《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》復(fù)習(xí)題(共8頁(yè))

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 填空（15*1分），選擇（15*1分），簡(jiǎn)答題（5/6 30分），綜合題（4*10分） 1、從使用語(yǔ)言角度，可將系統(tǒng)按功能劃分為多層次機(jī)器級(jí)結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)分別是：應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)、高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)、匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)、操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)、傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)和微程序機(jī)器級(jí)。 2、各機(jī)器級(jí)的實(shí)現(xiàn)主要靠翻譯和解釋或兩者結(jié)合進(jìn)行。翻譯是先用轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏咭患?jí)機(jī)器級(jí)上的程序整個(gè)地變換成低一級(jí)機(jī)器級(jí)上等效的程序，然后再在低一級(jí)機(jī)器級(jí)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。解釋則是在低級(jí)機(jī)器上用它的一串語(yǔ)句或指令來(lái)仿真高級(jí)機(jī)器上的一條語(yǔ)句或指令的功能，是通過(guò)對(duì)高級(jí)的機(jī)器級(jí)語(yǔ)言程序

2、中的每條語(yǔ)句或指令逐條解釋來(lái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。 3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)器級(jí)層次中指?jìng)鹘y(tǒng)機(jī)器級(jí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是軟、硬件之間的功能分配以及對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)界面的確定，為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)或編譯程序生成系統(tǒng)提供使其設(shè)計(jì)或生成的程序能在機(jī)器上正確運(yùn)行應(yīng)看到的遵循的計(jì)算機(jī)屬性。 5、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的屬性包括： 1.數(shù)據(jù)表示、2.尋址方式、3.寄存器組織、4.指令系統(tǒng)、 5.存儲(chǔ)系統(tǒng)組織、6.中斷機(jī)構(gòu)、7.系統(tǒng)機(jī)器級(jí)的管態(tài)和用戶態(tài)的定義和切換、8.機(jī)器級(jí)的I/O結(jié)構(gòu)、9.系統(tǒng)各部分的信息保護(hù)方式和保護(hù)機(jī)構(gòu)等。 6、機(jī)器透明性：指相對(duì)于每一機(jī)器級(jí)設(shè)計(jì)人員，

3、都客觀存在的功能或?qū)傩钥床坏降默F(xiàn)象，稱相對(duì)于此級(jí)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這些功能或?qū)傩允蔷哂型该餍?，即透明的? 7、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)，包括機(jī)器級(jí)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。它著眼于機(jī)器級(jí)內(nèi)部各事件的排序方式與控制機(jī)構(gòu)、各部件的功能及各部件間的聯(lián)系。 8、計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題是在所希望達(dá)到的性能和價(jià)格下，怎樣更好、更合理地把各種設(shè)備各部件組織成計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 9、當(dāng)前，計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)主要是圍繞提高速度，著重從提高操作的并行度、重疊度，以及功能的分散和設(shè)置專用功能部件來(lái)進(jìn)行的。 10、計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)要確定的方面一般應(yīng)包括： 1.數(shù)據(jù)通路

4、寬路、 2.專用部件的設(shè)置、 3.各種操作對(duì)部件的共享程度、4.功能部件的并行度、5.控制機(jī)構(gòu)的組成方式、6.緩沖和排隊(duì)技術(shù)、7.預(yù)估預(yù)判技術(shù)、8.可靠性技術(shù)等。 11、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指計(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，器件、模塊、插件、底板的劃分與連接，專用器件的設(shè)計(jì)，微組裝技術(shù)，信號(hào)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)中起著主導(dǎo)作用。 13、軟 、硬件取舍的三個(gè)基本原則是： （1）.考慮在現(xiàn)有硬件、器件(主要是邏輯器件和存儲(chǔ)器)條件下，系統(tǒng)要有高的性能價(jià)格比，主要從實(shí)現(xiàn)費(fèi)用、速度和其他性

5、能要求來(lái)綜合考慮。 （2）.考慮到準(zhǔn)備采用和可能采用的組成技術(shù)，使它盡可能不要過(guò)多或不合理地限制各種組成、實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用。 （3）.從“軟”的角度考慮如何為編譯和操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及為高級(jí)語(yǔ)言程序的設(shè)計(jì)提供更多更好的硬件支持。 14、程序在系統(tǒng)上運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)該是衡量機(jī)器時(shí)間（速度）性能最可靠的標(biāo)準(zhǔn)。 15、計(jì)算機(jī)性能通常用峰值性能及持續(xù)性能來(lái)評(píng)價(jià)。峰值性能是指在理想情況下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可獲得的最高理論性能值，它不能反映出系統(tǒng)的實(shí)際性能。 16、持續(xù)性能的表示有算術(shù)性能平均值、調(diào)和性能平均值和幾何性能平均值三種。 17、算術(shù)性能平均值通常對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間評(píng)價(jià)；調(diào)和性能平均值與運(yùn)行全部程序所需

