计算机标准体系结构重点.doc

1.计算机系统层次结构：现代计算机系统是有硬件和软件组成一个复杂系统，按功效（语言）划分能够分为多级层次机构，由低到高分别为（7个层次）：微程序机器，传统机器，操作系统机器，汇编机器，高级语言机器，应用语言机器。多级层次结构作用（3个）：有利于正确了解计算机系统工作，明确软件，硬件和固件在计算机系统中作用；有利于正确了解多种语言实质及其实现；有利于探索虚拟机器新实现方法，设计新计算机系统。2计算机系统结构，计算机组成，计算机实现计算机系统结构：是指计算机多级层次结构中机器语言级结构，它是软件和硬件/固件关键交界面。（硬件子系统概念结构及其功效特征）计算机组成：是计算机系统结构逻辑实现，关键研究硬件系统在逻辑上是怎样组织。包含机器内部数据流和控制流组成和逻辑设计等。计算机实现：是指计算机组成物理实现，关键着眼于器件技术和微组装技术。包含处理机，主存等部件物理结构，器件集成度和速度，线路划分和连接看，制造技术和工艺等。3. 透明性一个原来存在事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。4 翻译 解释翻译：先用转换程序将高一级机器上程序整个地址变换成为低一级机器上可运行等效程序，然后再在低一级机器级上去实现技术。解释：在低一级机器上一条语句或指令功效，经过对高一级机器语言程序中每条语句或指令逐条解释来实现技术。5模拟 仿真模拟：用软件方法在一台计算机（宿主A）上，实现另一台计算机（虚拟机B）指令系统，因为用纯软件解释实施，速度较慢。仿真：用微程序方法一台计算机（宿主机A）上实现另一台计算机（目标机B）指令系统，因为部分硬件、固件参与解释实施，故速度比“模拟”快。6并行性 耦合度耦合度：耦合度反应出多机系统各机器之间物理连接紧密程度和交互作用能力强弱。并行性：并行性是指在同一时刻或是同一时间段内完成两种或两种以上性质相同或不相同工作。7软件可移植性是指一个软件可不经修改或只需少许修改便可由一条机器移植到另一台机器上去运行，即同一软件可应用于不一样环境。8Amdahl定律：系统中某一部件采取某种愈加快改善方法后所能取得系统性能改善程度，取决于改部件被使用频率，和该部件在改善前和改善后实施时间加速比。9Flynn分类：根据指令流和数据流多倍性情况对计算机系统进行分类：SISD、SIMD、MISD、MIMD,简答：1计算机系统也根据不一样层次语言划分为那些层次？低层机器级为高层机器级实现提供支持，请简明说明其关键两种实现技术？划分层次从低到高：微程序语言级，传统机器语言级，操作系统语言级，汇编语言级，通用高级语言级，应用语言级。低级机器级为高层机器级实现提供支持，实现技术是翻译和解释。翻译，先用转换程序将高一级机器上程序整个地变换为低一级机器上可运行等效程序，然后再在低一级机器级上去实现技术。解释：在低一级机器上用它一串语句或指令来仿真高一级机器级上一条语句或指令功效，经过对高一级机器语言程序中每条语句或指令逐条解释来实现技术。2什么是计算机系统结构，计算机组成，计算机实现？她们之间是什么关系？计算机系统结构：是指计算机多级层次结构中机器语言级结构，它是软件和硬件/固件关键交界面。（硬件子系统概念结构及其功效特征）计算机组成：是计算机系统结构逻辑实现，关键研究硬件系统在逻辑上是怎样组织。包含机器内部数据流和控制流组成和逻辑设计等。计算机实现：是指计算机组成物理实现，关键着眼于器件技术和微组装技术。包含处理机，主存等部件物理结构，器件集成度和速度，线路划分和连接看，制造技术和工艺等。关系：计算机系统结构式指令系统及其实施模型；计算机组成是计算机系统结构逻辑实现；计算机实现是计算机组成物理实现。