颈流水段的细分和瓶颈流水段的重复。32、流水线中出现的3种相关是：结构相关，数据相关,控制相关。33、系统结构的差异决定软件的移植工作量,.3、向量的处理三种方式有（）（）（）纵横向处理方法。35、处理器间采用单向环网时的互连函数是：PM2或PM2。+0 —036、以硬件为基础实现多Cache（缓存)一致性方法有：写作废法、写更新法、目录表法.37、编址方式常分为三它们隐含编, 独立编和统一编址。3（1）（2机。39、程序并行性相关性有三种,即数据相关、数据反相关、数据输出相关。40。寻址方式的三种面向：面向主存，面向寄存器，面向堆栈。41。指令系统的特性：1。规整性；2。对称性；3。独立性和全能性；4.正交性；5.可组合性；6.可扩充性中断的处理次序46、数据表示指的是能由机器硬件直接识别和引用的数据类型。数据结构是要通过软件映像,变换成机器中所具有的数据表示来实现的.数据表示和数据结构是软,硬件的交界面。47、自定义数据表示包括标志符数据表示和数据描述符两类；高级数据表示：自定义数据表示，向量数组数据表示，堆栈数据表示。4849、在指令系统设计、发展和改进上,CISC采用：进一步增强原有指令的功能以及设置更为复杂的新指令取代原先由软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化。51、流水线的表示法有三种：连接图法、时空图法、预约表法。52、定向技术法的基本思想：如果后续指令要使用前面指令的运算果值,则通过硬件专门电路将该运算结果提前传送到有关缓冲寄存器，使后续指令得以不停顿地进入流水线。53、衡量流水线性能的主要指标有：吞吐率、加速比和效率。54。I/O系统的三种控制方式：a.程序控制I/O(包括全软的，程序查询的，中断驱动的）b.直接存储器访问（DMA)c。I/O处理机方式（通道方式，外围处理机方式PPU）55。标量流水机全局性相关的处理：（1）(2）加快和提前形成条件码（3）（4）序的处理。55.指令系统的发展和改进：P64简答题CISC可分别从面向目标程序，面向高级语言，面向操作系统的优化实现三个方面来叙述。RISC：逻辑采用硬联和微程序相结合；在CPU中设置大量工作寄存器并采用重叠寄存器窗口。56。RISC重叠寄存器窗口的作用：（1）.减少访存，尽量让指令在寄存器之间进行，提高执行速度，缩短指令周期，简化寻址方式和指令格式。（2）.更简单有效的支持高级语言中大量出现的过程调用，减少过程调用中为保存主调过程现场，建立被调过程新现场，以及返回时恢复主调过程现场等所需的辅助操作。(3)。更简单，直接地实现过程中的参数传递。57。设计RISC机器的一般原则及可采用的基本技术是哪些？设计RISC机器的一般原则:1简化指令的格式，让指令字等长，并。扩大机器中通用寄存器的个数，只让存取两类指。指令的实现以组合电路硬联实现的实现。设计RISC机器的基本技术:1.按设计RISC2CPU5.采用高速缓冲存储器Cache56、将下面程序改写成不存在数据相关的形式?Z=0DO 10 I=1，64Z=Z+X（I)10 CONTINUE57、简述计算机系统结构、计算机组成和计算机实现的定义和相互关系?外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。计算机组成:计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现,包括机器内部的数据流的组成以及逻辑设计等.计算机实现：是指计算机组成的物理实现。包括处理机、主存、等部件的物理结构，器件集成度、速度、信号传输等。62、向量流水处理的三种方式:1左至右横向地进行。23．合的方式。63、向量链接技术:结果寄存器可能成为后继指令的操作数寄存器，两条有数据相关的向量指令并行执行,这种技术称为两条流水线的链接技术64、实现链接的条件(1)没有向量寄存器冲突和运算部件冲突。（2）只有第一个结果送入向量寄存器的那一个周期可以链接.（3)先行的两条指令产生运算结果的时间必须相等。