6、的時(shí)間成反比，比較準(zhǔn)確地衡量計(jì)算機(jī)的時(shí)間（速度）性能；幾何性能平均值是對(duì)不同機(jī)器進(jìn)行性能比較時(shí)，可以對(duì)性能采取歸一化，即可以以某臺(tái)機(jī)器性能作為參考標(biāo)準(zhǔn)，讓其他機(jī)器的性能與參考標(biāo)準(zhǔn)去比，不論哪臺(tái)機(jī)器作參考機(jī)，幾何性能平均值均能正確地反映出結(jié)果的一致性。 18、計(jì)算CPU的程序執(zhí)行時(shí)間Tcpu有3個(gè)因素，即程序執(zhí)行的總指令條數(shù)IC、平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)CPI、主時(shí)鐘頻率fc。 19、MIPS是機(jī)器單位時(shí)間執(zhí)行指令的條數(shù)。它與時(shí)鐘周期數(shù)CPI有關(guān)，CPI越少，MIPS就越高，一定程度上反映機(jī)器的性能越好。MIPS很大程度依賴于機(jī)器的指令系統(tǒng)，用它很難準(zhǔn)確衡量指令系統(tǒng)不同的機(jī)器之間的性能。因此

7、MIPS只能用于比較相同機(jī)器指令系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)之間的性能。即使是同一臺(tái)機(jī)器，程序不同，其CPI也不同，其性能的差異會(huì)很大。其次MIPS還與機(jī)器硬件有關(guān)，如浮點(diǎn)運(yùn)算部件的機(jī)器，雖MIPS很低，但浮點(diǎn)運(yùn)算速度會(huì)很高，而在軟件實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算機(jī)器上，MIPS雖然很高，但浮點(diǎn)運(yùn)算速度可能很低。 MFLOPS只能反映機(jī)器執(zhí)行浮點(diǎn)操作的性能，并不能反映機(jī)器的整體性能。 20、簡(jiǎn)述Amdahl定理？ 答：系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。 Told：沒(méi)有采用改進(jìn)措施前執(zhí)行某任務(wù)的時(shí)間 Tnew：采用改進(jìn)措施后執(zhí)行某任務(wù)的

8、時(shí)間 Sp ：加速比（系統(tǒng)改進(jìn)后的性能與未改進(jìn)時(shí)的性能的比值） Sp= Told/ Tnew Fe:計(jì)算機(jī)執(zhí)行某個(gè)任務(wù)的總時(shí)間中可被改進(jìn)部分的時(shí)間所占比例。 rnew：改進(jìn)部分采用改進(jìn)措施后比沒(méi)有采用改進(jìn)措施的性能提高倍數(shù)。（部件加速比） 21、程序訪問(wèn)的局部性包括時(shí)間上和空間上的兩個(gè)局部性。 22、什么是時(shí)間上的局部性？ 指最近將來(lái)要用到的信息很可能就是現(xiàn)在正在使用的信息，這是因?yàn)槌绦虼嬖谥h(huán)。 23、什么是空間上的局部性？ 指最近將來(lái)要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在程序位置上是鄰近的，這是因?yàn)橹噶钔ǔＪ琼樞虼娣拧㈨樞驁?zhí)行的，數(shù)據(jù)也通常是以向量、陣列

9、、樹(shù)、表等形式簇聚地存放在一起。 24、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差異決定軟件的移植工作量，要實(shí)現(xiàn)軟件移植工量小，常采用三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言、采用系列機(jī)、模擬和仿真。 25、模擬是指？仿真是指？ B機(jī)器的每條機(jī)器指令用 A機(jī)器一段機(jī)器語(yǔ)言程序解釋,如同A 機(jī)器上也有 B 機(jī)器的指令系統(tǒng)一樣,這種用機(jī)器語(yǔ)言程序解釋實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法稱為模擬.進(jìn)行模擬的A 機(jī)器稱為宿主機(jī),被模擬的 B機(jī)器稱為虛擬機(jī). 用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)的方法就稱為仿真。進(jìn)行仿真的機(jī)器稱為宿主機(jī),被仿真的B機(jī)器稱為目標(biāo)機(jī)。為仿真所寫(xiě)的解釋程序稱為仿真微程序。 26、多級(jí)存儲(chǔ)體系的采用是依據(jù)_局部性原理_原理建立，

