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计算机体系结构复习资料汇总

计算机体系结构选择题

1.多处理机实现的并行主要是（B）

A、指令级并行B、任务级并行C、操作级并行D、操作步骤的并行

2.计算机系统结构不包括（B）。

A、信息保护B、主存速度C、数据表示D、机器工作状态

3.信息按整数边界存储的主要优点是（A）。

A、访存速度快B、节约主存单元

C、指令字的规整化D、指令的优化

4.以下说法不正确的是（D）。

A、线性流水线是单功能流水线B、动态流水线是多功能流水线

C、静态流水线是多功能流水线D、动态流水线只能是单功能流水线

5.对于采用组相联映像、LRU替换算法的cache存储器来说，不影响cache命中率的是（C）

A、增加cache中的块数B、增加组的大小

C、增大主存容量D、增大块的大小

6.与线性流水线最大吞吐率有关的是（C）。

A、各个功能段的执行时间B、最快的那一段的执行时间

C、最慢的那一段的执行时间D、最后功能段的执行时间

7.下面对网络直径描述正确的是（A）

A、指互连网络中任意两个结点之间距离的最大值

B、指互连网络中任意两个结点之间距离的最小值

C、指互连网络中多个结点之间距离的最大值

D、指互连网络中多个结点之间距离的最小值

9.系统的可信性是指（A）

A、服务质量

B、平均修复时间

C、可用性

D、正常工作时间

10.评价I/O主要性能的参数主要有（D）

A、连接性I/O系统的容量B、I/O系统的容量响应时间

C、响应时间吞吐率D、以上都是

11.对汇编语言程序员不透明的是（C）

A、程序计数器B、主存地址寄存器C、条件码寄存器D、指令存储器

12.利用时间重叠原理实现并处理的是（A）。

A、流水机处理B、多处理机C、阵列处理机D、机群系统

13.2-4扩展编码最多可以得到的码点数是（D）。

B、A、6B、7C、10D、13

14.反映存储的可靠性是指系统从某个初始参点开始（A）。

B、初始参点B、执行时间

C、结束时间D、中间某点

15.Cray-1向量处理机要实现指令间的链接，必须满足以下条件中的（C）。

A、源向量相同，功能部件不冲突，有指令相关

B、源向量不同，功能部件相同，无指令相关

C、源向量、功能部件都不相同，指令有写后读冲突

D、源向量、功能部件都不相同，指令有读后写冲突

16.不同系列的机器之间，实现可移植性的途径不包括（B）。

A、采用统一的高级语言B、采用统一的汇编语言

C、模拟D、仿真

17.RISC采用寄存器窗口重叠技术，从而大大减少了（C）。

A、绝大多数指令的执行周期B、程序调用引起的访存次数

C、目标程序的指令条数D、CPU访存的访问周期

18.Cray-1的两条向量指令：

V

1V2+V3

V4

V1*V5

属于（C）。

A、没有功能部件冲和源向量冲突，可以进行

B、没有源向量冲突，可以交换执行顺序

C、没有功能部件冲和源向量冲突，可以链接

D、有向量冲突，只能串行

19.下列属于互联函数（D）

A、恒等函数

B、交换函数

C、均匀洗牌函数

D、以上都是

20.下列说法不正确的是（D）。

A、单体多字存储能提高存储器频宽

B、多体存储器低位交叉编址能提高存储器频宽

C、多体存储器高位交叉编址便于扩大存储器容量

D、多体存储器高位交叉编址能提高存储器频宽

21.多处理机实现的并行主要是（B）

B、指令级并行B、任务级并行C、操作级并行D、操作步骤的并行

22.信息按整数边界存储的主要优点是（A）。

B、访存速度快B、节约主存单元

C、指令字的规整化D、指令的优化

23.与线性流水线最大吞吐率有关的是（C）。

C、各个功能段的执行时间B、最快的那一段的执行时间

C、最慢的那一段的执行时间D、最后功能段的执行时间

24.系统的可信性是指（A）

A、服务质量

B、平均修复时间

C、可用性

D、正常工作时间

25.不需要编制的数据存储空间是（D）。

A、CPU中的通用寄存器B、主存储器

C、I/O接口中的寄存器D、堆栈

26.以下是非线性流水线的调度方案：

[（2,7）;（2,2,7）;（3,4）;（4）;（3,4,7）;（4,7）；（4,3）；（5）；（7）]。

其中平均延迟最小的等间隔调度方案是（A）。

A、（4）B、（5）C、（3,4）D（4,3）

27.Cray-1向量处理机启动存储器、流水部件及寄存器打入各需一拍，现在有向

V3存储器（从存储器中选数：

6拍）

V4V0+V1（向量加：

6拍）

V5V3*V4（向量乘：

7拍）

