计算机标准体系结构复习.doc

名词解释填空选取简答计算1. 计算机系统多级层次构造：2. 系统构造概念：计算机系统构造指是计算机系统软、硬件界面，即机器语言程序员或编译程序设计者所能看到老式机器级所具备属性。3. 在计算机技术中，对本来存在事物或属性，但从某种角度看又好象不存在概念称为透明性。4. 对于通用寄存器型机器，这些属性重要是指：（选取题）1) 指令系统（涉及机器指令操作类型和格式、指令间排序和控制机构等）2) 数据表达 （硬件能直接辩认和解决数据类型） 3) 寻址规则 （涉及最小寻址单元、寻址方式及其表达） 4) 寄存器定义 （涉及各种寄存器定义、数量和使用方式）5) 中断系统 （中断类型和中断响应硬件功能等）6) 机器工作状态定义和切换 （如管态和目态等）7) 存储系统 （主存容量、程序员可用最大存储容量等）8) 信息保护 （涉及信息保护方式和硬件对信息保护支持） 9) I/O构造（涉及I/O连接方式、解决机/存储器与I/O设备间数据传送方式和格式以及I/O操作状态等）5. 计算机构成指是计算机系统构造逻辑实现，包括物理机器级中数据流和控制流构成以及逻辑设计。6. 计算机实现指是计算机构成物理实现。7. 数据表达是指计算机硬件可以直接辨认、指令集可以直接调用数据类型。8. 数据类型、数据构造、数据表达之间关系数据类型数据表达数据构造9. 系列机指由同一厂商生产具备相似体系构造、但具备不同构成和实现一系列不同型号机器。10. 常用计算机系统构造分类法有两种：Flynn分类法和冯氏分类法。冯氏分类法是用系统最大并行度对计算机进行分类；Flynn分类法是指按照指令流和数据流多倍性进行分类。11. 定量分析技术（简答题）：1) 以经常性事件为重点：在计算机系统设计中，经常需要在各种不同办法之间进行折中，这时应按照对经常发生状况采用优化办法原则进行选取。2) Amdahl定律：加速某部件执行速度所能获得系统性能加速比，受限于该部件执行时间占系统中总执行时间比例。3) CPU性能公式：执行一种程序所需CPU时间=执行程序所需时钟周期数*时钟周期时间4) 程序局部性原理：指程序执行时所访问存储器地址分布不是随机，而是相对簇聚。分为时间局部性和空间局部性。12. 冯诺依曼构造特点：以运算器为中心；在存储器中，指令和数据同等对待；存储器是按地址访问、按顺序线性编址一维构造，每个存储单元位数是固定；指令是按顺序执行；指令由操作码和地址码构成；指令和数据均以二进制编码表达，采用二进制运算。13. 实现可移植性惯用办法有三种：采用系列机、模仿与仿真、统一高档语言。14. 系列机在兼容方面，向后兼容一定要保证，尽量保证向上兼容15. 模仿是指用软件办法在一台既有计算机上实现另一台计算机指令集。（软件办法）16. 仿真是指用一台既有计算机上微程序去解释实现另一台计算机指令集。（硬件办法）17. 并行性涉及同步性和并发性。18. 从执行程序角度来看，并行性级别从低到高可分为：（简答）1) 指令内部并行：单条指令中各微操作之间并行2) 指令级并行：并行执行两条或两条以上指令3) 线程级并行：并行执行两个或两个以上线程，普通是以一种进程内派生各种线程为调度单位。4) 任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上过程或任务，以子程序或进程为调度单位。5) 作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上作业或程序。19. 提高并行性技术途径（12字）：时间重叠、资源重复、资源共享20. 可以对紧密耦合系统和松散耦合系统进行区别：紧密耦合系统共享主存，松散耦合系统共享外设21. CISC指令集构造存在问题 ：1) 各种指令使用频度相差悬殊2) 指令集庞大，指令条数诸多，许多指令功能又很复杂，3) 许多指令由于操作繁杂，其CPI值比较大，执行速度慢。4) 由于指令功能复杂，规整性不好，不利于采用流水技术来提高性能。 22. 设计RISC机器遵循原则 1) 指令条数少而简朴。只选用使用频度很高指令，在此基本上补充某些最有用指令。2) 采用简朴而又统一指令格式，并减少寻址方式；指令字长都为32位或64位。3) 指令执行在单个机器周期内完毕。 (采用流水线机制)4) 只有load和store指令才干访问存储器，其她指令操作都是在寄存器之间进行。（即采用load-store构造）5) 大多数指令都采用硬连逻辑来实现。6) 强调优化编译器作用，为高档语言程序生成优化代码。7) 充分运用流水技术来提高性能。23. 指令动态调度是在程序执行过程中，依托专门硬件对代码进行调度。静态调度流水线依托编译器对代码进行静态调度，以减少有关和冲突。24. 数据构造指由软件进行解决和实现各种数据类型。25. MIPS数据寻址方式只有及时数寻址和偏移量寻址。26. 流水技术是指：将一种重复时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其她子过程同步执行。流水线段数称为流水线深度。27. 流水技术特点1) 流水线把一种解决过程分解为若干个子过程（段），每个子过程由一种专门功能部件来实现。2) 流水线中各段时间应尽量相等，否则将引起流水线堵塞、断流。时间长段将成为流水线瓶颈。3) 流水线每一种功能部件背面都要有一种缓冲寄存器（锁存器），称为流水寄存器。4) 流水技术适合于大量重复时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才干充分发挥流水线效率。5) 流水线需要有通过时间和排空时间。28. 流水线分类：1) 按流水线所完毕功能分：单功能流水线和多功能流水线2) 按照同一时间段内各段之间连接方式分：静态流水线和动态流水线3) 按照流水级别分：部件级流水线、解决机级流水线和解决机间流水线4) 按照流水线中与否有反馈回路分：线性流水线和非线性流水线5) 按照任务流入和流出顺序分：顺序流水线和乱序流水线29. 解决流水线瓶颈问题惯用办法：细分瓶颈段、重复设立瓶颈段30. 程序中有关有三种类型：数据有关、名有关（反有关、输出有关）、控制有关流水线中有关有：数据有关、构造有关、控制有关解决机找中有关：数据有关、控制有关31. 控制有关带来了两个限制：1) 与一条分支指令控制有关指令不能被移到该分支之前，否则这些指令就不受该分支控制2) 如果一条指令与某分支指令不存在控制有关，就不能把该指令移到该分支之后。32. 流水线冲突三种类型：构造冲突、数据冲突和控制冲突33. 数据冲突：写后读冲突、写后写冲突、读后写冲突34. 在Tomasulo算法中，Vj，Vk：源操作数值。对于每一种操作数来说，V或Q字段只有一种有效。35. 基于硬件前瞻执行时，执行成果不是写回到寄存器或存储器，而是放到ROB缓冲器中。通过保存站重新命名寄存器。36. 多流出解决机有两种基本风格：超标量和超长指令字37. 循环展开技术：多次复制循环体并相应调节展开后指令和循环结束条件，增长有效操作时间与控制操作时间比率，也给编译器进行指令调度带来了更大空间。38. 循环展开和指令调度时要注意如下几种方面（简答题）1) 保证对的性。注意两个地方对的性：循环控制，操作数偏移量修改。 2) 注意有效性。只有找到不同寻呼台之间无关性，才可以有效地使用循环展开。3) 使用不同寄存器。如果使用相似，或较少数量寄存器，也许导致新冲突。4) 尽量减少循环控制中测试指令和分支指令。5) 注意对存储器数据有关性分析6) 注意新有关性。由于原循环不同次迭代在展开后都到了同一次循环体中，因而也许带来新有关性。39. 从顾客角度看，存储器三个重要指标：容量、速度和价格。40. 存储层次性能参数。P1551) 存储层次平均每位价格C2) 命中率H3) 平均访存时间Ta41. 映像规则：全相联映像、直接相联映像、组相联映像42. 可以从三个方面改进Cache性能：（简答题）1) 减少失效率：增长块大小、增长Cache容量、提供相联度、Victim Cache、伪相联映像Cache、硬件预取指令和数据、编译器控制预取、用编译技术减少Cache失效次数。2) 减少失效开销：Victim Cache、硬件预取指令和数据、编译器控制预取、使读失效优于写、写缓存归并、尽早重启动和核心字优先、非阻塞Cache、两级Cache3) 减少命中时间：容量小且构造简朴Cache、对Cache进行索引时不必进行地址变换、流水化Cache访问、Trace Cache43. 