10、且存儲(chǔ)速度提高，但存儲(chǔ)體價(jià)格下降。 27、B機(jī)上的每條指令都由A機(jī)上的一段微程序解釋執(zhí)行稱為仿真。 28. 流水線分為靜態(tài)流水線和動(dòng)態(tài)流水線。 靜態(tài)：某一時(shí)間內(nèi)各段只能按同一種功能連接流水。 動(dòng)態(tài)：同一時(shí)間內(nèi)可按不同運(yùn)算或功能連接。 29、衡量浮點(diǎn)操作的指標(biāo)是 MFLOPS ，衡量指令執(zhí)行速度的指標(biāo)是____MIPS____。 30、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩大典型風(fēng)格是___CISC___和____RISC___________。 31、克服流水中的瓶頸段的兩種方法是：瓶頸流水段的細(xì)分和瓶頸流水段的重復(fù)。 32、流水線中出現(xiàn)的3種相關(guān)是：結(jié)構(gòu)相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)，控制相關(guān)。 33

11、、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差異決定軟件的移植工作量，避免軟件移植瓶頸，常采用三種方法來(lái)解決，三種方法是統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言、采用系列機(jī)、模擬和仿真。 34、向量的處理三種方式有：（1）橫向處理方法；（2）縱向處理方法；（3）縱橫向處理方法。 35、處理器間采用單向環(huán)網(wǎng)時(shí)的互連函數(shù)是：PM2+0或PM2-0。 36、以硬件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)多Cache（緩存）一致性方法有：寫(xiě)作廢法、寫(xiě)更新法、目錄表法。 37、編址方式常分為三種,它們是___隱含編址__,__獨(dú)立編址__和統(tǒng)一編址。 38、陣列處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分為兩種：（1）分布式存儲(chǔ)器的陣列機(jī)；（2）共享存儲(chǔ)器的陣列機(jī)。 39、程序并行性相關(guān)性有三種，即 數(shù)據(jù)

12、相關(guān)、數(shù)據(jù)反相關(guān)、數(shù)據(jù)輸出相關(guān)。 40. 尋址方式的三種面向：面向主存，面向寄存器，面向堆棧。 41. 指令系統(tǒng)的特性： 1.規(guī)整性；2.對(duì)稱性；3.獨(dú)立性和全能性；4.正交性；5.可組合性；6.可擴(kuò)充性 42.中斷的響應(yīng)次序是在同時(shí)發(fā)生多個(gè)不同中斷類的中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷響應(yīng)硬件中的排隊(duì)器所決定的響應(yīng)次序。 43.中斷的處理次序 46、數(shù)據(jù)表示指的是能由機(jī)器硬件直接識(shí)別和引用的數(shù)據(jù)類型。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是要通過(guò)軟件映像，變換成機(jī)器中所具有的數(shù)據(jù)表示來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟，硬件的交界面。 47、自定義數(shù)據(jù)表示包括標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述符兩類； 高級(jí)數(shù)據(jù)表示

13、：自定義數(shù)據(jù)表示，向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示，堆棧數(shù)據(jù)表示。 48、在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、發(fā)展和改進(jìn)上，RISC采用：通過(guò)減少指令種數(shù)和簡(jiǎn)化指令功能來(lái)降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高指令的執(zhí)行速度。 49、在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、發(fā)展和改進(jìn)上，CISC采用：進(jìn)一步增強(qiáng)原有指令的功能以及設(shè)置更為復(fù)雜的新指令取代原先由軟件子程序完成的功能，實(shí)現(xiàn)軟件功能的硬化。 51、流水線的表示法有三種：連接圖法、時(shí)空?qǐng)D法、預(yù)約表法。 52、定向技術(shù)法的基本思想：如果后續(xù)指令要使用前面指令的運(yùn)算果值，則通過(guò)硬件專門(mén)電路將該運(yùn)算結(jié)果提前傳送到有關(guān)緩沖寄存器，使后續(xù)指令得以不停頓地進(jìn)入流水線。 53、衡量流水線性能的主要指標(biāo)有：吞吐率、

