1、人武11計科復(fù)習(xí),計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),一、單項選擇題：（10*2=20分） 二、填空題（ 10*2=20分） 三、名詞解釋（4*3=12分） 四、簡答題：（3*6=18分） 五、分析計算題（4*5=20分） 六、綜合應(yīng)用題（1*10=10分）,第一章： 1、計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)中微程序機(jī)器級、傳統(tǒng)機(jī)器級的機(jī)器語言是什么？由什么方式實現(xiàn)？ 答： 微程序機(jī)器級的機(jī)器語言是微指令集，微程序一般是直接由硬件解釋實現(xiàn)的。 傳統(tǒng)機(jī)器級的機(jī)器語言是該機(jī)的指令集，程序可以由微程序進(jìn)行解釋（仿真)。,2、什么是計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)？什么是計算機(jī)組成？什么是計算機(jī)實現(xiàn)？它們之間有什么關(guān)系？ 答：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機(jī)器

2、程序員所看到的計算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。 計算機(jī)組成：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn) 計算機(jī)實現(xiàn)：計算機(jī)組成的物理實現(xiàn) 計算機(jī)組成是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)。計算機(jī)實現(xiàn)是計算機(jī)組成的物理實現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實現(xiàn)。,3、下列哪些屬于計算機(jī)組成？哪些屬于計算機(jī)實現(xiàn)？ 屬于計算機(jī)組成的是： a）數(shù)據(jù)通路寬度 b）可靠性技術(shù) c）緩沖和排隊技術(shù) 屬于計算機(jī)實現(xiàn)的是： a）處理器、主存的物理結(jié)構(gòu) b）涉及的專用器件 c）信號傳輸 d）器件的集成度和速度,4、計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的量化設(shè)計原則有哪些？說出它們的含義？ 答：加速經(jīng)常性事件的原則：對經(jīng)常發(fā)生的情況采用優(yōu)化方法的原

3、則進(jìn)行選擇，以得到更多的總體上的改進(jìn)。 Amdahl定律：加快某部件執(zhí)行速度所能獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件的執(zhí)行時間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時間的百分比。 CPU性能公式：執(zhí)行一個程序所需的CPU時間，CPU時間 = 執(zhí)行程序所需的時鐘周期數(shù)時鐘周期時間 程序的局部性原理：程序執(zhí)行時所訪問的80%是程序代碼的20%的部分。,5、分別從執(zhí)行程序的角度看，計算機(jī)系統(tǒng)中并行性等級從低到高可分為哪幾級？ 答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級從低到高可分為： （1）指令內(nèi)部并行：單條指令中各微操作之間的并行； （2）指令級并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令；（3）線程級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的線程，

4、通常是以一個進(jìn)程內(nèi)派生的多個線程為調(diào)度單位； （4）任務(wù)級或過程級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的過程或任務(wù)（程序段），以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元； （5）作業(yè)或程序級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的作業(yè)或程序。,6、分別從處理數(shù)據(jù)的角度來看，計算機(jī)系統(tǒng)中并行性等級從低到高可分為哪幾級？ 答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級從低到高可分為： （1）字串位串：每次只對一個字的一位進(jìn)行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在并行性； （2）字串位并：同時對一個字的全部位進(jìn)行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)并行性； （3）字并位串：同時對許多字的同一位（稱為位片）進(jìn)行處理。這種方式具有較高的并行性； （

5、4）全并行：同時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。,7、解釋： （1）Amdahl定律： 答：加快某部件執(zhí)行速度所獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件在系統(tǒng)中所占的重要性。 （2）計算機(jī)實現(xiàn)： 答：計算機(jī)組成的物理實現(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。,(3)、程序的局部性原理： 答：程序在執(zhí)行時所訪問地址的分布不是隨機(jī)的，而是相對地簇聚；這種簇聚包括指令和數(shù)據(jù)兩部分。程序局部性包括：程序的時間局部性和程序的空間局部性。 (4)、計算機(jī)組成： 答：計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)，包含物理機(jī)器級

6、中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等。,8、體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展是怎樣的？ 答：包括：分布的IO處理能力、保護(hù)的存儲器空間、存儲器組織結(jié)構(gòu)的發(fā)展、并行處理技術(shù)、指令集發(fā)展。 9、提高并行性的技術(shù)途徑是怎樣的？ 答：包括（1）. 時間重疊 （2）. 資源重復(fù) （3.） 資源共享 10、并行性概念所包括有哪些？ 答：（1）. 指令級并行 （2）. 線程級并行 （3.） 任務(wù)級/過程級并行,11、某檔機(jī)器編制的程序，不加修改的就能運(yùn)行于比它高檔的機(jī)器，屬于何種兼容？ 答：向上兼容 12、某個時期投入市場的某種型號機(jī)器編制的程序，不加修改地就能運(yùn)行于在它之后投入市場的機(jī)器，屬于何種兼容？ 答：向后兼容 1