3什么是并行性？它包含哪两方面含义？简明说明提升并行性3种关键路径，沿这路径分别发展出什么类型计算机（并各举一例）并行性是指在同一时刻或是同一时间段内完成两种或两种以上性质相同或不相同工作。（1）时间重合，流水线处理机 （2）资源反复，多处理机系统 （3）资源共享：分布式处理系统 4什么是耦合度？多级系统耦合度能够分为哪三种类型，简明说明原因。耦合度反应出多机系统各机器之间物理连接紧密程度和交互作用能力强弱。（1） 最低耦合：除经过某种中间存放介质之外，各计算机之间没有物理连接，也无共享联机硬件资源。（2）松散耦合：经过通道或通信线路实现计算机间互连，共享一些外围设备，机间相互作用是在文件或数据集一级进行。（3）紧密耦合：机间物理连接频带较高，往往经过总线或高速开关实现互连，能够共享主存。5什么是软件可移植性？怎样实现软件可移植性？指一个软件可不经修改或只需少许修改便可由一条机器移植到另一台机器上去运行，即同一软件可应用于不一样环境。6Flynn分类法是根据什么来分？可分为哪几类？简明说明各类特征。根据指令流和数据流多倍型来划分。可分为四类：单指令单数据流（SIDI）。应用题：CUP性能公式，一个程序运行时间：T=I*CPI*t （I为总指令数，CPI平均每条指令周期数，t，指令周期数即频率R倒数）Amdahl定理，加速比S=1/（1-f+f/e） (f为加速部分所占百分比，e为加速大小)MIPS公式。MIPS=I/(CPI*1000000*T)=1/(CPI*t*1000000)=R/（CPI*1000000）第二章1.数据类型，数据表示，数据结构，自定义数据结构数据类型：计算机系统中能够使用和处理多种数据类型。数据表示：计算机硬件能够直接使用，能被指令系统直接调用那些数据类型。数据结构：面向系统软件，面向应用领域所需处理多种数据类型。自定义数据表示：指在机器语言中，由数据自己定义数据本身属性，从而简化了指令系统和编译器。分为带标志符数据表示和数据描述符两类.。2规格化浮点数，表数范围，表数精度，表数效率规格化浮点数：通常把尾数最高位为0浮点数称为规格化浮点数。简答题.1.什么是数据类型，数据表示，数据结构，说明她们间关系。数据类型是指计算机中能够使用和处理多种数据类型。数据表示是指能够被计算机硬件识别，被指令系统直接调用数据类型。数据结构式指面向系统软件，面向应用领域所需处理多种数据类型。关系：数据结构反应了结构数据类型中华那个多种数据元素或信息单元之间结构关系，数据表示数据结构一个基础子集合，数据结构经过一定算法变成数据表示才能在系统中处理，不一样数据表示对数据结构提供不一样程度支持，它关系到数据结构实现效率及方便性。2. 什么是自定义数据结构，它分为哪两种类型，请简明说明。带标志符数据表示：在数据中采取若干位来表示数据属性。数据描述符：用于描述符合数据结构。如向量，矩阵等3. 什么是信息熵H，什么是信息冗余量，在优化编码时，她们起什么作用。信息熵：表示用二进制编码表示N个码点时，理论上最短平均码长。信息冗余量：表明消息编码中“无用成份”所占百分比，用来衡量代码优化程度。作用：寻求一个相对较优化编码。4. 简述RISC设计通常标准。(1) 只选择使用频度很高指令(2) 降低指令，寻址方法种类(3) 大多数指令全部在一个机器周期内完成(4) 采取寄存器见预算结构(5) 硬件联控为主，固件实现为辅。(6) 优化设计编译程序5. RISC采取了哪些关键技术？各式什么含义？