14、加速比和效率。 54. I/O系統(tǒng)的三種控制方式： a.程序控制I/O(包括全軟的，程序查詢的，中斷驅(qū)動(dòng)的) b.直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA） c.I/O處理機(jī)方式（通道方式，外圍處理機(jī)方式PPU） 55.標(biāo)量流水機(jī)全局性相關(guān)的處理： (1)使用猜測(cè)法。（2）加快和提前形成條件碼。（3）采取延遲轉(zhuǎn)移。（4）加快短循環(huán)程序的處理。 55.指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)：P64 簡(jiǎn)答題 CISC可分別從面向目標(biāo)程序，面向高級(jí)語(yǔ)言，面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面來(lái)敘述。 RISC:邏輯采用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合；在CPU中設(shè)置大量工作寄存器并采用重疊寄存器窗口。 56.RISC重疊寄存器窗口

15、的作用： (1).減少訪存，盡量讓指令在寄存器之間進(jìn)行，提高執(zhí)行速度，縮短指令周期，簡(jiǎn)化尋址方式和指令格式。 (2).更簡(jiǎn)單有效的支持高級(jí)語(yǔ)言中大量出現(xiàn)的過(guò)程調(diào)用，減少過(guò)程調(diào)用中為保存主調(diào)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)，建立被調(diào)過(guò)程新現(xiàn)場(chǎng)，以及返回時(shí)恢復(fù)主調(diào)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)等所需的輔助操作。 (3).更簡(jiǎn)單，直接地實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的參數(shù)傳遞。 57.設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的一般原則及可采用的基本技術(shù)是哪些？ 設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的一般原則：1.精簡(jiǎn)指令的條數(shù)；2.簡(jiǎn)化指令的格式，讓指令字等長(zhǎng)，并讓所有指令都在一個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行完；3.擴(kuò)大機(jī)器中通用寄存器的個(gè)數(shù)，只讓存取兩類指令可以訪問(wèn)，其他的指令一律只能對(duì)

16、寄存器進(jìn)行操作；4.指令的實(shí)現(xiàn)以組合電路硬聯(lián)實(shí)現(xiàn)為主，少量指令可采用微程序解釋；5.精心設(shè)計(jì)高質(zhì)量的編譯程序來(lái)優(yōu)化支持高級(jí)語(yǔ)言程序的實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的基本技術(shù)：1.按設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的一般原則來(lái)精選和優(yōu)化設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)；2.邏輯上采用硬聯(lián)組合電路為主，適當(dāng)輔以微程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)；3.在CPU內(nèi)設(shè)置大量的寄存器，并采用重疊寄存器組的窗口；4.指令采用重疊和流水的方式解釋，并采用延遲轉(zhuǎn)移；5.采用高速緩沖存儲(chǔ)器Cache緩沖指令和數(shù)據(jù)。 56、 將下面程序改寫(xiě)成不存在數(shù)據(jù)相關(guān)的形式? Z=0 DO 10 I=1，64 X(I

17、)=X(I)+Y(I) Z=Z+X(I) 10 CONTINUE 57、 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的定義和相互關(guān)系？ 答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就是計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序編寫(xiě)者所看到的外特性。所謂外特性，就是計(jì)算機(jī)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。 計(jì)算機(jī)組成：計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：是指計(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)，器件集成度、速度、信號(hào)傳輸?shù)取? 相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以有不同的組成；一種組成可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方法；采用不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)使可以采用的

18、組成技術(shù)產(chǎn)生差異；組成也會(huì)影響結(jié)構(gòu)。 62、向量流水處理的三種方式： 1．橫向處理方式，又稱為水平處理方式，橫向加工方式等。向量計(jì)算是按行的方式從左至右橫向地進(jìn)行。 2．縱向處理方式，又稱為垂直處理方式，縱向加工方式等。向量計(jì)算是按列的方式自上而下縱向地進(jìn)行。 3．縱橫處理方式，又稱為分組處理方式，縱橫向加工方式等。橫向處理和縱向處理相結(jié)合的方式。 63、向量鏈接技術(shù)：結(jié)果寄存器可能成為后繼指令的操作數(shù)寄存器，兩條有數(shù)據(jù)相關(guān)的向量指令并行執(zhí)行，這種技術(shù)稱為兩條流水線的鏈接技術(shù) 64、實(shí)現(xiàn)鏈接的條件 (1) 沒(méi)有向量寄存器沖突和運(yùn)算部件沖突。 (2) 只有第一個(gè)結(jié)果送入向量寄存

