計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)期末考試知識(shí)點(diǎn)與答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上體系結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)重點(diǎn).doc1.馮.諾依蔓計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)答：馮·若依曼計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)如下：存儲(chǔ)程序方式。指令和數(shù)據(jù)都是以字的方式存放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，沒(méi)有區(qū)別，由機(jī)器狀態(tài)來(lái)確定從存儲(chǔ)器讀出的字是指令或數(shù)據(jù)。指令串行執(zhí)行，并由控制器集中加以控制、單元定長(zhǎng)的一維線性空間的存儲(chǔ)器使用低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式表示。單處理機(jī)結(jié)構(gòu)，以運(yùn)算器作為中心。其實(shí)，他最大的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單易操作。2. T（C）<K*K',D*D',W*W'>所描述的三個(gè)層次（8頁(yè)）答：3個(gè)層次為控制器、算術(shù)邏輯部件、基本邏輯部件3. 計(jì)算機(jī)系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類 （5頁(yè)）4. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示（38頁(yè)）5. 指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則答：指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是，應(yīng)特別注意如何支持編譯系統(tǒng)能高效、簡(jiǎn)易地將源程序翻譯成目標(biāo)代碼。首先是正交性：又稱分離原則或互不相干原則。即指令中各個(gè)有不同含義的字段之間，在編碼時(shí)應(yīng)互相獨(dú)立、互不相關(guān)。規(guī)整性：對(duì)相似的操作數(shù)做出相同的規(guī)定?？蓴U(kuò)充性：要保留一定余量的操作碼空間，為以后的擴(kuò)展所用。對(duì)稱性：為了使編譯能更加方便，通常希望操作具有對(duì)稱性。6. 流水操作中的相關(guān)答：流水操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一下的3個(gè)相關(guān)：資源或結(jié)構(gòu)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)、和控制相關(guān)。資源相關(guān)是指當(dāng)有多條指令進(jìn)入流水線后在同一

3、機(jī)器周期內(nèi)爭(zhēng)用同一功能部件所發(fā)生的沖突。數(shù)據(jù)相關(guān)：這是由于流水線中的各條指令的重疊操作使得原來(lái)對(duì)操作數(shù)的訪問(wèn)順序發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)相關(guān)的沖突。控制相關(guān)主要是轉(zhuǎn)移指令引起的，比起數(shù)據(jù)相關(guān)來(lái)，他會(huì)使流水線喪失更多的性能。7. 向量機(jī)中對(duì)向量的各種運(yùn)算可以采用的加工方式（149頁(yè)）答：向量機(jī)中對(duì)向量的各種運(yùn)算可以采用不同的加工方式，但比較有效的加工方式應(yīng)是盡量避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)相關(guān)和盡量減少對(duì)向量功能的轉(zhuǎn)換。一種普通加工方式稱為橫向加工，它是按向量順序計(jì)算的。另外一種加工方式稱為垂直加工，即它是先縱向加工所有B和C向量中元素對(duì)的相加操作。第三種方式稱為縱橫向加工，或稱為分組加工。8.&#

4、160;計(jì)算機(jī)程序的訪存有兩種局部性規(guī)律（165頁(yè)）答：計(jì)算機(jī)程序有以下兩種局部規(guī)律：時(shí)間局部性：如果一個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)被訪問(wèn)，則該項(xiàng)可能會(huì)很快再次被訪問(wèn)、空間局部性：如果一個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)被訪問(wèn)，則該項(xiàng)及其臨近的項(xiàng)也可能很快被訪問(wèn)。9.開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的開發(fā)策略.（233頁(yè)）答：開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性，一般是采用資源重復(fù)、時(shí)間重疊、和資源共享這三種方法。資源重復(fù)是通過(guò)使用多功能部件，引入空間重復(fù)因素。時(shí)間重疊是在并行性概念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上互相錯(cuò)開，重疊地使用同一套部件的各個(gè)部分。資源共享則主要是使用切換運(yùn)行環(huán)境或應(yīng)用軟件手段讓多個(gè)用戶按時(shí)間片分時(shí)使用同一套或硬件資源，以提高資源的利用