（1） 在CUP中设置大量寄存器组，并采取重合寄存器窗口技术；（2） 指令采取重合和流水方法解释实施，并采取优化延迟转移技术；（3） 在逻辑上采取硬联实现为主，合适辅以微程序解释技术；（4） 采取优化编译技术应用题浮点数据表示：（1）正算：已知格式，求表数范围，表数精度，表数效率（2）倒算：已知表数范围，表数精度，求格式。（p为尾数长度，q为阶码长度）表数范围公式：表数精度公式：表数效率公式：0.5指令操作码优化：定长编码，哈弗曼编码，扩展编码，常常要算平均编码长度，有时还要和熵比较，算信息冗余量指令集格式设计：通常先要设计操作码，然后依据指令集多种长度指令数目，设计各类指令格式。第三章1存放系统，虚拟存放系统，Cache存放系统存放系统：指两个或两个以上速度，容量和价格各不一样存放器用硬件，软件，或软件硬件结合方法连接而成一个完整系统。虚拟存放系统：有主存辅存组成。Cache存放系统：由Cache主存组成。2. 程序访问局部性，时间局部性，空间局部性，预取技术程序访问局部性：为了使层次化存放系统高效工作，CPU要访问某个地址时，总是期望能在速度最快存放器捉弄个找到它，这就要求被访问地址在某种程度上能够预取，我们称之为访问局部性。时间局部性：指程序在最近未来要用到信息很可能是现在使用信息。空间局部性：指程序在最近未来要用到信息和现在正在使用信息，很可能在程序空间上是相邻或是相近。预取技术：3. 并行存放器，单体多字并行存放器，高位交叉访问存放器，低位交叉访问存放器并行存放器：设置多个独立存放体，使它们并行工作，在一个存放周期内可访问到多个存放字，是有效提升存放器访问频宽和速度最直接方法。单体多字并行存放器：通常存放器中一个存放单元放一个存放字，每个存放周期只能访问到一个存放字w位。单体多字存放器把存放器字长增加n倍，以存放n个指令字或数据字。高位交叉访问存放器：用地址码高位区分存放体号，扩到存放器容量。低位交叉访问存放器：用地址码低位区分存放体号，提升存放器访问速度。4. 虚地址，虚拟空间，实际地址虚地址：在虚拟存放技术中，把程序经编译生成访问地址称为虚地址。虚拟空间：用虚地址表示存放空间叫虚拟空间实际地址：主存中地址称为主存实际地址，辅存中地址称为辅存实际地址。5. 页面失效，实页争用，页面替换，内部地址变换，外部地址变换，堆栈型替换算法。页面失效：指目前被访问存放器中没有所需信息，即不命中现象。页面争用：指虚页调入时，依据地址映象方法划定实空间范围内已没有空闲实页情况。页面替换：在发生页面失效和实页争用时，选择未来不太可能使用或使用最晚虚页作为调入对象，以腾出一个实页来放新调入页面。内部地址变换：虚地址到主存地址地址变换。外部地址变换：把虚拟地址变换成辅存物理地址。堆栈型替换算法：是对一些替换算法统称。假如一些替换算法在同一地址流同一时刻小容量分区情况下保留页面集合必是大容量分区情况下保留页面集合子集（当容量超出虚页总数时，保留页面集合相同），则小容量下命中点到大容量情况下仍然是命中点，而且伴随容量加大，还可能会有新命中点产生。含有这一特征一类替换算法称为.6. 地址映象，直接映像，组相连映像，段相连映像地址映像：根据某种规则把主存中块装入Cache，建立主存块和Cache块之间位置对应关系。直接映像：主存中一块只能映像到Cache一个特定块中，整个Cache地址和主存地址地位部分完全相同。组相联映像：段相联映像：7. Cache一致性问题，写直达法，写回法Cache一致性问题：物理Cache中块位置上存放块是主存块副本，所以，Cache块应和对应主存块Cache块应和对应主存块内容不一致，即Cache一致性问题。写直达法：当Cache写命中时，把数据同时写入Cache块和主存块中，当Cache写不命中时：（1）写分配，完成对主存修改，并将被修改行装入到Cache中。（2）只对主存进行修改。