19、器的那一個(gè)周期可以鏈接。 (3) 先行的兩條指令產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果的時(shí)間必須相等。 (4) 兩條向量指令的向量長(zhǎng)度必須相等。 66、PM2I單級(jí)網(wǎng)絡(luò)的互連函數(shù)： 。 67、處理器間采用單向環(huán)網(wǎng)時(shí)的互連函數(shù)是：PM2+0或PM2-0。 68、處理器間采用雙向環(huán)網(wǎng)時(shí)的互連函數(shù)是：PM2+0和PM2-0。 69. 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性的途徑有時(shí)間重疊，資源重復(fù)和資源共享等。 70. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 弗林. 按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性 單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD） 單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）

20、 多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD） 多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD） 71、什么是機(jī)群系統(tǒng)？什么是大規(guī)模并行機(jī)系統(tǒng)？ 72、靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)主要區(qū)別在哪里？ 73. VLSI的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)邏輯設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生了什么影響？舉例說(shuō)明器件發(fā)展是推動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵因素。 器件的發(fā)展使邏輯設(shè)計(jì)已由過(guò)去傳統(tǒng)的邏輯化簡(jiǎn)，轉(zhuǎn)變成強(qiáng)調(diào)在滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所提出的功能要求前提下，如何能用上大批量生產(chǎn)的高集成度片子，提高其系統(tǒng)效能，縮短其研制周期，降低其生產(chǎn)成本。計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)也已從過(guò)去只進(jìn)行全硬的邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展到現(xiàn)在所用的軟硬結(jié)合方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)和輔助制造。 74. 簡(jiǎn)要列出集中式串行鏈接/定

21、時(shí)查詢/獨(dú)立請(qǐng)求三種總線控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)分析硬件產(chǎn)生故障時(shí)通信的可靠性。 A.串行鏈接方式的優(yōu)點(diǎn)：1.選擇算法簡(jiǎn)單，用于解決總線控制分配的控制線的線數(shù)少，只要3根，切不取決于部件的數(shù)量；2.部件的增減容易，只需簡(jiǎn)單地把它連到總線上或從總線上去掉即可，可擴(kuò)充性好；3.邏輯簡(jiǎn)單，容易通過(guò)重復(fù)設(shè)置提高可靠性。 缺點(diǎn)：1.對(duì)“總線可用”線及其有關(guān)電路的失效敏感；2.由于優(yōu)先級(jí)是線連固定，不能由程序改變，不靈活；3.受總線長(zhǎng)度的限制，增減或移動(dòng)部件也受到限制。 B.定時(shí)查詢方式的優(yōu)點(diǎn)：1.計(jì)數(shù)器初值，部件號(hào)均可由程序設(shè)定，優(yōu)先次序可由程序控制，靈活性強(qiáng)；2.不會(huì)因某個(gè)部件失效而影響其他部件對(duì)

22、總線的使用，可靠性高。 缺點(diǎn)：1.控制線的數(shù)量多，需2+[1b N]根；2.可以共享總線的部件數(shù)受限于定時(shí)查詢線的線數(shù)（編址能力），擴(kuò)展性稍差；3.控制較為復(fù)雜；4.總線分配的速度取決于計(jì)數(shù)信號(hào)的頻率和部件數(shù)，不能很高。 C.獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)點(diǎn)：1.總線分配速度快，所有部件的總線請(qǐng)求同時(shí)送到總線控制器，不用查詢；2.控制器可以使用程序可控的預(yù)定方式，自適應(yīng)方式，循環(huán)方式或他們的混合方式靈活確定下一個(gè)使用總線的部件；3.能方便的隔離失效部件的請(qǐng)求。 缺點(diǎn)：控制線數(shù)量過(guò)大，為控制N個(gè)設(shè)備必須有2N+1根控制線，而且總線控制器要復(fù)雜得多。 75. 引入數(shù)據(jù)表示的原則（P43） 原則

