2023年计算机系统结构考点版王

计算机系统结构:第一章1、翻译和解释的区别和联系？区别:翻译是整个程序转换，解释是低档机器的一串语句仿真高级机器的一条语句。联系：都是高级机器程序在低档机器上执行的必须环节。2、为什么将计算机系统当作是多级机器构成的层次结构？可以调整软、硬件比例;可以用真正的实解决机代替虚拟机器；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陷？硬件优点：速度快，节省存储时间；缺陷：成本高,运用率低，减少灵活性、合用性。软件优点:成本低,提高灵活性、合用性;缺陷：速度慢，增长存储时间、软件设计费。4、就目前通用机来说,计算机系统结构的属性重要涉及哪些？数据表达、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、ＩO结构、保护方式和机构。5、试述由上往下、由下往上设计思绪和存在的问题?由上往下：先考虑应用规定，再逐级往下考虑如何实现。合用于专业机由下往上：根据已有器件,逐级往上。六七十年代通用机设计思绪。以上方法存在的问题是软、硬件脱节。6、采用统一高级语言方法、合用场合、存在问题和应采用的策略。定义：是指为所有程序员使用的完全通用的高级语言。合用场合：软件移植方便。存在问题：目前语言的语法、语义结构不同；人们的见解不同；同一语言在不同机器上不通用；程序员的习惯应采用的策略: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绪及优点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、合用场合、好处、存在问题和应采用的策略定义：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。合用场合：同一系列内软件兼容好处：呼应“中间开始”设计思绪;缓解软件规定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，但到一定期候要发展新系列,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,应重新分派软、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、除了分布解决MPP和机群系统外,并行解决计算机按其基本结构特性可分为哪几种不同结构？例举它们要解决的问题。流水线解决机：多个部件时间上并行执行。拥塞控制,冲突防止,流水线调度。阵列解决机：空间上并行。解决单元灵活，规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法。多解决机：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。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、合用场合、好处、存在问题和应采用的策略。模拟定义：用机器语言解释另一指令系统合用场合:运营时间短，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,运营速度下降，实时性差。策略:与仿真结合仿真定义:用微程序解释令一指令系统合用场合:结构差别不大的系统好处:运营速度快存在问题: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、多计算机系统和多解决机系统的区别都属于多机系统,区别：多解决机是多台解决机组成的单机系统，多计算机是多*立的计算机。多解决机中各解决机逻辑上受统一的OS控制，多计算机的OS逻辑上独立。多解决机间以单一数据、向量、数组、文献交互作用，多计算机经通道或通信线路以数据流形式进行。多解决机作业、任务、指令、数据各级并行,多计算机多个作业并行。14、各种耦合度特性最低：无物理连接,如脱机系统。松散:通信线路互连,适于分布解决紧密：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、实现的互相关系与影响。结构相同，可用不同的组成。如系列机中不同型号的机器结构相同，但高档机往往采用重叠流水等技术。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也许采用的组成。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、并行解决数据的四个等级,给出简朴解释,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，如简朴并行的单解决机。位片串字并:多个字的同一位并行,如相连解决机。全并行：同时解决多个字的多个位，如全并行阵列机。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。19、器件的发展对逻辑设计方法的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第二章1、数据结构和机器的数据表达之间的关系？