向量长度均为N，则指令串最短的执行时间是（A）。

A、16+N拍B、17+N拍

C、18+N拍D、19+N拍

28.按cache地址映像的块冲突概率从高到低的顺序是（C）。

A、全相联映像、直接映像、组相联映像

B、组相联映像、直接映像、全相联映像

C、直接映像、组相联映像、全相联映像

D、全相联映像、组相联映像、直接映像

29.下列说法正确的是（C）

A、存储容量大，价格越高

B、存储容量小，价格越低

C、每位价格越高，速度越快

D、速度越慢，价格越高

30.下面对同步总线描述错误的是（D）。

A、同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步

B、同步总线成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑

C、同步总线总线操作必须以相同的速度运行

D、容易适应更广泛的设备类型，扩充总线时不用担心时钟时序和时钟同步问题

计算机系统结构名词解释

1.层次机构：

按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，一层以一种不同的语言为特征。

这些层次依次为：

微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。

2.虚拟机：

用软件实现的机器。

3.翻译：

先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

4.解释：

对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。

执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。

5.计算机系统结构：

传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。

6.Amdahl定律：

当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

7.CPI：

每条指令执行的平均时钟周期数。

8.系列机：

由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。

9.堆栈型机器：

CPU中存储操作数的单元是堆栈的机器。

10.累加器型机器：

CPU中存储操作数的单元是累加器的机器。

11.通用寄存器型机器：

CPU中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

12.CISC：

复杂指令集计算机

13.RISC：

精简指令集计算机

14.寻址方式：

指令系统中如何形成所要访问的数据的地址。

一般来说，寻址方式可以指明指令中的操作数是一个常数、一个寄存器操作数或者是一个存储器操作数。

15.数据表示：

硬件结构能够识别、指令系统可以直接调用的那些数据结构。

16.流水线：

将一个重复的时序过程，分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行。

17.静态流水线：

指在同一时间内，多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作的流水线。

当流水线要切换到另一种功能时，必须等前面的任务都流出流水线之后，才能改变连接。

18.动态流水线：

指在同一时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能的流水线。

它允许在某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。

19.非线性流水线：

指各段除了有串行的连接外，还有反馈回路的流水线。

20.乱序流水线：

流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同，允许后进入流水线的任务先完成。

这种流水线又称为无序流水线、错序流水线、异步流水线。

21.吞吐率：

在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

22.名相关：

如果两条指令使用了相同的名，但是它们之间并没有数据流动，则称这两条指令存在名相关。

23.反相关：

考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果指令j所写的名与指令i所读的名相同，则称指令i和j发生了反相关。