按照产生失效因素不同，可以把失效分为：强制性失效、容量失效和冲突失效44. 2：1Cache经验规则，即大小为N直接映像Cache失效率约等于大小为N/22路组相联Cache失效率。45. 祈求字优先：调块时，从祈求字所在位置读起。这样，第一种读出字便是祈求字，将之及时发送给CPU。46. 关于虚拟存储器问题：1) 映像规则：全相联映像2) 查找算法：页表、段表、TLB3) 替代算法：LRU4) 写方略：写回法47. 中断响应顺序由硬件决定，不可变化，中断解决顺序通过中断屏蔽码设立来变化。48. 反映存储外设可靠性性能参数有：可靠性、可用性和可信性。49. 通道种类：字节多路通道、选取通道和数组多路通道。50. 在字节多路通道中，实际流量是连接在这个通道上所有设备数据传播率之和。51. 对于选取通道和数组多路通道，在一段时间内，一种通道只能为一台设备传送数据。此时通道实际流量就等于该设备数据传播率。因而这两种通道实际流量就是连接在这个通道上所有设备中数据流量最大那一种。52. 互联网络是一种由开关元件按照一定拓扑构造和控制方式构成网络，用来实现计算机系统中结点之间互相连接。53. 互换函数（P254 图7.2）54. 互联网络重要特性参数：1) 网络规模：网络中结点个数。2) 结点度：与结点相连接边数（通道数），涉及入度和出度。3) 距离：对于网络中任意两个结点，从一种结点出发到另一种结点终结所需要跨越边数最小值。4) 网络直径：网络中任意两个结点之间距离最大值。5) 结点之间线长：两个结点之间连线长度，用米、千米等表达。6) 等分宽度：当某一网络被切成相等两半时，沿切口边数（通道数）最小值称为通道等分宽度，用b表达。7) 对称性：从任何结点看到拓扑构造都是相似网络称为对称网络。55. 线性阵列1) 端结点度：12) 别的结点度：23) 直径：N14) 等分宽度b=1 56. 环和带弦环 1) 对称2) 结点度：23) 双向环直径：N/24) 单向环直径：N 57. 静态网络有：线性阵列、环、度为3带弦环、度为4带弦环。循环移数网络和全网络58. 动态网络有：总线网络、多级互联网络和交叉开关网络等59. 分布式解决机分为：分布式共享存储器和对称式共享存储器60. 共享存储器通信重要长处（简答题）1) 与惯用对称式多解决机使用通信机制兼容。2) 易于编程，同步在简化编译器设计方面也占有优势。3) 当通信数据量较小时，通信开销较低，带宽运用较好。4) 通过硬件控制Cache减少了远程通信频度，减少了通信延迟以及对共享数据访问冲突。5) 消息传递通信机制重要长处：硬件较简朴；通信是显式，因而更容易弄清晰何时发生通信以及通信开销是多少，以便编程者和编译程序设法减少通信开销。 1. 透明性：在计算机技术中，对本来存在事物或属性，但从某种角度看又好象不存在概念称为透明性。2. 系列机 在一种厂家内生产具备相似体系构造，但具备不同构成和实现一系列不同型号机器。3. CPU性能公式：CPU时间 = 执行程序所需时钟周期数时钟周期时间= IC CPI 时钟周期时间其中，时钟周期时间是系统时钟频率倒数。每条指令执行平均时钟周期数CPI CPI = 执行程序所需时钟周期数IC IC：所执行指令条数4. 程序局部性原理（构成存储层次理论根据） 涉及程序时间局部性，程序空间局部性5. 冯诺依曼构造重要特点 以运算器为中心。 在存储器中，指令和数据同等对待。 存储器是按地址访问、按顺序线性编址一维构造，每个单元位数是固定。 指令执行是顺序。 指令由操作码和地址码构成。 指令和数据均以二进制编码表达，采用二进制运算。6. 实现可移植性惯用办法 采用系列机，模仿与仿真，统一高档语言 。7. 软件兼容方式：向前（后）兼容,向上（下）兼容四种。向后兼容一定要保证，她是系列机主线特性（填空）8. 模仿：用软件办法在一台既有机器（称为宿主机）上实现另一台机器（称为虚拟机）指令集。9. 仿真：用一台既有机器（宿主机）上微程序去解释实现另一台机器（目的机）指令集。10. 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行各种运算或操作。同步性和并发性（填空）11. 