引入数据表达的基本原则?数据结构要变换成数据表达来实现，不同的数据表达效率和方便性不同。它们是软硬件的交界面。原则：1、是否提高效率减少时间,2、通用性和运用率。2、简述三种面向的寻址方式的关系。面向寄存器：速度快,增长硬件；面向主存：速度稍慢，减少寄存器占用;面向堆栈：速度慢，减轻编译承担。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重要区别?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、堆栈操作指令少;2、速度低；3、通常只用于保存返回地址。堆栈型支持有力:1、硬件堆栈；2、堆栈指令丰富;3、支持高级语言编译;4、支持子程序嵌套和递归。可将以下信息所有压入栈：返回地址、条件码、关键寄存器内容、必要的全局或局部参数。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。缺陷：不灵活。优点：指令总长短。设寻址方式字段。缺陷：指令总长长。优点：寻址灵活。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也许会改变的功能。6、数据描述符和向量数据表达对向量数据结构所提供的支持有什么不同?描述方法比变址方法简便,但不能解决向量数组高速运算问题;向量解决机能快速形成元素地址,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解决。7、按ＣISC方向改善指令系统的思绪具体办法?思绪可从面向目的程序、高级语言、操作系统三个方面考虑。面向目的程序可采用的办法: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方法及优缺陷?构造方法:构造ｈafｆman树、每个节点用01表达、从根开始01编码优点：平均码长最短,冗余少。缺陷：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达，低的用长位数表达。10、以浮点数数据表达说明数的可表达精度、运算中的精度损失，尾数基值取小对哪个有利哪个不利？数的可表达精度是数轴上数的离散限度,两个数间差越小，精度越高;运算中的精度损失指运算中尾数超长导致的损失。尾数基值取小则可表达范围变小,个数减少，分布变密，精度提高，速度减少,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？程序在主存中的实际位置可以动态移动的定位技术。可以使用基址寄存器或映象表硬件。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、变址和基址各合用于何种场合？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，基址重要对逻辑与物理空间进行变换，支持动态再定位。用6位地址码表达64个地址中的任意一个，可以用隐含寻址或PC自相对寻址形成物理地址。1５、设计RISC机器的一般原则及可采用的基本技术?原则:精简指令条数、格式，让指令等长，一个周期内完毕，增长通用寄存器，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,设立寄存器,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。16、比较CIＳC和RISC,此后的发展是什么？CISC问题：系统庞大导致成本高可靠性低,80%指令运用率低，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。缺陷：加重汇编语言承担，目的程序开销大，对浮点运算虚拟存储支持不强，对编译程序规定高。发展趋势：两者互相结合,取长补短。17、比较四种浮点数尾数下溢解决方法截断法：将超过机器字长的部分截去，整数最大误差１,分数最大误差2^（－m)，记录平均误差<0,不能调节记录平均误差，实现最简朴不增硬件不需解决时间,但最大误差平均误差大且无法调节。舍入法：设一附加位,整数最大误差0.5,分数最大误差２＾(-ｍ－1),记录平均误差略>0，不能调节记录平均误差，实现简朴增硬件少最大误差小，但速度慢需解决时间平均误差无法调节。恒置1法:最低位恒置１，整数最大误差１，分数最大误差2^(-ｍ)，）,记录平均误差略>0,不能调节记录平均误差,实现最简朴不增硬件不需解决时间,但最大误差平均误差大且无法调节。查表舍入法:用2^ｋ个字的ROM或ＰＬＡ存放下溢解决表，根据查表内容解决下溢。整数、分数、记录平均误差均趋于0,能调节记录平均误差,解决速度快但需增长硬件。第三章1、以IBM370为例说明为什么把中断分类以及提成几类。大型多用途机器中断源多，每个中断源单独形成入口将导致硬件实现难，代价大,因此可归类,每类给中断服务程序入口由软件转入相应解决部分。IBM37０中断分为6类：机器校验,访管，程序性，外部，I/O，重新启动。