5、率和隱藏等待時(shí)間。10. 自定義數(shù)據(jù)的表示形式（45頁(yè)）答：自定義數(shù)據(jù)的表示形式有兩種，即帶標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述符表示。帶標(biāo)識(shí)符數(shù)據(jù)表示要求對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)都附加標(biāo)識(shí)符。其優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)；易于對(duì)編程進(jìn)行差錯(cuò)；能自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)類型變換；簡(jiǎn)化了編譯；方便了程序調(diào)試。數(shù)據(jù)描述符主要是用來(lái)描述復(fù)雜和多維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型，例如向量、矩陣、記錄等，它與帶標(biāo)識(shí)符數(shù)據(jù)表示的不同之處如下：標(biāo)識(shí)符要與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，兩者合存在一個(gè)存儲(chǔ)器單元中，而描述符則和數(shù)據(jù)分開存放；要訪問(wèn)數(shù)據(jù)集中的元素時(shí)，必須先訪問(wèn)描述符， 從而至少要增加一級(jí)尋址；描述符可看成是程序的一部分，而不是數(shù)據(jù)的一部分，因?yàn)樗?/p>

6、專門用來(lái)描述要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)特性。11. RISC機(jī)的指令系統(tǒng)集結(jié)構(gòu)是。12. 流水線的工作階段？（94頁(yè)）答：流水線工作階段可分為建立（充入），滿載和排空三個(gè)階段13. 多功能部件并行操作的約束條件（151頁(yè)）答：多功能部件并行操作的約束條件是：不存在向量寄存器使用沖突；不存在功能部件使用沖突。向量寄存器使用沖突是指并行工作的向量指令中的源向量或結(jié)果向量使用相同的興亮寄存器。功能部件使用沖突是指同一功能部件為多條并行工作向量指令所使用。14. 存儲(chǔ)系統(tǒng)分層（165頁(yè)） 答：對(duì)于存儲(chǔ)器系統(tǒng)，高速，大容量和低成本這三個(gè)因素是相互矛盾的，存儲(chǔ)器容量的增大也意味著

7、速度的降低，根據(jù)這一規(guī)律，出現(xiàn)了層次的存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)方法。存儲(chǔ)器系統(tǒng)根據(jù)容量和工作速度分為若干個(gè)層次，因?yàn)樗俣容^慢的存儲(chǔ)介質(zhì)成本較低，用其實(shí)現(xiàn)較低層次的存儲(chǔ)器，而用少量的速度較高的存儲(chǔ)器件時(shí)間速度較高的存儲(chǔ)層次。所以一般分成四個(gè)層次，最高層是寄存器，高速緩存，主存和外存。15.SIMD是采用什么并行措施的陣列處理機(jī)。（236頁(yè)）答：SIMD主要采用的是資源重復(fù)的并行性措施的陣列處理及16. 指令系統(tǒng)集結(jié)構(gòu)17. 順序控制流改變的原因（88頁(yè)）答：所謂控制流是指有關(guān)被處理的指令序列的執(zhí)行順序。通常，指令執(zhí)行的順序是相繼的，嚇一跳要執(zhí)行的指令地址，只需在當(dāng)前的PC值上再加上當(dāng)前指令

8、所占用的字節(jié)數(shù)就可以獲得，程序在執(zhí)行中，若遇到以下的一些例外情況時(shí)，這種順序的控制流將發(fā)生改變：一是轉(zhuǎn)移指令，二是過(guò)程調(diào)用和返回，三是協(xié)同程序，四是中斷和自陷。18. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性（2頁(yè)）答：通常所講的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性是指機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性，即由他們所看到的計(jì)算機(jī)的基本屬性，這是機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序生成系統(tǒng)為使其所編寫，設(shè)計(jì)或生成的程序能在及其上正確運(yùn)行所必需遵循的。關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性，比較一致的看法認(rèn)為應(yīng)包括以下幾方面：1，指令系統(tǒng)：反映了機(jī)器指令的類型和形式以及指令間的排序和控制機(jī)構(gòu)/2.數(shù)據(jù)表示：反映了能由硬件直接識(shí)別和處理

9、的數(shù)據(jù)類型和指令。3.操作數(shù)的尋址方式：反映了系統(tǒng)能尋址的最小單位，尋址方式和表示。4.寄存器的構(gòu)成定義：反映了通用寄存器和專用寄存器的數(shù)量，定義和使用方式5.中斷機(jī)構(gòu)和異常：表示中斷的類型，分級(jí)和中斷響應(yīng)硬件功能以及異常6存儲(chǔ)體系和管理：包括主存儲(chǔ)器，編址方式，最大可編制空間7I/O設(shè)備的連接方式，處理機(jī)，存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳遞方式和格式，傳遞的數(shù)據(jù)量及傳遞操作結(jié)束表示及出錯(cuò)指示8.機(jī)器工作狀態(tài)的定義和切換9.信息保護(hù)：包括保護(hù)方式及有關(guān)的硬件支持等19. 在對(duì)各種機(jī)器性能比較而進(jìn)行性能規(guī)格化過(guò)程中，不論取哪一臺(tái)機(jī)器作參考機(jī)，（ A  