写回法：当Cache写命中时，只修改Cache块内容，而不立即写入主存，仅当Cache块被替换时，才将被修改过Cache块写回主存中，更是新对应主存块（每个Cache行必需有一个修改位，以反应该行是否被修改过）；当Cache写不命中时，（1）写分配，要修改块被调入到Cache中进行修改（而主存中对应块没有修改）（2）写不分配，只对主存进行修改。简单题：1.什么是存放系统？存放系统设计目标是什么？计算机系统中有哪些常见存放系统？指两个或两个以上速度，容量和价格各不一样存放器用硬件，软件，或软件硬件结合方法连接而成一个完整系统。设计目标：低价格，高速度，大容量。常见：虚拟存放系统，Cache存放系统。2. 什么是程序访问局部性，它包含哪两方面含义？它对于存放系统有何意义？程序访问局部性：为了使层次化存放系统高效工作，CPU要访问某个地址时，总是期望能在速度最快存放器捉弄个找到它，这就要求被访问地址在某种程度上能够预取，我们称之为访问局部性。时间局部性：指程序在最近未来要用到信息很可能是现在使用信息。空间局部性：指程序在最近未来要用到信息和现在正在使用信息，很可能在程序空间上是相邻或是相近。程序访问局部性院里是存放层次得以组成和管理关键依据。3. 虚拟存放器存放管理有哪多个方法，各是怎样工作？段式管理：页式管理：段页式管理：4. 简述Cache存放系统常见替换算法。随机算法：用软件或硬件随机产生被替换虚页号优异先出：最早装入主存虚页作为被替换页最近最少使用（LRU）依据时间局部性，选择过去近期最少访问虚页作为被替换页。最久没有使用算法（LFU）：选择过去近期最久未使用虚页作为被替换页。最优替换算法（OPT）：选择未来一段时间内最久不被访问页作为被替换页。5. 什么是堆栈型替换算法？哪些替换算法是堆栈型替换算法？堆栈型替换算法：是对一些替换算法统称。假如一些替换算法在同一地址流同一时刻小容量分区情况下保留页面集合必是大容量分区情况下保留页面集合子集（当容量超出虚页总数时，保留页面集合相同），则小容量下命中点到大容量情况下仍然是命中点，而且伴随容量加大，还可能会有新命中点产生。含有这一特征一类替换算法称为.LFU，LRU，OPT是堆栈型，RAND,FIFO非堆栈型。6. 说明Cache存放系统中常见4中地址映像方法全相联：主存块中任意一块全部能够映像到Cache块中任意一块直接相连：主存中一块只能映像到一些cache块中。b = B/mod C组相联：主存和Cache按一样大小划分块，划分组。组间直接映像，组内全相联。段相联：主存和Cache按一样大小划分块，划成段。段间全相联，段内直接映像。7. 什么是单处理机中Cache一致性问题，说明其处理方法。Cache一致性问题：物理Cache中块位置上存放块是主存块副本，所以，Cache块应和对应主存块Cache块应和对应主存块内容不一致，即Cache一致性问题。写直达法：当Cache写命中时，把数据同时写入Cache块和主存块中，当Cache写不命中时：（1）写分配，完成对主存修改，并将被修改行装入到Cache中。（2）只对主存进行修改。写回法：当Cache写命中时，只修改Cache块内容，而不立即写入主存，仅当Cache块被替换时，才将被修改过Cache块写回主存中，更是新对应主存块（每个Cache行必需有一个修改位，以反应该行是否被修改过）；当Cache写不命中时，（1）写分配，要修改块被调入到Cache中进行修改（而主存中对应块没有修改）（2）写不分配，只对主存进行修改。应用题1存放系统命中率，访问效率关系2并行存放器：高位交叉，低位交叉3虚拟存放器：页面替换算法，堆栈替换算法4Cache存放器：不一样地址映像方法下块替换算法