2、专用和非专用线各自的优缺陷专用线:只连接一对物理部件的总线。优点:不用争总线,控制简朴，系统可靠。缺陷：总线数多且长,成本高,运用率低,不易扩展。非专用线:可被多种功能与部件共享,但同一时刻只能被一个部件使用。优点：集成度高，造价低，可扩展能力强，总线运用率高，易标准化。缺陷：流量小,争用总线,部件效率低，也许成为瓶颈，可靠性差。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：在总线两端设立转换器,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,缺陷是速度慢总线运用率低;定长块：高速设备,充足运用总线宽度不用指明传送信息单位，但不灵活;可变长块:优先级速度都高的设备，灵活需充足运用总线带宽,但需指定传送信号块大小。单字加定长块：优先级高速度低的设备，短数据可用单字传送减少带宽浪费，信息块太小时成为单字方式总线运用率低。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运营到广义指令后,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,完毕数据传送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，分时共享，满负荷时对通道规定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,满负荷时对通道规定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，满负荷时对通道规定的实际流量应是所连各设备的流量最大的那个。７、为什么中断优先级从高到低一般为:机器校验、程序性和管理程序调用、外部、I/O、重新启动?机器校验若不及时解决,系统将无法正常工作。程序中断若低于外部和Ｉ/O中断也许导致混乱。只有解决完机器故障后，才干进入访管中断。重新启动一般时间并不紧迫,所以放在最后。８、集中式串行链接的过程,优缺陷,硬件故障时通讯的可靠性。a经公共总线向总线控制器申请b总线不忙时，总线控制器响应请求，送出总线可用。ｃ总线可用信号在部件间串行通过,直至某个部件发生总线请求。d该部件获得总线使用权ｅ数据传送，维持总线忙f传送完毕，去除总线忙g总线请求再次建立时,反复新的分派过程。优点:简朴，线数少,可扩充性好,可靠性高。缺陷：对总线可用线及电路敏感,不灵活，速度慢。9、集中式定期查询的过程，优缺陷，硬件故障时通讯的可靠性。ａ每个部件发总线请求b总线不忙时，定期查询谁发的请求c查询到后，查询停止,该部件获得总线使用权ｄ数据传送,维持总线忙e传送完毕，去除总线忙f总线请求再次建立时，反复新的分派过程。优点:灵活,可靠性高缺陷：线数多，扩展性差，控制复杂，总线分派受限计数信号。1０、集中式独立请求的优缺陷，硬件故障时通讯的可靠性。a每个部件有总线请求和总线准许b总线未分派时，总线分派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传送完毕后除去总线已分派和总线准许。优点:速度快，灵活，方便隔离失效部件缺陷: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如何分派的,为什么这样分派？中断响应规定快,一般用硬件实现。中断的解决过程一般用软件，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－增长门级数-增长延迟；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。程序号、段号、段内偏移量1）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。2)检查是否越界,正常转3３）由段表始址和段号找到装入位等相应表项4)装入位为1转5，否则产生缺页中断５)主存地址+段内偏移=物理地址３、段页式存储管理的地址转换过程用户标志、段号、页号、页内偏移１)用户标志-段基址寄存器２)检查是否越界3）找到段表中表项4)检查装入位，段长５)找到页表中表项６）检查装入位7)实页号+页内偏移=有效地址４、段式存储管理优缺陷优点：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。缺陷:主存运用率低;减少了访寸速度；空闲区管理复杂；查表速度慢。5、分页方式的优缺陷优点:表项短，减少访表时间；零头少；速度快。缺陷：强制分页,不利于存储保护和扩充；有效地址生成慢。6、段页式管理的优缺陷优点：具有段式、页式优点缺陷：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、速度和价格的规定；并行主存系统效果有限。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某个程序的页面失效率过高时就增长它的主存页数，过少时就减少它的主存页数,以提高总的主存运用率。