7、3、采用LSI和VLSI、半導(dǎo)體存儲器期間的計算機(jī)是第幾代計算機(jī)？ 答：第四代,14、采用SSI和MSI、多層印刷電路、微程序的計算機(jī)是第幾代計算機(jī) 答：第三代 15、計算機(jī)系統(tǒng)的成本中I/O設(shè)備、軟件的占比分別是多少？ 答：計算機(jī)系統(tǒng)的成本中I/O設(shè)備為37% 計算機(jī)系統(tǒng)的成本中軟件占20%,16、某臺主頻為800MHz的計算機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測試程序，程序中指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時鐘周期數(shù)如下： 指令類型 指令執(zhí)行數(shù)量 平均時鐘周期數(shù) 整數(shù) 40000 2 數(shù)據(jù)傳送 45000 1 浮點 5000 5 分支 2500 3 求該計算機(jī)的有效CPI、MIPS和程序執(zhí)行時間。 解：（1）CPI (40

8、00024500015000525003) / 925001.7027 （2）MIPS速率f/ CPI 800/1.7027 469.84MIPS （3）程序執(zhí)行時間= （4000024500015000525003) 800=196.875s,17、將計算機(jī)系統(tǒng)中某一功能的處理速度提高到原來的40倍，該功能的處理時間僅占整個系統(tǒng)運(yùn)行時間的20%，則采用此提高性能的方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？ 解：由題可知，可改進(jìn)比例 = 20% = 0.2 部件加速比 = 40 根據(jù)Amdahl定律可知：總加速比 =1/(1-0.2+0.2/40)=1.2579 采用此提高性能的方法后，能使整個系統(tǒng)

9、的性能提高到原來的1.2579倍。,第二章,1、指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計所涉及的內(nèi)容有哪些？ 答： (1) 指令集功能設(shè)計 (2) 尋址方式的設(shè)計 (3) 操作數(shù)表示和操作數(shù)類型 (4) 尋址方式的表示 (5) 指令集格式的設(shè)計 2、對指令集的基本要求是怎樣的？ 答：對指令集的基本要求是完整性、規(guī)整性、高效率和兼容性。,3、指令A(yù)dd R2 , 500(R0)是什么的尋址方式？ 答：尋址方式是偏移尋址； 4、指令A(yù)dd R7 , (R3)是什么的尋址方式？ 答：尋址方式是：寄存器間接尋址。 5、指令A(yù)dd R9 , (R7 + R6)是什么的尋址方式？ 答：尋址方式是：索引尋址； 6、指令A(yù)dd R1

10、, (1001)是什么的尋址方式？ 答：尋址方式是：直接尋址。,7、 簡述CISC指令集結(jié)構(gòu)功能設(shè)計的主要目標(biāo)。從當(dāng)前的計算機(jī)技術(shù)觀點來看，CISC指令集結(jié)構(gòu)的計算機(jī)有什么缺點？ 答：主要目標(biāo)是增強(qiáng)指令功能，把越來越多的功能交由硬件來實現(xiàn)，并且指令的數(shù)量也是越來越多。 缺點： (1) CISC結(jié)構(gòu)的指令集中，各種指令的使用頻率相差懸殊。 （2）CISC結(jié)構(gòu)指令的復(fù)雜性帶來了計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這不僅增加了研制時間和成本，而且還容易造成設(shè)計錯誤。 （3）CISC結(jié)構(gòu)指令集的復(fù)雜性給VLSI設(shè)計增加了很大負(fù)擔(dān)，不利于單片集成。,（4）CISC結(jié)構(gòu)的指令集中，許多復(fù)雜指令需要很復(fù)雜的操作，因而運(yùn)

11、行速度慢。 (5) 在CISC結(jié)構(gòu)的指令集中，由于各條指令的功能不均衡性，不利于采用先進(jìn)的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)（如流水技術(shù)）來提高系統(tǒng)的性能。,8、簡述RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。 答：（1）選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令； （2）每條指令的功能應(yīng)盡可能簡單，并在一個機(jī)器周期內(nèi)完成； （3）所有指令長度均相同； （4）只有Load和Store操作指令才訪問存儲器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行； (5) 以簡單有效的方式支持高級語言。,9、CISC、RISC計算機(jī)各有哪些主要特征？ 答：1） CISC計算機(jī)的主要特征有： 通用寄存器結(jié)構(gòu) 多周期執(zhí)行 尋址方式多 微碼控制器 2）

