計算機體系結(jié)構(gòu)期末考試知識點與答案

計算機體系結(jié)構(gòu)期末考試知識點與答案計算機體系結(jié)構(gòu)期末考試知識點與答案計算機體系結(jié)構(gòu)期末考試知識點與答案資料僅供參考文件編號：2022年4月計算機體系結(jié)構(gòu)期末考試知識點與答案版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發(fā)布日期：體系結(jié)構(gòu)復(fù)習重點.doc1.馮.諾依蔓計算機的特點

答：馮·若依曼計算機的主要特點如下：

存儲程序方式。指令和數(shù)據(jù)都是以字的方式存放在同一個存儲器中，沒有區(qū)別，由機器狀態(tài)來確定從存儲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、

單元定長的一維線性空間的存儲器

使用低級機器語言，數(shù)據(jù)以二進制形式表示。

單處理機結(jié)構(gòu)，以運算器作為中心。

其實，他最大的特點就是簡單易操作。2.

T（C）＝<K*K',D*D',W*W'>所描述的三個層次（8頁）

答：3個層次為控制器、算術(shù)邏輯部件、基本邏輯部件3.

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類（5頁）4.

計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示（38頁）5.

指令系統(tǒng)設(shè)計的原則

答：指令系統(tǒng)的設(shè)計原則是，應(yīng)特別注意如何支持編譯系統(tǒng)能高效、簡易地將源程序翻譯成目標代碼。

首先是正交性：又稱分離原則或互不相干原則。即指令中各個有不同含義的字段之間，在編碼時應(yīng)互相獨立、互不相關(guān)。

規(guī)整性：對相似的操作數(shù)做出相同的規(guī)定。

可擴充性：要保留一定余量的操作碼空間，為以后的擴展所用。

對稱性：為了使編譯能更加方便，通常希望操作具有對稱性。6.

流水操作中的相關(guān)

答：流水操作過程中會出現(xiàn)一下的3個相關(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)是指當有多條指令進入流水線后在同一機器周期內(nèi)爭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對操作數(shù)的訪問順序發(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，他會使流水線喪失更多的性能。7.

向量機中對向量的各種運算可以采用的加工方式（149頁）

答：向量機中對向量的各種運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.

計算機程序的訪存有兩種局部性規(guī)律（165頁）

答：計算機程序有以下兩種局部規(guī)律：

時間局部性：如果一個存儲項被訪問，則該項可能會很快再次被訪問、

空間局部性：如果一個存儲項被訪問，則該項及其臨近的項也可能很快被訪問。9.開發(fā)計算機系統(tǒng)并行性的開發(fā)策略.（233頁）

答：開發(fā)計算機系統(tǒng)并行性，一般是采用資源重復(fù)、時間重疊、和資源共享這三種方法。

資源重復(fù)是通過使用多功能部件，引入空間重復(fù)因素。

時間重疊是在并行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上互相錯開，重疊地使用同一套部件的各個部分。

資源共享則主要是使用切換運行環(huán)境或應(yīng)用軟件手段讓多個用戶按時間片分時使用同一套或硬件資源，以提高資源的利用率和隱藏等待時間。10.

自定義數(shù)據(jù)的表示形式（45頁）

答：自定義數(shù)據(jù)的表示形式有兩種，即帶標識符的數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述符表示。

帶標識符數(shù)據(jù)表示要求對每一個數(shù)據(jù)都附加標識符。其優(yōu)點：簡化了指令系統(tǒng)；易于對編程進行差錯；能自動地進行數(shù)據(jù)類型變換；簡化了編譯；方便了程序調(diào)試。

數(shù)據(jù)描述符主要是用來描述復(fù)雜和多維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型，例如向量、矩陣、記錄等，它與帶標識符數(shù)據(jù)表示的不同之處如下：標識符要與每個數(shù)據(jù)相連，兩者合存在一個存儲器單元中，而描述符則和數(shù)據(jù)分開存放；要訪問數(shù)據(jù)集中的元素時，必須先訪問描述符，

從而至少要增加一級尋址；描述符可看成是程序的一部分，而不是數(shù)據(jù)的一部分，因為它是專門用來描述要訪問的數(shù)據(jù)特性。

11.

RISC機的指令系統(tǒng)集結(jié)構(gòu)是。

12.

流水線的工作階段（

94頁）

答：流水線工作階段可分為建立（充入），滿載和排空三個階段

13.

多功能部件并行操作的約束條件（151頁）

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.

存儲系統(tǒng)分層（165頁）

答：對于存儲器系統(tǒng)，高速，大容量和低成本這三個因素是相互矛盾的，存儲器容量的增大也意味著速度的降低，根據(jù)這一規(guī)律，出現(xiàn)了層次的存儲器實現(xiàn)方法。存儲器系統(tǒng)根據(jù)容量和工作速度分為若干個層次，因為速度較慢的存儲介質(zhì)成本較低，用其實現(xiàn)較低層次的存儲器，而用少量的速度較高的存儲器件時間速度較高的存儲層次。所以一般分成四個層次，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。（236頁）

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）

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，只需在當前的PC值上再加上當前指令所占用的字節(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，這種順序的控制流將發(fā)生改變：一是轉(zhuǎn)移指令，二是過程調(diào)用和返回，三是協(xié)同程序，四是中斷和自陷。18.