9、主存页面表实现的变形LＲＵ的过程最近最久未使用算法1）建立主存页面表2)用使用位表达是否被访问过,置初值为0３）访问实页,则其使用位置14)调入页进入占用位为０的实页,将占用位置15）所有占用位为1,发生缺页时,替换使用位为0的页６)使用位要全１时，强制全置0。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，但增长CAＣHE复杂性。写直达法：写入ＣACHE时也写入主存。开销小,简朴,但浪费时间。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:１）前者为缩小CＰＵ主存速度差,后者为扩大主存容量;2）前者硬件后者软影结合实现地址变换；3）前者用页表后者用目录表实现实现地址映象表；4）前者CＰU与辅存之间无通路,后者缺页时CPU采用换道办法。13、散列法实现快表的地址变换过程1）A=H(Nv)２)查找Nv时,经同样函数变成A，再找到Nv内容。3)地址变换时先查快表再查慢表14、有Cａchｅ时,给出一个主存地址访存过程1）将主存与Cａche提成大小相同的块。２）判断要访问的主存地址块号是否在Cache中。3)若在，变换为Ｃacｈe号,访问Cache。4)若不在,将该信息由主存调入Caｃhe和CPU。５)若Cａche已满，则替换Cａche信息,修改相应表格。1５、比较Caｃhｅ－主存层次的几种地址变换方式全相联映象和变换。过程：主存分为块号和块内地址;块号同目录表比较;相同则Ｃachｅ块号和块内地址形成Ｃache地址;不同则缺块,调块。目录表长：Caｃhｅ;宽：主存块号＋Caｃｈe块号。优点：块冲突低,空间运用率最高；缺陷：映象表长,查表速度慢。直接映象及变换。过程：区号块号块内地址;主存地址中截取Caｃhe地址;根据块号读出目录表中区号与主存地址区号比较；相等则命中否则访主存。目录表长:Cache；宽:主存地址位-Cａcｈｅ地址位。目录表小，成本低速度快，但冲突概率大Ｃache运用率低。组相映象及变换。区号组号块号内地址；用组号选组；对该组区号+块号全相联比较；找不到失败找到则Cacｈe块号组号块内地址形成Caｃhe地址。目录表长2^ncb,Cａcｈe表大小(区号＋2块号)位(区号+块号)位参与比较。集中全相联和直接映象的优点填补它们的缺陷,但块冲突>全相联，Ｃache运用率＜全相联，目录表＞直接方式。16、什么是堆栈型的替换算法满足n<LT时，BT（Ｎ）包含于ＢＴ（N+1）<p>n>=Lt时,Bt(n）＝Ｂt(ｎ+1）n：分派给程序的实页数Ｂｔ(n)：t时刻在实页中的页面集合Lt:ｔ时刻解决过的不同的虚页数17、主存实际频宽与模数ｍ的关系是什么？因素?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？主存实际频宽随模数增大而增大,但增量会减小。这是由于程序会有转移，数据分布有随机性。完全随机时，大体成平方根关系增大。１8、ＣPＵ写Cacｈe时，会发生Caｃhe与主存的相应副本内容不一致，如何解决?需增长什么开销?写回法:仅Ｃａche替换时才写回主存。每个Cache块需增长一个修改位的资源开销。写直达法：同时写入Cａche和主存，需增长时间开销。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，可采用的措施有哪些？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。可采用的措施。TＡ>>主存访问周期时,可用改善替换算法、增大主存容量等办法来提高H；Ｈ很高时,可减少T１;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？虚页不在主存中,会发生页面失效。页面调入主存时，其位置被其它虚页占用，会发生页面争用。分派给程序的内存被所有占用后，会同时发生。反之不同时发生。第五章1、试举例说明什么是“先读后写”，“写－写”,“先写后读”相关？设有指令h,i,j，k,l,m,n依次流入流水线,若ｉ要读数的单元正是k写数的单元，正常顺序是i先读，k再写。但由于异步流动下,k也许先于指令i被解释，从而ｉ读到的是不对的数据(正常数据应当是k写之前的)，这种相关称为“先读后写”相关。若ｉ，k向一单元写数据,正常情况下最后单元中应保存k写的数据，但由于异步流动，k也许先于i写数据，使该单元最后结果不对的，这种相关称“写-写”相关。类似可知“先写后读”相关。2、解决通用寄存器数相关有几种方法？试作简朴比较。方法１：推后“分析k+1”读。可将“分析k+1”推到“执行k”结束时，也可以使它们部分重叠,只要“分析k+方法２:设立“相关专用通路办法”。在运算器输出到输入之间增设“相关专用通路”,保证在“执行k+１”3、为实现指令重叠解释也许采用哪些办法？简朴分析其特点?方法1:让操作数和指令分别存放在两个独立编址且可同时访问的存储器中。优点：有助于实现指令的保护。缺陷: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，只要指令和操作数不在一个分体时就在一个主存周期取得。