24.结构冲突：

因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。

25.数据冲突：

当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。

26.控制冲突：

流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令所引起的冲突。

27.写后读冲突：

考虑两条指令i和j，且i在j之前进入流水线，指令j用到指令i的计算结果，而且在i将结果写入寄存器之前就去读该寄存器，因而得到的是旧值。

28.指令级并行：

简称ILP。

是指指令之间存在的一种并行性，利用它，计算机可以并行执行两条或两条以上的指令。

29.指令调度：

通过在编译时让编译器重新组织指令顺序或通过硬件在执行时调整指令顺序来消除冲突。

30.指令的动态调度：

是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。

是由硬件在程序实际运行时实施的

31.指令的静态调度：

是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。

它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化的。

32.保留站：

在采用Tomasulo算法的MIPS处理器浮点部件中，在运算部件的入口设置的用来保存一条已经流出并等待到本功能部件执行的指令（相关信息）。

33.CDB：

公共数据总线。

34.多级存储层次：

采用不同的技术实现的存储器，处在离CPU不同距离的层次上，各存储器之间一般满足包容关系，即任何一层存储器中的内容都是其下一层（离CPU更远的一层）存储器中内容的子集。

目标是达到离CPU最近的存储器的速度，最远的存储器的容量。

35.全相联映象：

主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。

36.直接映象：

主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。

37.组相联映象：

主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方（Cache分成若干组，每组由若干块构成）

38.写回法：

只把信息写入Cache中相应块，该块只有被替换时，才被写回主存。

39.命中时间：

访问Cache命中时所用的时间。

40.失效率：

CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。

41.失效开销：

CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。

42.Cache经验规则：

大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N/2的两路组相联Cache的实效率。

43.透明性在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

44.程序的局部性原理：

程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。

包括时间局部性和空间局部性。

45. 响应时间：

从用户键入命令开始，到得到结果所花的时间。

响应时间：

从用户键入命令开始，到得到结果所花的时间。

46.可靠性：

指系统从某个初始参考点开始一直连续提供服务的能力，它通常用平均无故障时间来衡量。

47.可用性：

指系统正常工作的时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。

48.可信性：

指服务的质量，即在多大程度上可以合理地认为服务是可靠的。

49.线路交换：

在线路交换中，源结点和目的结点之间的物理通路在整个数据传送期间一直保持连接。

50.分组交换：

把信息分割成许多组（又称为包），将它们分别送入互连网络。

这些数据包可以通过不同的路径传送，到目的结点后再拼合出原来的数据，结点之间不存在固定连接的物理通路。

51.IPC:

CPU每一时钟周期内所执行的指令的多少。

计算机体系结构填空题

1.常见的计算机系统结构分类法有3种：

Flynn分类法、冯氏分类法、Handler分类法。

2.冯氏分类法用系统的最大并行度对计算机进行分类，大多数传统的位并行单处理机属字串位并方式。

3.由软件实现的机器称为虚拟机器，在一个计算机系统中，低层机器的属性对高层机器的程序员往往是透明的。

4.软件是促使计算机系统结构发展最重要的因素，应用是促使计算机系统结构发展最基本的动力，而器件是促使计算机系统结构发展最活跃的因素。

5.程序的局部性包括程序的时间局部性和程序的空间局部性。

6.从多层次结构出发，计算机系统可以有由上往下设计、由下往上设计、和从中间开始设计3种不同的设计方法。

7.实现程序可移植的主要途径有统一高级语言、系列机、模拟或仿真。

8.为了在不同系统结构的机器之间实现软件移植，可采用模拟或仿真方法。

9.软件兼容有向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容4种，其中向后兼容是软件兼容的根本特征。