从执行程序角度来看，并行性级别从低到高可分为： 指令内部并行 指令级并行 线程级并行 任务级或过程级并行 作业或程序级并行12. 耦合度分为：（理解区别）紧密耦合系统（直接耦合系统）：在这种系统中，计算机之间物理连接频带较高，普通是通过总线或高速开关互连，可以共享主存。松散耦合系统（间接耦合系统）：普通是通过通道或通信线路实现计算机之间互连，可以共享外存设备（磁盘、磁带等）。机器之间互相作用是在文献或数据集一级上进行。13. 数据表达：计算机硬件可以直接辨认、指令集可以直接调用数据类型。14. 数据构造：由软件进行解决和实现各种数据类型。15. MIPS寄存器：32个64位通用寄存器（GPRs）也被称为整数寄存器，R0值永远是032个64位浮点数寄存器（FPRs）16. MIPS数据寻址方式及时数寻址与偏移量寻址17. DLX数据寻址方式寄存器寻址，寄存器间接寻址，及时数寻址与偏移量寻址18. 流水线技术 把一种重复过程分解为若干个子过程，每个子过程由专门功能部件来实现。 把各种解决过程在时间上错开，依次通过各功能段，这样，每个子过程就可以与其她子过程并行进行。19. 流水技术特点 流水线把一种解决过程分解为若干个子过程（段），每个子过程由一种专门功能部件来实现。 流水线中各段时间应尽量相等，否则将引起流水线堵塞、断流。 时间长段将成为流水线瓶颈。 流水线每一种功能部件背面都要有一种缓冲寄存器（锁存器），称为流水寄存器。 流水技术适合于大量重复时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才干充分发挥流水线效率。 流水线需要有通过时间和排空时间。20. 从不同角度和观点，把流水线提成各种不同种类。 单功能流水线：只能完毕一种固定功能流水线。 多功能流水线：流水线各段可以进行不同连接，以实现不同功能21. 按照同一时间内各段之间连接方式对多功能流水线做进一步分类 静态流水线：在同一时间内，多功能流水线中各段只能按同一种功能连接方式工作 动态流水线：在同一时间内，多功能流水线中各段可以按照不同方式连接，同步执行各种功能。 22. 按照流水级别来进行分类 部件级流水线（运算操作流水线）：把解决机算术逻辑运算部件 解决机级流水线（指令流水线）：把指令解释执行过程按照流水方式解决。 解决机间流水线（宏流水线）：它是由两个或者两个以上解决机串行连接起来，对同一数据流进行解决，每个解决机完毕整个任务中一某些。 23. 按照流水线中与否有反馈回路来进行分类 线性流水线：流水线各段串行连接，没有反馈回路。 非线性流水线：流水线中除了有串行连接外，尚有反馈回路。 24. 依照任务流入和流出顺序与否相似来进行分类 顺序流水线：流水线输出端任务流出顺序与输入端任务流入顺序完全相似。 乱序流水线：流水线输出端任务流出顺序与输入端任务流入顺序可以不同，容许后进入流水线任务先完毕（从输出端流出）。25. 流水线性能指标p61吞吐率：在单位时间内流水线所完毕任务数量或输出成果数量。26. 解决流水线瓶颈问题惯用办法 细分瓶颈段 重复设立瓶颈段27. 有关有3种类型（填空） 数据有关（也称真数据有关） 名有关（有读后写，写后写两种有关） 控制有关28. 流水线冲突有3种类型：（填空）构造冲突，数据冲突，控制冲突29. 3.12 有一指令流水线如下所示（1） 求持续输入10条指令，该流水线实际吞吐率和效率；（2） 该流水线“瓶颈”在哪一段？请采用两种不同办法消除此“瓶颈”。对于你所给出两种新流水线，持续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？解：（1）（2）瓶颈在3、4段。n 变成八级流水线（细分）123-13-24-14-24-34-4n 重复设立30. 静态调度技术依托编译器对代码进行静态调度，以减少有关和冲突。它不是在程序执行过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化。静态调度通过把有关指令拉开距离来减少也许产生停顿。31. 动态调度办法在流水线中浮现有关时，通过硬件重新安排指令执行顺序，来调节有关指令实际执行时关系，减少解决器空转。32. 记分牌算法和Tomasulo算法是两种比较典型动态调度算法。