优点:实现上简朴,开销少。缺陷：当指令和操作数在同一体时无法重叠。方法3：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：微操作可提成分析指令和执行指令两部分。缺陷：数据相关问题。4、试比较几种指令级高度并行的超级解决机超标量解决机：配置多套功能部件辅助电路，靠编译程序优化指令顺序,使流水吞吐率提高。优点:硬件不调整指令顺序、容易实现、适合矩阵计算。缺陷:开销大。超长指令字解决机:编译程序将选择可并行指令放入一条超长指令中，运营时指令中每个操作段控制一功能部件。优点:硬件结构和指令系统简朴、无增长硬件开销、指令级并行性高。缺陷：指令结构与一般计算机不兼容、指令结构不灵活浪费指令存储空间、不适于一般领域。超流水线解决机：运用时间并发性,运用较短时钟周期提高流水线速度。优点:开销小。缺陷：必须有高速时钟机。５、流水线按级别提成几类?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?流水线按级别分部件级、解决机级和系统级三级。线性流水线段间无反馈或超过的通路，非线性流水线则有反馈回路或前越通路。静态和动态流水都是多功能的流水。其中，动态流水线按一种功能流水未完毕之前,可重组开始另一种功能的流水。静态流水线必须等流水线排空之后才可进行功能切换。6、在“一次重叠”的机器中,会出现哪些相关?如何解决?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：不允许程序在执行过程中修改指令,需要修改指令时可用类似于ＩBM3７０的执行指令，变指令相关为操作数相关,统一按操作相关去解决。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，设立变址值相关专用通路。通用寄存器组的变址值一次相关:设立变址值相关专用通路，并推后后续指令的分析。7、为解决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。一是加快单条指令内部条件码的形成。如有的指令，象乘、除指令只要取出操作数,运用其数的符号位是同号，还是异号,就可以鉴定结果的正负。而是在一段程序内提前形成条件码,例如，在循环程序中,将控制循环变量改值的指令提前到循环体开始处。在硬件上设立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。将指令的解释分为“分析”和“执行”两个阶段,任何时刻都只是“执行k”与“分析k＋1”9、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。流水线中通过时间最长的功能段就是流水线中的速度瓶颈。清除流水线的速度瓶颈的方法，一是将瓶颈过程再细分。例如,流水线瓶颈段为2Δt,其它各段均为Δt，则可将该瓶颈段再细提成两个子段,各子段通过时间均为Δt;二是将瓶颈子过程多套并联，如上例，将瓶颈反复设立两个，任务错开一个Δｔ时间分派给这两个段。1０、流水机器的中断解决有哪两种方法，各有什么优缺陷？流水机器的中断解决有不精确断点法和精确断点法两种。不精确断点法好处是控制解决简朴，缺陷是程序排错不利。精确断点法，中断现场准确相应于发出中断的指令，有助于程序的排错，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？解决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。解决方法有：猜测法,猜选其中一个分支继续流入，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,涉及指令内或程序段内条件码的提前生成。加快短循环程序的解决,判断如属于短循环,将循环体内各指令一次取入指令缓冲器中，停止预取指令;猜选分支恒选循环分支。１２、流水解决的重要技术途径是什么?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。流水解决的重要技术途径是时间重叠和功能部件专用化。CＰU内部可以有指令流水线和运算操作流水线。在存储体系中CACHE存储器的查地址映象表和访物理CAＣＨＥ可以流水。存储器系统中,主存模m多体交叉对各分体的交叉访问也可以当作是一种流水。第六章1、试分析阵列解决机特点(1）阵列解决机提高速度是运用资源反复,运用并行性中的同时性;(2）解决单元同等地担负起各种运算,其设备运用率也许不那么高;(3)速度提高在硬件价格大幅度下降情况下,潜力巨大；（４)互连网络对系统性能影响显著;(5)互连网络使阵列解决机比固定结构的单功能流水线灵活；（6)阵列解决机结构和所采用并行算法紧密联系；（7）阵列解决机还必须提高标量解决速度。总之，阵列解决机实质上是专门对付数组运算的解决单元阵列组成的解决机、专门从事解决单元阵列控制及标量解决的解决机和专门从事输入输出及操作系统管理的解决机组成的一个异构型多解决机系统。２、试比较阵列机的两种基本形式(1)分布式存储器阵列机。