10、0; ）均能保持比較結(jié)果的一致性。（30頁(yè)）A. 幾何性能平均值  B. 算術(shù)性能平均值  C. 調(diào)和性能平均值 D. 性能加速比20. 持續(xù)性能的表示采用的評(píng)估指標(biāo) （30頁(yè)）答：持續(xù)性能的表示常用算術(shù)平均，幾何平均和調(diào)和平均三種平均值方法21. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分層寄存器-高速緩存-主存-外存22. RISC 采用交叉寄存器窗口技術(shù)的目的（71頁(yè)）答：縮短CALL語(yǔ)句和RETURN語(yǔ)句的操作時(shí)間在RISC結(jié)構(gòu)中非常重要，采用較大量寄存器以及交

11、叉寄存器窗口技術(shù)就是為了達(dá)到這一目的。在RISC結(jié)構(gòu)中，為了減少過(guò)程調(diào)用中保存現(xiàn)象和建立新現(xiàn)場(chǎng)以及返回時(shí)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等輔助操作，通常將所有寄存器分成若干個(gè)組，成為寄存器窗口。23. 影響線性流水線最大吞吐率的因素答：數(shù)據(jù)相關(guān)是影響線性流水線最大吞吐率的因素24. Cache 存儲(chǔ)器引入的目的（167頁(yè)）答：高速緩沖存儲(chǔ)器是位于CPU和主存之間的高層存儲(chǔ)子系統(tǒng)，采用高速緩存的主要目的是提高存儲(chǔ)器的平均訪問(wèn)速度，從而是存儲(chǔ)器的速度與CPU的速度相匹配。25. 一個(gè)程序在CPU上運(yùn)行所需的時(shí)間的公式？（26頁(yè)）答：絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)都是使用以固定速率運(yùn)行的時(shí)鐘，它的運(yùn)

12、行周期稱為時(shí)鐘周期，長(zhǎng)以時(shí)間長(zhǎng)短或運(yùn)行速率來(lái)表示，一個(gè)程序在CPU上運(yùn)行所需的時(shí)間T，可以用一下公示來(lái)表示：Tcpu=I*CPI*T(I :表示要執(zhí)行程序中的指令總數(shù)，CPI表示執(zhí)行每條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)。而T表示時(shí)鐘周期的時(shí)間長(zhǎng)度。)26. 多維數(shù)組的自定義數(shù)據(jù)表示（45頁(yè)）27. 平均碼長(zhǎng)最短的編碼是（66頁(yè)）答：霍夫曼編碼28. RISC執(zhí)行程序的速度比CISC 要快的原因（69頁(yè)）答：一是簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)，指令條數(shù)較少，基本尋址方式少，指令格式少，指令字長(zhǎng)一致；二是以寄存器-寄存器方式工作；除LOAD/STORE指令外，所有指令都在

13、一個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完成，并采用流水技術(shù)；四是使用較多的通用寄存器；五是為了提高指令執(zhí)行速度，絕大部分采用硬連線控制實(shí)習(xí)那，不用或少用微程序?qū)崿F(xiàn)；六是精心選擇構(gòu)成指令系統(tǒng)的指令，并采用軟件手段，特別是優(yōu)化編譯技術(shù)，力求能高效地支持高級(jí)語(yǔ)言。29. 蟲孔尋徑（287頁(yè)）答：這種尋址方式由于最小的信息傳輸單位為位片，因此一旦中間結(jié)點(diǎn)的輸出通道堵塞而不得不存入緩沖區(qū)時(shí)，其所需的片緩沖區(qū)長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于包文緩沖區(qū)的長(zhǎng)度30.輸入輸出數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)CPU內(nèi)部寄存器的輸入輸出方式是什么（201頁(yè)）答：這種方式是I/O處理機(jī)方式。31.結(jié)構(gòu)對(duì)稱的靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（244頁(yè)）答：靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)的主要特征是在處理器

14、間有單向或雙向的固定通路。有兩種類型的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，分別是全互連網(wǎng)絡(luò)和有限互連網(wǎng)絡(luò)。全互連網(wǎng)絡(luò)有被稱為結(jié)構(gòu)對(duì)稱的靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)全互連網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中的所有其他結(jié)點(diǎn)相連。全互連網(wǎng)絡(luò)保證消息能從任何源結(jié)點(diǎn)到任何目的結(jié)點(diǎn)的快速傳遞（只需經(jīng)過(guò)一條鏈路）。32. 互連函數(shù)的實(shí)際應(yīng)用（252頁(yè)）課后練習(xí)題332頁(yè)33. 多處理機(jī)的Cache一致性問(wèn)題（273頁(yè)）答：多處理機(jī)的Cache的一致性問(wèn)題是垂直一致性以及水平一致性問(wèn)題垂直一致性指的是Cache與主存之間的一致性水平一致性指的是Cache之間的一致性34. 指令的順序執(zhí)行方式（88頁(yè)）答：所謂控制流是指有關(guān)被