12、RISC計算機(jī)主要特征有： 單周期執(zhí)行 尋址方式少 硬布線控制器 寄存器數(shù)量多,第三章,1、什么是動態(tài)流水線？ 答：指在同一時間內(nèi)，多功能流水線中的各段可以按照不同的方式連接，同時執(zhí)行多種功能的流水線。它允許在某些段正在實現(xiàn)某種運(yùn)算時，另一些段卻在實現(xiàn)另一種運(yùn)算。 2、什么是靜態(tài)流水線？ 答：指在同一時間內(nèi)，多功能流水線中的各段只能按同一種功能的連接方式工作的流水線。當(dāng)流水線要切換到另一種功能時，必須等前面的任務(wù)都流出流水線之后，才能改變連接。,答：吞吐率：在單位時間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或輸出結(jié)果的數(shù)量。,3、掌握流水線的性能指標(biāo)的分析方法。,n：任務(wù)數(shù) Tk：處理完成n個任務(wù)所用的時間,

13、加速比：完成同樣一批任務(wù)，不使用流水線所用的時間與使用流水線所用的時間之比。 假設(shè)：不使用流水線（即順序執(zhí)行）所用的間為Ts，使用流水線后所用的時間為Tk，則該流水線的加速比為,效率：流水線中的設(shè)備實際使用時間與整個運(yùn)行時間的比值，即流水線設(shè)備的利用率。 當(dāng)流水線各段時間相等時，流水線的效率與吞吐率成正比。 E=TPt 流水線的效率是流水線的實際加速比S與它的最大加速比k的比值。,4、 設(shè)在下圖所示的靜態(tài)流水線上計算： 流水線的輸出可以直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)的流水寄存器中，試計算其吞吐率、加速比和效率。,(每段的時間都為t),解： ： C=(A1+B1)* (A2+B2)* (A3+B3)

14、* (A4+B4) （1）選擇適合于流水線工作的算法 先計算A1+B1、A2+B2、A3+B3和A4+B4； 再計算(A1+B1)(A2+B2)和(A3+B3)(A4+B4)； 然后求總的乘積結(jié)果。 （2）畫出時空圖,在18個t時間中，給出了7個結(jié)果。 吞吐率為：,不用流水線，由于一次求和需6t，一次求積需4t， 則產(chǎn)生上述7個結(jié)果共需（46+34）t = 36t 加速比為：,（3）計算性能,流水線的效率：,5、有一條動態(tài)多功能流水線由5段組成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，各段時間均為t，而且流水線的輸出可以直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)的流水寄存器中。若在該流水線上計算: 試計算

15、其吞吐率、加速比和效率。,解: C=(A1B1) (A2B2) (A3B3) (A4B4) (1) 選擇適合于流水線工作的算法應(yīng)先計算A1+B1、A2+B2、A3+B3和A4+B4； 再計算(A1+B1) (A2B2) (A3+B3) (A4+B4)； 然后求總的結(jié)果。 (2) 畫出時空圖 (3) 計算性能,由圖可見，它在14個t時間中，給出了7個結(jié)果。所以吞吐率為： TP7(14t) 如果不用流水線，由于一次求積需3t，一次求和需4t，則產(chǎn)生上述7個結(jié)果共需（44+33）t =25t。所以加速比為： 該流水線的效率可由陰影區(qū)的面積和5個段總時空區(qū)的面積的比值求得：,6、流水線可以通過什么技術(shù)

16、減少數(shù)據(jù)相關(guān)帶來的暫停？ 答：流水線可以通過定向技術(shù)減少數(shù)據(jù)相關(guān)帶來的暫停 7、流水線結(jié)構(gòu)相關(guān)解決方法有哪些？ 答：流水線結(jié)構(gòu)相關(guān)解決方法有插入暫停周期 、將指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分離。,8、減少流水線分支損失的方法有哪些？ 答：減少流水線分支損失的方法有： （1）凍結(jié)或排空流水線 （2）預(yù)測分支轉(zhuǎn)移失敗 （3）預(yù)測分支轉(zhuǎn)移成功 （4）延遲分支,9:、什么是結(jié)構(gòu)沖突？ 答：計算機(jī)系統(tǒng)中流水線因一條指令讀取操作數(shù)訪存同時另一條指令需要執(zhí)行取指令操作而發(fā)生的對存儲器爭用引起的沖突 。 10、什么是數(shù)據(jù)沖突？ 答：當(dāng)一條指令需要用到前面某條指令的結(jié)果，從而不能重疊執(zhí)行時，就發(fā)生了數(shù)據(jù)沖突相 11、什