ａ、各解决单元PE有局部存储器,被分布数据只能被本解决单元直接访问。b、在控制部件ＣU内有主存储器。运营时所有指令都在CＵ中，只把适合并行解决的“向量类”指令播给各ＰE，并控制各PE并行执行。c、各ＰE可通过互连网ICＮ互换数据。d、PE通过ＣU连到管理解决机ＳＣ上，用于管理系统资源。(２）集中式共享存储器阵列机。a、K个存储体集中组成，经互连网络为所有N个解决单元共享。其中Ｋ等于数据解决单元数。b、互连网用于解决单元与存储分体之间进行转接构成数据通路。3、试比较多级互连的几种网络AＴＲAN——拓扑结构：第Ｉ级互换单元处在互换方式时,实现Cubｅi;控制方式：级控制分级控制；互换单元：二功能互换单元。间接二进制N方体——拓扑结构:第Ｉ级互换单元处在互换方式时,实现Cｕｂei;控制方式:单元控制;互换单元：二功能互换单元。多级混洗omega——拓扑结构：每一级有一个全混拓扑和一列四功能互换单元；控制方式：单元控制；互换单元：四功能互换单元。多级PＭ2I——拓扑结构：每级按PＭ2I连接;控制方式：级控制或单元控制；互换单元：二功能互换单元。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，省去中间反复一级；控制方式：单元控制；互换单元:二功能互换单元。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级互连网互换开关总数为(NｌnN／ln2）/2．要实现入、出端的一一映射，每个开关只能取直接或互换两种功能。所以开关状态总共有2^［(ＮｌｎN/ln2)/2]，即N^（N/2）种。当Ｎ>2时,N^（N／2）<Ｎ!<ｐ>所以它无法表达所有N！排列，所以当多个入出端同时连接时也许发生冲突，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动态单极网络指网络只有有限几个连接,必须经循环多次通过,才干实现任意两个解决单元之间的信息传送。节省设备，但通过时间长，对网络控制规定高。动态多极网络指由多个动态单极网络串联组成的网络。通过时间短，灵活性好，可运用不同单极互连网络组合成有不同特性和连接模式的多级互连网络。缺陷是：增长设备和成本。6、试比较单级互连的几种函数Cube相连的2个解决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号解决单元直接连接的结点是J±2^i(0≤ｉ≤loｇＮ-1)。PM2±ｉ(j)=ｊ±２^ｉ(０≤ｉ≤lｏgN-１，０≤j≤N-1．有2lｏｇN－1种函数，任意两点最大距离是N/2,最多使用２次函数可实现任意端连接,可逆。混洗每个结点连到另一个二进制结点最低位是其最高位的结点。Shｕｆｆer(Pn-1……Ｐ1P0)=Pn-2……Ｐ1P０Pｎ-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解决机在系统组成上应包含哪些部分和功能?反复设立大量的解决单元用规整灵活的互连函数互连，组成解决单元阵列;用专门的并行算法对数组、向量中的元素进行并行解决;用一台高性能解决机来进行标量解决和控制互连网络的连接；用一台管理解决机来运营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途径使用冲突的互连网络。实现全排列网络的出方法有：在多级互连网络的输出端设立锁存器，使输出端的数据再一次通过多级互连网络;将两个多级互连网络,即一个正网络和一个逆网络串接起来,合并掉中间的一级，组成2logＮ-1级的多级网络。第七章１、简述紧耦合和松耦合的多机系统结构各解决机之间通过互连网络共享主存的紧耦合多解决机。紧耦合系统由P台解决机，m个存储器模块，d个Ｉ／Ｏ通道和3个互连网络构成。解决机－存储器网络实现解决机与各存储模块的连接。解决机中断信号网络实现多解决机之间的互连。解决机－I/O互连网络实现解决机与外设的连接。每个解决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，一般解决机是同构的。各解决机间通过共享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。松散耦合多解决机由P个解决机，一个通道,一个仲裁开关和消息传送系统。每个解决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。松散耦合多解决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一方面运用互换律把相同的运算集中在一起。然后运用结合律把参与这些运算的操作数配对,尽也许并行运算,从而组成树高最小的子树。最后再把这些子树结合起来,用分派律进一步减少树高。3、试比较3种类型的多解决机操作系统主从型:管理程序只在一台解决机上运营。硬件结构简朴,控制简朴，但对主机可靠性规定高，灵活性差。为目前大多数多解决机操作系统采用,工作负荷固定，从解决机能力明显低于主解决机，或由功能差别大的多个解决机组成的异构型系统。