15、處理的指令序列的執(zhí)行順序。程序在執(zhí)行中，若遇到以下的一些例外情況，這種順序的控制流將發(fā)生改變。轉(zhuǎn)移指令，過(guò)程調(diào)用和返回，協(xié)同程序，中斷和自陷35. 流水線的分類（94頁(yè)）答：由于這種工作方式與工廠中的裝配流水線相類似，因此稱這種工作方式為流水線方式。在流水技術(shù)中，一般有如下的一些特點(diǎn)：一條流水線通常由多個(gè)流水段組成；每個(gè)流水段有專門的功能部件對(duì)指令進(jìn)行某種加工；個(gè)流水段所需的時(shí)間是一樣的；流水線工作階段可分為建立、滿載和排空3個(gè)階段；在理想情況下，當(dāng)流水線充滿后，每隔平均時(shí)間t將會(huì)有一個(gè)結(jié)果流出流水線按照不同的角度，流水線可有多種不同的分類方法1、按處理級(jí)別分類可分為操作部件級(jí)、指令

16、級(jí)和處理機(jī)級(jí)。2、按功能分類可分為單功能流水線和多功能流水線兩種。在單功能流水線中只能完成一種功能，多功能流水線則可完成多種功能。3、按工作方式可分為靜態(tài)流水線和動(dòng)態(tài)流水線在靜態(tài)流水線中，同一時(shí)間內(nèi)它只能以一種功能以一種功能方式工作，它可以是但功能的，也可以是多功能的。動(dòng)態(tài)流水線必定是多功能流水線。4、按連接方式分可分為線性流水線與非線性流水線。36. 虛擬存儲(chǔ)器引入的目的（182頁(yè)）答：由于應(yīng)用程序?qū)τ?jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的容量要求越來(lái)越高，而主存難以滿足應(yīng)用程序的這一要求，因此利用外存和主存構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)器已成為越來(lái)越多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用的方法。虛擬存儲(chǔ)器是主存的擴(kuò)展，在主存的容量不能滿足要求時(shí)

17、，數(shù)據(jù)可存放在外存中，在程序中仍然按地址訪問(wèn)外存空間。虛擬存儲(chǔ)器的空間大小取決于計(jì)算機(jī)的訪存能力。37. 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式的并行性（）38. 何謂輸入、輸出通道？它的分類，每種類型的工作特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合（222頁(yè)）答：輸入輸出通道主要是：1、用來(lái)接收CPU的輸入輸出操作指令，按指令要求控制外圍設(shè)備；2、從主存中讀取通道程序并執(zhí)行，即向設(shè)備控制器發(fā)送各種命令；3、組織和控制數(shù)據(jù)在內(nèi)存與外設(shè)之間的傳送操作；4、讀取外設(shè)的狀態(tài)信息，形成整個(gè)通道的狀態(tài)信息，提供給CPU或保存在主存中；5、向CPU發(fā)出輸入/輸出操作中斷請(qǐng)求，將外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求和通道本身的中斷請(qǐng)求按次序報(bào)告CPU。

18、通道根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方式可分為字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道3種類型。字節(jié)多路通道通常用于連接多個(gè)慢速的和中速的設(shè)備，這些設(shè)備以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)。對(duì)于高速的設(shè)備，要求較高的數(shù)據(jù)傳輸速度。對(duì)于這樣搞的傳輸速度，通道難以用多路交叉的方法同時(shí)對(duì)多個(gè)這樣的設(shè)備進(jìn)行操作，而是一次對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作。選擇通道就用于此目的。選擇通道以獨(dú)占的方式工作，同樣適用于告訴外設(shè)。數(shù)組多路通道是上述兩種通道的結(jié)合，主要用于高速外圍設(shè)備，這些設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸以數(shù)組為單位。39. 程序的可移植性,實(shí)現(xiàn)程序可移植性的方法40. 標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的區(qū)別。（46頁(yè)）答： 1、標(biāo)識(shí)符要與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，兩者合存在一個(gè)存儲(chǔ)器單元中，而表述符則和數(shù)據(jù)分開存放。2、要訪問(wèn)數(shù)據(jù)集中的元素時(shí)，必須先訪問(wèn)表述符，從而至少要增加一級(jí)尋址3、描述符可看成是程序的一部分，而不是數(shù)據(jù)的一部分，因?yàn)樗菍ｉT用來(lái)描述要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)特性的。41. 何謂大規(guī)模并行處理