23、一 看系統(tǒng)的效率是否顯著提高，包括實(shí)現(xiàn)時(shí)間和存儲(chǔ)空間是否有顯著減少，實(shí)現(xiàn)時(shí)間是否減少又主要看在主存和處理機(jī)之間傳送的信息量是否減少。傳送的信息量減少，實(shí)現(xiàn)時(shí)間就越少。 原則二 看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否提高。如果只對(duì)某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)效率很高，而對(duì)其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)效率很低，或者引入這種數(shù)據(jù)表示在應(yīng)用中很少用到，那么為此所耗費(fèi)的硬件過(guò)多卻并未在性能上得到好處，必然導(dǎo)致性能價(jià)格比的下降。 P33 習(xí)題1 6，7，10，11 第一章 Amdahl定理（大題1個(gè)） P79 習(xí)題2 9，10，11，12 (第二章 哈夫曼編碼，大題1個(gè)) P109習(xí)題

24、3 5，6，8 第三章 P89中斷屏蔽位設(shè)置（大題1個(gè)） P195 習(xí)題5 6，11 第五章 P185 流水線預(yù)約表及狀態(tài)圖（大題1個(gè)） P200 習(xí)題6 1，2，5 第六章 P200 鏈接圖會(huì)畫(huà)（大題1個(gè)） 40、有兩臺(tái)機(jī)器，它們對(duì)條件轉(zhuǎn)移指令的處理采用不同的設(shè)計(jì)方案:(1)CPUA采用一條比較指令來(lái)設(shè)置相應(yīng)的條件碼，由緊隨其后的一條轉(zhuǎn)移指令對(duì)此條件碼進(jìn)行測(cè)試，以確定是否進(jìn)行轉(zhuǎn)移。因此實(shí)現(xiàn)一次條件轉(zhuǎn)移要執(zhí)行比較和測(cè)試兩條指令。(2)CPUB采用比較和測(cè)試兩種能合在一條指令的方法，這樣實(shí)現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移只需一條指令。 假設(shè)在這

25、兩臺(tái)機(jī)器的指令系統(tǒng)中，執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令需2個(gè)時(shí)鐘周期，而其他指令只需1個(gè)時(shí)鐘周期。又假設(shè)CPUA中，條件轉(zhuǎn)移指令占總執(zhí)行指令條數(shù)20%。由于每條轉(zhuǎn)移指令都需要一條比較指令，所以比較指令也將占20%。由于CPUB在轉(zhuǎn)移指令中含了比較功能，因此它的時(shí)鐘周期就比CPUA要慢25%。問(wèn)CPUA和CPUB哪個(gè)工作速度要快些？ 41、假設(shè)FPSQR操作占整個(gè)測(cè)試程序執(zhí)行時(shí)間的20%。改進(jìn)的一種方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10倍。另一種方法是使FP指令的速度提高到2倍，F(xiàn)P指令占整個(gè)執(zhí)行時(shí)間的50%。比較兩個(gè)設(shè)計(jì)方案。 42、假設(shè)要將某一執(zhí)行部件改進(jìn)后速度提高10倍

26、,改進(jìn)后被改進(jìn)部件執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間的50%.問(wèn)改進(jìn)后,獲得的加速比Sp是多少? 43、假設(shè)Cache的工作速度是主存的5倍,且Cache被訪問(wèn)命中的概率為90%.問(wèn):采用Cache后,能使整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)獲得多高的加速比? 44、為提高某計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度,決定增加向量處理部件.此時(shí)處理向量的速度比其通常的運(yùn)算速度要快20倍.現(xiàn)定義向量處理部件運(yùn)算的時(shí)間占總時(shí)間的百分比稱為可向量化百分比. (1)求出加速比和可向量化百分比之間的關(guān)系. (2)若要得到加速比為2.5,可向量化百分比是多少? 45、某計(jì)算機(jī)Cache能存放2000條指令.假設(shè)10%的指令承擔(dān)了90%時(shí)

27、間的指令訪問(wèn),且知這10%指令中每條指令的執(zhí)行時(shí)間相同.如果要執(zhí)行的某程序共50000條指令,且已知其中的10%是頻繁使用的.問(wèn):當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行該程序時(shí),在Cache中能訪問(wèn)到的指令會(huì)占多少百分比? 58、下列5條指令組成的程序在一臺(tái)3段流水線處理機(jī)上執(zhí)行，每一流水段上都有相關(guān)檢測(cè)和分解。這3個(gè)流水段是取指令I(lǐng)F、取操作數(shù)OF（一個(gè)或多個(gè)）、執(zhí)行EX（包括寫(xiě)回）。程序中ACC為累加寄存器，M為存儲(chǔ)器。 請(qǐng)畫(huà)時(shí)時(shí)空?qǐng)D說(shuō)明：（1）在程序執(zhí)行中所有可能出現(xiàn)的相關(guān)情況，（2）避免相關(guān)發(fā)生的調(diào)度方法。 INC R0 ； R0?（R0）+1