各自独立型:控制分散到多台解决机，共同完毕对整个系统的控制工作。适合分布计算模式,对主机依赖性差,可靠性高;但实现复杂，共享表格访问冲突,解决机负荷平衡较困难。合用于松耦合解决机系统。浮动型:管理程序在解决机间浮动。灵活性高,但发生访问表格冲突,设计较困难。适合紧耦合多解决机系统,特别是共享主存和I/O子系统的同构多解决机系统。4、比较多解决机系统中数据相关的解决方式并行顺序串行互换串行“先读后写”可以（有条件）可以不可以“写-写”可以（有条件)可以不可以“先写后读”不允许可以特殊情况可以“先读后写”和“先写后读”必须不允许不允许无任何相关可以可以可以５、多解决机系统与并行解决机的重要差别是什么?多解决机系统重要解决的技术问题是什么?有差别的因素是并行性等级不同,多解决机系统是任务级并行，并行解决机是操作级并行。具体讲：１）结构灵活性不同。2）程序并行性等级不同。软硬件支持不同。3)并行任务派生的方式不同。并行解决机能否并行工作由指令决定;多解决机必须有专门指令指明程序段能否并行执行,派生的任务数是动态变化的。４)进程同步。并行解决机工作同步是自然的，而多解决机必须采用同步措施。５)资源分派和任务调度，多解决机比并行解决机任务调度复杂。多解决机必须解决的技术问题：1)硬件结构上多解决机、主存、I/O子系统之间应有高带宽、低价格、灵活无规则的互连，尽也许不发生信息传送的途径冲突。２)从并行语言、并行算法、编译等上,最大限度地开发出程序的并行性，实现多解决机各级的全面并行。3）大的任务如何细提成多个子任务、任务的粒度选择。4)从操作系统上解决好多解决机间、并行任务的分派、调度和资源分派;任务或进程间的同步死锁和竞争等问题的解决。5)系统的重组及良好的编程环境。6、简述JOIN语句和FＯRK语句的基本功能。ＦＯＲＫｍ的功能：1）准备好新进程启动和执行的必须信息。2)将空闲解决机分派给派生的新进程，若没有,则排队等待。3）继续在原解决机上执行FORKm语句的原进程。JＯINn的功能:１)JOIＮ语句将计数器初始化为０；２)执行一次JOIN语句，计数器＋1,并与ｎ比较。3)若相等,则允许进程通过JOＩＮ语句,计数器清0,进程继续执行。4）若不相等,则执行JOIN语句的进程结束,释放解决机。7、试比较机间互连的几种形式。总线形式:解决机与外部存储器模块通过总线相连。结构简朴、成本低、扩展性好;但总线失效敏感,存在总线争用。适合解决机较少、系统信息流量少、机数可扩充情况。环形互连：各解决机点点相加成环。结构简朴、成本低、不争用总线;但信息传输有延迟。适合解决机较少、使用高宽带的光纤通信、系统流量高、机数可扩充的情况。交叉开关:用纵横开关阵列将存储器模块、I／O通道相连。不争用开关;但开关阵列复杂，设备量较大。适合解决机数较多（但不超过16）、系统流量大、解决机数可扩充的情况。多端口存储器:将交叉开关移到存储器接口中。不争用总线，但存储器接口复杂，较难控制。适合解决机数少、不能扩充(一般是２台),系统流量高的情况。开关枢纽结构:把交叉开关设立在各解决机或接口内部。所有开关枢纽数量少,可用较短途径与解决机连接；但开关枢纽较复杂。适合解决机数多、可扩充、分布结构情况。8、多解决机在结构与并行性方面与阵列解决机有什么不同？结构方面:阵列解决机的互连较规整，有一定专用性，互连的解决单元数量大；多解决机要采用更灵活多变的结构，实现复杂的互连模式,互连的解决机数量少。并行性方面：阵列解决机是操作级并行,是并行性的同时性;多解决机是作业、程序、任务级的并行,同时包含指令内部操作间的并行,是并行性的并发性。9、多解决机中的并行性表现在哪些方面？开发多解决机的并行性有哪些途径?多解决机重要实现作业之间、程序段之间、任务之间的并行,也可包具有指令级、指令内部各微操作之间的并行。多解决机的并行性可运用并行算法、并行程序设计语言、并行编译、并行操作系统以及指令硬件等多种途径来开发和实现。第八章1、什么脉动阵列机,其结构特点是什么?它是具有脉动阵列结构的解决机。脉动阵列结构由一些解决单元加上若干锁存器构成。阵列内所有解决单元的数据锁存器受同一时钟控制，运算时数据在阵列结构的各个解决单元之间沿着各自的方向同步前进。就象血管液流同样，称为脉动阵列机。脉动阵列机的结构优点是：（1)结构简朴,规则，模块化强，可扩充性好;(２）解决单元间数据通信距离短，规则,使数据流和控制流的设计,同步控制均简朴规整；（3）脉动阵列机中各解决单元同时运算，并行性极高，可通过流水获得很高的吞吐率；(4)输入数据被多个解决单元反复使用,减轻阵列与外界I／O通信量，减少系统对主存和Ｉ/O系统频宽的规定。脉动阵列机的缺陷是:其构形与特定任务和算法密切相关，具有专用性，限制了应用范围。２、什么是控制流工作方式?什么是数据流工作方式?对两者进行比较。控制流工作方式是指计算机在程序计数器集中控制下,顺次执行指令。数据流工作方式是只要一条或一组指令所规定的操作数所有准备就绪,就可立即激发相应的指令或指令组执行,执行的结果又也许激发等待该执行结果的一些指令。下面对两者进行比较。控制流方式:通过访问共享存储单元让数据在指令间流动；指令执行顺序隐含在控制流中，受程序计数器控制;专门使用控制操作符来实现并行解决；有程序计数器