10.广义来说，并行性既包含同时性，又包含并发性。

11.CPU中用来存储操作数的存储单元主要有堆栈、累加器和寄存器。

12.可将大多数通用寄存器型指令系统结构分为寄存器-寄存器型结构、寄存器-存储器型结构和存储器-存储器型结构3类。

13.对指令系统的基本要求是：

完整性、规模性、正交性和兼容性。

14.常见的3种表示分支条件的技术是条件码、条件寄存器和比较与分支。

15.改变控制流程的4种情况有跳转、分支、过程调用和过程返回。

16.当控制指令为无条件改变控制流时，称之为跳转，为有条件改变控制流程时，称之为分支。

17.2-4-5扩展编码的方法的最短码长时2，最长码长是6位，最多可编码的码点数为46个。

18.指令系统编码格式有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式。

19.对CISC指令系统可以从面向目标程序增强指令功能、面向高级语音的优化实现来改进指令系统和面向操作系统的优化实现改进系统。

20.流水线中的每个子过程及其功能部件称为流水线的段，流水线的段数称为流水线的深度。

21.流水线中最慢的一段称为流水线的瓶颈。

22.如果流水线处理机具有向量数据表示和向量指令，则称之为向量流水机；否则，就称之为标量流水处理机。

23.按照流水线所完成的功能来分，流水线可分为单功能流水线和多功能流水线。

24.按照同一时间内各段之间的链接方式来分，流水线可分为静态流水线和动态流水线。

25.按照流水线的级别来分，流水线可分为部件级流水线，处理机级流水线和处理机间流水线。

26.按照流水线种是否有反馈回来来分，流水线可分为线性流水线、非线性流水线。

27.按照输出端任务流出顺序与输入端流入的任务顺序是否相同来分，流水线可分为顺序流动流水线、异步流动流水线。

28.有一条非线性流水线，其预约表为F={2,4,5},初始冲突向量为C0=（11010），则对于C0，后续的两个冲突向量分别为111110和11011。

29.流水线在连续流动达到稳定状态后所得到的吞吐率，称为最大吞吐率。

30.消除流水线瓶颈的方法有细分瓶颈段和重复设置瓶颈段。

31.相关有3种类型，数据相关、名相关和控制相关。

32.指令之间的名相关有反相关和输出相关。

33.流水线冲突有结构冲突、数据冲突和控制冲突。

34.按照指令读访问写访问的先后顺序，可以将数据冲突分为写后读冲突、写后写冲突和读后写冲突。

35.由分支指令引起的延迟称为分支延迟。

36.延迟分支方法有3种调度策略：

从前调度、从目标处调度和从失败处调度。

37.基本的MIPS流水线分为5个段，分别是：

取指令周期、指令翻译/读寄存器周期、执行/有效地址计算周期、存储器访问/分支完成周期和写回周期。

38.向量流水处理机采用存储器-存储器型结构或寄存器-寄存器型结构。

39.Cray-1向量处理的一个显著特点是：

只要不出现向量寄存器Vi冲突和功能部件冲突，各Vi之间和功能部件之间都能并行工作。

40.衡量向量处理机性能的主要参数有向量指令的处理时间、向量长度为无穷大时的向量处理机的最大性能、半性能向量长度和向量长度临界值。

41.把能在同一个时钟周期内一起开始执行的几条向量指令称为一个编队。

42.在向量流水处理机上，向量指令序列中的一个编队内的指令可以同时执行，编队执行时间为编队内所有的向量指令执行时间的最大值。

43.开发指令级并行的方法主要有两类：

基于硬件的动态开发方法以及基于软件的静态开发方法。

44.如果一串连续的代码除了入口和出口以外，没有其他分支指令和转入点，则称之为一个基本程序块。

45.说出两种比较典型的动态调度算法：

记分牌方法和Tomasulo算法。

46.要扩充Tomasulo算法支持前瞻执行，需将Tomasulo算法中的“写结果”段分为写结构和指令确认两个段。

47.前瞻执行允许指令乱序执行，但要求按程序顺序确认。

48.Tomasulo算法中换名功能是由保留站的编号来完成，而在前瞻执行机制中，换名功能有ROB来完成的。

49.静态指令调度技术是优化的编译器来完成：

其基本思想是重新排指令序列，拉开具有数据相关的有关指令间的距离。

50.动态分支预测的依据是从转移指令过去的行为来预测他将来的行为，即根据近期转移是否成功的历史记录，来预测下一次转移的方向。

51.多流处理机有超标量和超长指令字CLIW。

52.存储层次的性能参数有存储容量、平均每位的价格、命中率和平均访问时间4个。

53.存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的局部性原理，它包括空间局部性和时间局部性两方面。