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性（2頁）

答：通常所講的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性是指機器語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算機的基本屬性，這是機器語言程序員或編譯程序生成系統(tǒng)為使其所編寫，設(shè)計或生成的程序能在及其上正確運行所必需遵循的。

關(guān)于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性，比較一致的看法認為應(yīng)包括以下幾方面：

1，指令系統(tǒng)：反映了機器指令的類型和形式以及指令間的排序和控制機構(gòu)/

2.數(shù)據(jù)表示：反映了能由硬件直接識別和處理的數(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.中斷機構(gòu)和異常：表示中斷的類型，分級和中斷響應(yīng)硬件功能以及異常

6．存儲體系和管理：包括主存儲器，編址方式，最大可編制空間

7．I/O設(shè)備的連接方式，處理機，存儲器與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)束表示及出錯指示

8.機器工作狀態(tài)的定義和切換

9.信息保護：包括保護方式及有關(guān)的硬件支持等19.

在對各種機器性能比較而進行性能規(guī)格化過程中，不論取哪一臺機器作參考機，（

A

）均能保持比較結(jié)果的一致性。（30頁）

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估指標

（30頁）

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.

計算機系統(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）

答：縮短CALL語句和RETURN語句的操作時間在RISC結(jié)構(gòu)中非常重要，采用較大量寄存器以及交叉寄存器窗口技術(shù)就是為了達到這一目的。在RISC結(jié)構(gòu)中，為了減少過程調(diào)用中保存現(xiàn)象和建立新現(xiàn)場以及返回時恢復(fù)現(xiàn)場等輔助操作，通常將所有寄存器分成若干個組，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

存儲器引入的目的（167頁）

答：高速緩沖存儲器是位于CPU和主存之間的高層存儲子系統(tǒng)，采用高速緩存的主要目的是提高存儲器的平均訪問速度，從而是存儲器的速度與CPU的速度相匹配。25.

一個程序在CPU上運行所需的時間的公式（26頁）

答：絕大多數(shù)計算機都是使用以固定速率運行的時鐘，它的運行周期稱為時鐘周期，長以時間長短或運行速率來表示，一個程序在CPU上運行所需的時間T，可以用一下公示來表示：

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鐘周期數(shù)。而T表示時鐘周期的時間長度。)

26.

多維數(shù)組的自定義數(shù)據(jù)表示（45頁）

27.

平均碼長最短的編碼是（66頁）

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）

答：一是簡化了指令系統(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，所有指令都在一個機器時鐘周期內(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習那，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語言。

29.

蟲孔尋徑（287頁）

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)點的輸出通道堵塞而不得不存入緩沖區(qū)時，其所需的片緩沖區(qū)長度遠小于包文緩沖區(qū)的長度

30.輸入輸出數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU內(nèi)部寄存器的輸入輸出方式是什么（201頁）

答：這種方式是I/O處理機方式。

31.結(jié)構(gòu)對稱的靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（244頁）

答：靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)的主要特征是在處理器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)對稱的靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)。

在一個全互連網(wǎng)絡(luò)中，每個結(jié)點與網(wǎng)絡(luò)中的所有其他結(jié)點相連。全互連網(wǎng)絡(luò)保證消息能從任何源結(jié)點到任何目的結(jié)點的快速傳遞（只需經(jīng)過一條鏈路）。

32.

互連函數(shù)的實際應(yīng)用（252頁）

課后練習題332頁

33.

多處理機的Cache一致性問題（273頁）

答：多處理機的Cache的一致性問題是垂直一致性以及水平一致性問題

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）

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。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）

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：

一條流水線通常由多個流水段組成；

每個流水段有專門的功能部件對指令進行某種加工；

個流水段所需的時間是一樣的；

流水線工作階段可分為建立、滿載和排空3個階段；

在理想情況下，當流水線充滿后，每隔平均時間t將會有一個結(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、按處理級別分類可分為操作部件級、指令級和處理機級。

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)流水線和動態(tài)流水線

在靜態(tài)流水線中，同一時間內(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.

虛擬存儲器引入的目的（182頁）

答：由于應(yīng)用程序?qū)τ嬎銠C存儲器的容量要求越來越高，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)成虛擬存儲器已成為越來越多計算機系統(tǒng)采用的方法。虛擬存儲器是主存的擴展，在主存的容量不能滿足要求時，數(shù)據(jù)可存放在外存中，在程序中仍然按地址訪問外存空間。虛擬存儲器的空間大小取決于計算機的訪存能力。

37.

直接存儲器訪問方式的并行性（）

38.

何謂輸入、輸出通道？它的分類，每種類型的工作特點和應(yīng)用場合（222頁）

答：輸入輸出通道主要是：

1、用來接收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/輸出操作中斷請求，將外圍設(shè)備的中斷請求和通道本身的中斷請求按次序報告CPU。

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)。對于高速的設(shè)備，要求較高的數(shù)據(jù)傳輸速度。對于這樣搞的傳輸速度，通道難以用多路交叉的方法同時對多個這樣的設(shè)備進行操作，而是一次對一個設(shè)備進行操作。選擇通道就用于此目的。選擇通道以獨占的方式工作，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,實現(xiàn)程序可移植性的方法

40.

標志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的區(qū)別。（46頁）

答：1、標識符要與每個數(shù)據(jù)相連，兩者合存在一個存儲器單元中，而表述符則和數(shù)據(jù)分開存放。

2、要訪問數(shù)據(jù)集中的元素時，必須先訪問表述符，從而至少要增加一級尋址

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，因為它是專門用來描述要訪問的數(shù)據(jù)特性的。

41.

何謂大規(guī)模并行處理機？它的主要