28、 MVL ACC，R0；ACC?(ACC)*(R0) STR R1,ACC; R1?(ACC) ADD ACC,R0 ; ACC?(ACC)+(R0) STA M,ACC ; M?(ACC) 59、在一臺(tái)流水線處理機(jī)上執(zhí)行下面程序。 I1 SUB R0，R0 ； R0?0 I2 LOAD R1,#8 ;

29、 R1?向量長(zhǎng)度8 I3 Loop:LOAD R2,A(R1) ; R2?A向量的第1個(gè)元素 I4 MUL R2，R1； R2?(R2)*(R1) I5 ADD R0,R2; R0?(R0)+(R2) I6 DNE R1 Loop; R1?(R1)-1,若(R1)10轉(zhuǎn)向Loop I7 STORE R0,M(x); 保存結(jié)果 每條指令都要經(jīng)過(guò)“取指”、“譯碼”、“執(zhí)行”、“寫(xiě)結(jié)果

30、”4個(gè)流水段，每個(gè)流水段延遲都是5ns。但在“執(zhí)行”流水段LS部件和ALU部件只能其中一個(gè)工作，其中LS部件完成LOAD和STORE操作，ALU部件完成其他操作。這兩個(gè)操作部件的輸出端和輸入端有直接輸出通路相互切換連接，且ALU部件產(chǎn)生的條件碼也直接送入控制器。假定采用靜態(tài)分支預(yù)測(cè)技術(shù)，每次都預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移不成功。要求： （1）畫(huà)出指出指令流水線的時(shí)空?qǐng)D（中間部分可省略，圖中可用指令序號(hào)表示） （2）計(jì)算流水線的吞吐率和加速比，并分別計(jì)算譯碼部件和ALU部件的使用效率。 60、一條有4個(gè)流水段的非線性流水線，每個(gè)流水段的延遲時(shí)間都相等，它的預(yù)約表如下圖： 時(shí)間 流水段 1

31、 2 3 4 5 6 7 S1 X X S2 X X S3 X X S4 X （1）寫(xiě)出流水線的禁止向量和初始沖突向量; （2）畫(huà)出調(diào)度流水線的狀態(tài)圖; （3）求流水線的最小啟動(dòng)循環(huán)和最小啟動(dòng)距離; （4）求平均啟動(dòng)距離最小的恒定循環(huán)。 （5）按最小啟動(dòng)距離調(diào)度任務(wù)時(shí)，有10個(gè)任務(wù)進(jìn)入流水，畫(huà)出時(shí)空?qǐng)D，計(jì)算實(shí)際吞吐率。 61、在一個(gè)5段的流水線處理機(jī)上需經(jīng)9拍才能完成一個(gè)任務(wù),其預(yù)約表為: ? 時(shí)間 流水段 t0 t1 t2 t3 t4

32、t5 t6 t7 t8 S1 V V S2 V V S3 V V V S4 V V S5 V V 分別寫(xiě)出禁止表,沖突向量C;畫(huà)出流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,求出最小平均延遲及流水線的最大吞吐率、調(diào)度方案。按此流水調(diào)度方案輸入6個(gè)任務(wù),求實(shí)際吞吐率。 65、向量處理機(jī)上用4條向量指令完成如下計(jì)算：E:=A*(B+C)+D LD V0，M(A);V0?存儲(chǔ)器A向量 ADDV V3，V1，V2 ；V3?V1+V2 MULV V4,V0,V3 ;V4?V0*V3 ADDV V6,V4,V5 ;V6?V4+V5 假設(shè)V1、V2、V5向量寄存器已分別存放向量B、C、D，向量長(zhǎng)度N=32，兩個(gè)浮點(diǎn)功能部件執(zhí)行時(shí)間為加法6拍，乘法7拍；存儲(chǔ)器取數(shù)6拍；數(shù)據(jù)進(jìn)入和流出功能部件（包括寄存器）為1拍。 （1）分析指令序列，如果能鏈接，畫(huà)出向量鏈接圖。 （2）計(jì)算指令組全部完成所需的時(shí)間。 專心---專注---專業(yè)