（4）两条向量指令的向量长度必须相等。66、PM2I单级网络的互连函: 。67、处理器间采用单向环网时的互连函数是：PM2+0或PM2-0.68、处理器间采用双向环网时的互连函数是：PM2+0和PM2—0。69.开发系统结构中的并行性的途径有时间重叠，资源重复和资源共享等。70。计算机系统的分类弗林.按指令流和数据流的多倍性单指令流单数据流单指令流多数据流多指令流单数据流多指令流多数据流71、什么是机群系统？什么是大规模并行机系统?72、静态数据流机与动态数据流机主要区别在哪里？73。VLSI功能要求前提下,如何能用上大批量生产的高集成度片子，提高其系统效能,缩短其研制周独立请求三种总线控制方式的优缺点A3。逻辑简单，容易通过重复设置提高可靠性。缺点：1.对“总线可用”线及其有关电路的失效敏感；2。由于优先级是线连固定,不能由程序改变,不灵活；3。受总线长度的限制，增减或移动部件也受到限制.B.缺点：1.控制线的数量多，需2+［1bN]根；2。可以共享总线的部件数受限于定时查询线的线数（编址能力3C.1;2.缺点：控制线数量过大，为控制N个设备必须有2N+1根控制线，而且总线控制器要复杂得多。75。引入数据表示的原则(P43）原则一看系统的效率是否显著提高，包括实现时间和存储空间是否有显著减少，实现时间是否减少又主要看在主存和处理机之间传送的信息量是否减少。传送的信息量减少，实现时间就越少。P33习题16，7，10，11第一章Amdahl定理（大题1个）P79习题29，10，11，12（第二章哈夫曼编码，大题1个）P109习题35，6，8第三章P89中断屏蔽位设置（大题1个P195习题5 6，11第五章P185流水线预约表及状态图（大题1个P200习题6 1，2，5第六章P200链接图会画（大题1个）40:(1)CPUA采用一条比较(2)CPUB能合在一条指令的方法，这样实现条件转移只需一条指令。假设在这两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需2个时钟周期，而其他指令只需1个时钟周期。又假设CPUA中条件转移指令占总执行指令条数20%。由于每条转移指令都所以比较指令也将占20％。由于CPUB此它的时钟周期就比CPUA25％。问CPUA和CPUB哪个工作速度要快些？41、假设FPSQR％。改进的一种方法是采用FPSQRFPSQR10倍。另一种方法是使FP2，FP50%。比较两个设计方案。421050%.问改进后，获得的加速比Sp43Cache5Cache90％.问:采用44算速度要快20(2）若要得到加速比为2.5，可向量化百分比是多少？45Cache20001090这1050000条指令，且已知其中的10Cache百分比?5853和分解。这3个流水段是取指令IF、取操作数一个或多个)、执行包括写回。程ACC1)）调度方法。INC R0; MVL STR R1（ACC)ADD ACC,R0； STA M,ACC； M（ACC）59、在一台流水线处理机上执行下面程序.I1I2I3I4SUBR0，R0；LOAD；Loop：LOADR2,A（R1)MUL R00R1向量长度81R2（R2)＊(R1）I5ADD R0（R0）+(R2）I6DNE R1 (R1）0转向LoopI7STORER0,M（x)；保存结果每条指令都要经过“取指个流水段，每个流水段延迟5nsLS部件和ALULS部件完成LOAD和STORE相互切换连接，且ALU计算流水线的吞吐率和加速比，并分别计算译码部件和ALU604时间1234567流水段S1S2S3S4XXXXXXX(1）写出流水线的禁止向量和初始冲突向量；（2)画出调度流水线的状态图；求流水线的最小启动循环和最小启动距离；求平均启动距离最小的恒定循环。按最小启动距离调度任务时，有10个任务进入流水，画出时空图，计算实际吞吐率。61、在一个5段的流水线处理机上需经9拍才能完成一个任务,其预约表为：时t0间流水段t1t2t3t4t5t6t7t8S1VVS2VVS3VVVS4VVS5VV分别写出禁止表，冲突向量