54.“主存-辅存”层次的目的是为了弥补生存容量的不足，“cache-主存”层次的目的是为了弥补主存速度的不足。

55.设有“cache-主存”层次，cache为8块，主存为16块：

试分别对于以下两种情况，计算访存块地址为0110时的索引（index），

（1）组相联，每组两块：

索引为01；

（2）直接映像：

索引为0；

56.存储层次要解决的4个问题是映像规则、查找方法、替换算法和读写策略。

57.在“cache-主存”层次中，写回法cache一般用按写分配法更新主存，写直达法cache一般采用不按写分配法更新主存。

58.随机法中随机的选择被替换的块，先进先出中选择最早调入的块最为被替换的块，最近最少使用法中选择近期最少被访问的块最为被替换的块。

59.按照产生不命中的原因的不同，可以把不命中分为强制性不命中、容量不命中、和冲突不命中。

60.相联度越高，冲突不命中就越少；强制性不命中不受cache容量的影响；但容量不命中却随着容量的增加而减少；强制性不命中和容量不命中不受相联度的影响。

61.对于给定的cache容量，当块大小增加时，不命中率开始是下降，后来反而上升。

Cache容量越大，使不命中率达到最低的块大小就越大。

62.增加块大小的方法在降低不命中率的同时会增加不命中开销，而提高相联读会增加命中时间。

63.伪相联既能获得多路组相联cache的低不命中率，又能保持直接映像cache的命中速度。

64.操作系统和用户程序对于同一个物理地址可能采用两种以上不同形式的虚拟地址来访问，这些地址称为同义或别名。

65.在相同的器件条件下，如果要提高主存的贷款，可以采用单体多字存储器和多体交叉存储器两种并行的存储器结构。

66.虚拟存储器采用全相联映像规则，替换算法采用最近最近少被访问LRU算法，写策略采用写回策略。

计算机体系结构简答题

1.计算机系统机构、计算机组成、计算机实现三者区别

计算机系统结构：

传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。

计算机组成：

计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现：

计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。

计算机实现是计算机组成的物理实现。

一种体系结构可以有多种组成。

一种组成可以有多种实现。

2.计算机系统结构的Flynn分类法是按什么来分类的？

共分为哪几类？

答：

Flynn分类法是按照指令流和数据流的多倍性进行分类。

把计算机系统的结构分为：

（1）单指令流单数据流SISD 

（2）单指令流多数据流SIMD 

（3）多指令流单数据流MISD 

（4）多指令流多数据流MIMD 

3.冯诺依曼体系结构包括：

运算器、控制器、存储器、输入输出设备

4.简述CISC指令集结构功能设计的主要目标。

从当前的计算机技术观点来看，CISC指令集结构的计算机有什么缺点？

答：

主要目标是增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现，并且指令的数量也是越来越多。

 缺点：

（1） CISC结构的指令集中，各种指令的使用频率相差悬殊。

（2）CISC结构指令的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。

（3）CISC结构指令集的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。

（4）CISC结构的指令集中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。

（5） 在CISC结构的指令集中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。

5.简述RISC指令集结构的设计原则。

答

（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令；

（2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成；

（3）所有指令长度均相同；

（4）只有Load和Store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行；

（5）以简单有效的方式支持高级语言

6.通常有哪几种指令格式，请简述其适用范围。

答：

（1）变长编码格式。

如果系统结构设计者感兴趣的是程序的目标代码大小，而不是性能，就可以采用变长编码格式。

（2）固定长度编码格式。

如果感兴趣的是性能，而不是程序的目标代码大小，则可以选择固定长度编码格式。

（3）混合型编码格式。

需要兼顾降低目标代码长度和降低译码复杂度时，可以采用混合型编码格式。

7.解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？

答：

细分瓶颈段与重