17、么是控制沖突？ 答：當(dāng)流水線遇到分支指令與其后進(jìn)入流水線之間存在的沖突時，就會發(fā)生控制沖突。,第五章,1、可以從那幾個方面改進(jìn)Cache的性能？ 答：可以從三個方面改進(jìn)Cache的性能： （1）降低失效率 （2）減少失效開銷 （3）減少Cache命中時間。 2、Cache平均訪問時間等于什么？ 答： Cache平均訪問時間命中時間失效率失效開銷,3、 降低Cache減少三種失效的方法是怎樣的？ 答：降低Cache減少三種失效的方法是： 對強(qiáng)制性失效的方法是：增加塊大小，預(yù)??； 對容量失效的方法是：增加容量； 對沖突失效的方法是：提高相聯(lián)度。 4、影響Cache性能的存儲器停頓周期數(shù)等于什么？

18、答：影響Cache性能的存儲器停頓周期數(shù)訪存次數(shù)失效率失效開銷,5、Cache有哪幾種映像方式？各是如何映像的？ 直接映象：主存中的每一塊只能被放置到 Cache中唯一的一個位置。 全相聯(lián)映象全相聯(lián)：主存中的任一塊可以被放置到 Cache中的任意一個位置。 組相聯(lián)：主存中的每一塊可以被放置到Cache中唯一的一個組中的任何一個位置。,6、Cache有哪幾種替換策略？比較實現(xiàn)代價和訪問命中率的情況？ 答： 1)隨機(jī)策略：隨機(jī)選取某Cache塊。最容易實現(xiàn)。 2）LRU策略：選取近期最少使用的Cache塊。實現(xiàn)代價最高但有助于提高訪問命中率。 3）FIFO策略：最先調(diào)入的快最先被替換出去，實現(xiàn)代價

19、不高，但最早調(diào)入的快可能是最近經(jīng)常使用得塊，調(diào)出后降低了命中率。,7、什么是虛存、什么是Cache？它們在存儲體系中各可以解決主存的什么問題？ 虛擬存儲器是以存儲器訪問的局部性為基礎(chǔ)，建立在主-輔存體系上的存儲管理技術(shù)。它的基本思想是通過某種策略，把輔存中的信息一部分一部分地調(diào)入主存，以給用戶提供一個比實際主存容量大得多的地址空間來訪問主存，采用虛存的目的是提高CPU 訪問主存的容量。 在CPU與主存之間再增加一級或多級能與CPU速度匹配的高速緩沖存儲器Cache，來提高主存儲系統(tǒng)的性能價格比， 增設(shè)Cache的目的是提高CPU 訪問主存的速度。,第六章,1、計算機(jī)提高系統(tǒng)可靠性的方法有哪些？

20、 答：計算機(jī)提高系統(tǒng)可靠性的方法有故障避免技術(shù)、故障容忍技術(shù)、錯誤消除技術(shù)、錯誤預(yù)報技術(shù)： 2、計算機(jī)I/O設(shè)備控制方式有哪些？ 答：計算機(jī)I/O設(shè)備控制方式有：程序查詢控制方式、中斷控制方式、DMA控制方式、I/O處理機(jī)等,3、分析計算磁盤讀或?qū)懸粋€512字節(jié)的扇區(qū)的平均時間是多少？假設(shè)此時磁盤空閑，公布的平均尋道時間是12ms，傳輸速度是4MB/s，轉(zhuǎn)速是7200rpm，控制器的開銷是1.5ms。 答：旋轉(zhuǎn)時間=0.5*60*1000/7200=4.1667ms 傳輸時間=0.512KB*1000/（4*1024KB/s）=0.125ms 磁盤訪問時間=尋道時間+旋轉(zhuǎn)時間+傳輸時間+控制器

21、時間 =12ms+4.1667ms+0.125ms+1.5ms =17.79ms,4、什么是RAID?它可以解決什么問題？ RAID：用多塊盤構(gòu)成的有一定冗余信息的可以跨越容量和可信性限制的存儲設(shè)備。 使用多個磁盤（包括驅(qū)動器）的組合來代替一個大容量的磁盤。 多個磁盤并行工作，以條帶為單位把數(shù)據(jù)均勻地分布到多個磁盤上（交叉存放），條帶存放可以使多個數(shù)據(jù)讀/寫請求并行地被處理，從而提高總的I/O性能。,5、RAID1、RAID 5有何特點？ RAID1：亦稱鏡像盤，使用完全的備份。在信息冗余程度達(dá)到100%。 每當(dāng)把數(shù)據(jù)寫入磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫入其鏡像盤，形成信息的兩個副本 RAID5：是信息分布采用塊交叉模式，冗余信息采用奇偶校驗方式生成并分布在陣列各塊盤上的磁盤陣列。,6、可實現(xiàn)塊交叉分布、冗余信息采用奇偶校驗方式生成并分布在陣列各塊盤上的磁盤陣列是哪種？ 答： RAID5 7、RAID才信息冗余程度達(dá)到100%，是完全備份的磁盤陣列是哪種？ 答： RAID1,第七章,1、什么是集中式共享多處理機(jī)？