33. 动态分支预测技术:是依照本条指令之前行为判断本次行为34. 前瞻执行（speculation）基本思想： 对分支指令成果进行猜测，并假设这个猜测总是对，然后按这个猜测成果继续取、流出和执行后续指令。只是执行指令成果不是写回到寄存器或存储器，而是放到一种称为ROB（ReOrder Buffer）缓冲器中。等到相应指令得到“确认”（commit）（即的确是应当执行）之后，才将成果写入寄存器或存储器。 通过保存栈。核心思想：容许指令乱序执行，但必要顺序确认35. 多指令流出技术基本风格： 超标量；超长指令字；超流水解决机36. 循环展开和指令调度时要注意如下几种方面 保证对的性。 注意有效性。 使用不同寄存器。 删除多余测试指令和分支指令，并对循环结束代码和新循环体代码进行相应修正 注意对存储器数据有关性分析 注意新有关性37. 存储层次性能参数P1551. 每位价格C2. 命中率H 和失效率F3. 平均访问时间TA38. 映像规则：直接映象：主存中每一块只能被放置到Cache中唯一一种位置。（空间运用率最低，冲突概率最高，实现最简朴）全相联：主存中任一块可以被放置到Cache中任意一种位置。（空间运用率最高，冲突概率最低，实现最复杂，命中时间最长）是组相连特例，因此都是一组组相联：主存中每一块可以被放置到Cache中唯一一种组中任何一种位置。组相联是直接映象和全相联一种折中 39. 替代算法P16340. 改进Cache性能平均访存时间命中时间失效率失效开销41. 可以从三个方面改进Cache性能：（与p201结合） 减少失效率 减少失效开销 减少Cache命中时间42. 子块放置技术：把cache块进一步划分为更小块（子块），并给每个子块赋予一位有效位，用于指明该子块中数据与否有效。43. 祈求字 从下一级存储器调入Cache块中，只有一种字是及时需要。这个字称为祈求字。 44. 祈求字优先：调块时，从祈求字所在位置读起。这样，第一种读出字便是祈求字。将之及时发送给CPU。45. 映象规则：全相联（填空）替代算法：LRU写方略：写回法46. 反映外设可靠性能参数有：1. 可靠性（Reliability）2. 可用性（Availability）3. 可信性（Dependability）47. 依照信息传送方式不同，将通道分为三种类型1. 字节多路通道2. 选取通道3. 数组多路通道48. 实际流量是连接在这个通道上所有设备数据传播率之和。fi：第i台设备实际数据传播率 49. 互连网络是一种由开关元件按照一定拓扑构造和控制方式构成网络，用来实现计算机系统中结点之间互相连接。50. 互换函数：实现二进制地址编码中第k位互反输入端与输出端之间连接。 写出端口相应（入出） 51. 均匀洗牌函数 写出几号端口相应几号端口52. 互连网络重要特性参数有： 网络规模：网络中结点个数。 结点度：与结点相连接边数（通道数），涉及入度和出度。 距离：对于网络中任意两个结点，从一种结点出发到另一种结点终结所需要跨越边数最小值。 网络直径：网络中任意两个结点之间距离最大值。 结点之间线长：两个结点之间连线长度，用米、千米等表达。 等分宽度：当某一网络被切成相等两半时，沿切口边数（通道数）最小值称为通道等分宽度，用b表达。 对称性：从任何结点看到拓扑构造都是相似网络称为对称网络。53. 线性阵列 一种一维线性网络，其中N个结点用N-1个链路连成一行。q 端结点度：1q 别的结点度：2q 直径：N1q 等分宽度b=1 54. 环和带弦环 q 对称q 结点度：2q 双向环直径：N/2q 单向环直径：N 55. 依照系统中解决器个数多少，可把既有MIMD计算机分为两类：集中式共享存储器构造 分布式存储器构造，具备分布物理存储器，支持规模较大多解决机系统 56. 共享存储器通信重要长处 （简答题） 与惯用对称式多解决机使用通信机制兼容。 易于编程，同步在简化编译器设计方面也占有优势。 当通信数据量较小时，通信开销较低，带宽运用较好。 通过硬件控制Cache减少了远程通信频度，减少了通信延迟以及对共享数据访问冲突。57. 消息传递通信机制重要长处 硬件较简朴。 通信是显式，因而更容易弄清晰何时发生通信以及通信开销是多少，以便编程者和编译程序设法减少通信开销。