体系结构试题库精简.docx
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体系结构试题库精简
层次结构
计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构，每一层以不同的语言为特征。
现代计算机系统可划分为6级。
2分
由低到高，从第1级到第6级分别为：
微程序机器级、传统机器级、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机和应用语言虚拟机。
2分
翻译
翻译和解释是语言实现的两种基本技术。
1分
（基于层次结构）先把N+1级程序全部变换成N级程序之后，再去执行N级程序，在执行过程中，N+1级程序不再被访问。
3分
解释
翻译和解释是语言实现的两种基本技术。
每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级指令，依此重复执行。
在这个过程中，不产生翻译出来的程序。
体系结构
程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
2分
Amdahl提出的经典计算机体系结构是指机器语言级程序员所看见的计算机属性。
1分
按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。
1分
存储层次计算机
采用存储程序原理，将程序和数据存放在同一存储器中。
2分
指令在存储器中按其执行顺序存储，由指令计数器指明每条指令所在的单元地址。
系列机
在一个厂家生产的具有相同的体系结构，但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的机器。
2分
系列机必须保证用户看到的机器属性一致。
系统的软件必须兼容。
2分
软件兼容
同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行的时间不同。
2分
软件兼容有向上（向下）兼容和向前（向后）兼容，向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。
2分
计算机组成
计算机体系结构的逻辑实现。
计算机组成是从内部研究计算机系统。
2分
一种体系结构可以有多种组成。
计算机组成的属性是对程序员透明的硬件细节
计算机实现
计算机组成的物理实现。
一种计算机组成可以有多种物理实现。
2分
如具体电路、器件的设计及装配技术等属计算机实现范围。
2分
大概率事件优先
此原则是计算机体系结构中最重要和最常用的原则。
1分
对于大概率事件（最常见的事件），赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。
3分
Amdahl定律
加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中的所占的重要性。
3分
Amdahl定律给出了定量比较不同设计方案的方法以及改进设计提高性能的方法。
程序的局部性原理
程序在执行时所访问的地址不是随机的，而是相对簇聚；这种簇聚包括指令和数据两部分。
3分
程序的局部性原理包括程序的时间局部性和程序的空间局部性。
1分
CPI
指令时钟数（CyclesperInstruction）。
指程序执行时平均一条指令所用的时钟周期数。
2分
它反映了计算机体系结构、计算机组成和计算机实现技术的的情况，同时也反映了计算机系统中每种指令的性能。
2分
并行性
在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。
它包括同时性和并发性两重含义。
3分
从执行程序的角度和处理数据的角度看，并行性都有不同的并行等级。
1分
同构型多处理机
由多个同种类型、至少同等功能的处理机组成、同时处理同一作业中能并行执行的多个任务的机器。
指令集结构
指令集结构是软硬件的交界面，CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。
3分
从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分。
通用寄存器型指令集结构
这种指令集结构中，操作数在CPU内的存储单元类型为一组通用寄存器，操作数的存储位置显示给出。
2分
根据ALU指令到底有两个或是三个操作数以及有多少个存储器操作数可将通用寄存器型指令集结构进一步细分为寄存器---寄存器型、寄存器---存储器型和存储器---存储器型通用寄存器型指令集结构。
2分
堆栈型机器
CPU中存储操作数的单元是堆栈的机器。
2分
是一种表示计算的简单模型；指令短小。
堆栈不能被随机访问，从而很难生成有效代码。
同时，由于堆栈是瓶颈，所以很难被高效地实现。
2分
累加器型机器
CPU中存储操作数的单元是累加器的机器。
2分
减小了机器的内部状态；指令短小。
由于累加器是唯一的暂存器，这种机器的存储器通信开销最大。
2分
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。
2分
是代码生成最一般的模型。
所有操作数均需命名，且显式表示，因而指令比较长。
2分
寻址方式
寻址方式是指在执行一条指令过程中，处理器根据指令中给出的地址信息来寻找物理地址的方式。
3分
一般是利用寻址方式指明指令中的操作数是一个常数、一个寄存器操作数，抑或是一个存储器操作数。
1分
有效地址
在INTEL系统中,内存地址总是由"段选择符:
有效地址"的方式给出。
2分
有效地址则可由不同的方式给出，有效地址的计算方式是:
基址+间址*比例因子+偏移量。
PC相对寻址
这种寻址方式是在指令中提供一个和程序计数器（PC）的值相加的偏移量来指明目标地址。
2分
可有效缩短指令中表示目标地址的字段的长度，并可使代码在执行时与它被载入的位置无关。
2分
偏移寻址
这种寻址方式中，有效地址的给出是寄存器中的一个基地址和一个偏移量。
4分
索引寻址
地址内容包括两个部分：
一个内存地址以及一个索引寄存器。
2分
索引寄存器会与某个指定的地址相加，结果用作访问内存时使用的地址。
2分
CISC
复杂指令集计算机（ComplexInstructionSetComputer），1分
是一种指令集结构（ISA），通过强化指令功能，减少程序的指令条数，实现软件功能向硬件功能转移，以达到提高性能的目的。
RISC
精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer），是一种指令集结构（ISA），通过减少指令总数和简化指令的功能来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行速度。
3分
静态使用频度
面向目标程序增强指令功能改进的思路是对已有机器的机器语言目标程序及其执行情况进行统计，分析各种指令和各种指令串的使用频度。
2分
对程序中出现的各种指令以及指令串进行统计得出的百分比称为静态使用频度。
2分
动态使用频度
面向目标程序增强指令功能改进的思路是对已有机器的机器语言目标程序及其执行情况进行统计，分析各种指令和各种指令串的使用频度。
2分
在目标程序执行过程中对出现的各种指令和指令串进行统计得出的百分比称为动态使用频度。
2分
规整性
没有或尽可能减少例外的情况和特殊的应用，以及所有运算都能对称、均匀地在存储器单元或寄存器单元之间进行。
3分
增加指令集结构的规整性来改进指令系统，是从面向编译程序，尤其是从优化代码生成的角度进行的。
1分
直接执行型高级语言机器
面向编译缩小语义差距，实际上增大解释的分量，减少翻译的比例。
1分
高级语言就作为机器语言，直接由硬件或固件对高级语言源程序的语句逐条进行解释执行，不进行编译和汇编。
3分
控制指令
指令集结构中可无条件或有条件改变控制流的指令，一般称无条件改变控制流的指令为“跳转”，而有条件改变控制流的指令为“分支”。
3分
改变控制流的大部分指令是条件分支指令。
1分
操作数类型
面向应用、面向软件系统所处理的各种数据结构。
2分
操作数类型和操作数表示是软硬件主要界面之一。
确定操作数表示是软硬件取舍折衷的问题。
2分
操作数表示
机器硬件能够直接识别、指令系统可以直接调用的那些结构。
2分
操作数类型和操作数表示是软硬件主要界面之一。
确定操作数表示是软硬件取舍折衷的问题。
2分
DLX指令集结构
DLX（发音为“DeLuXe”）是一个流水线处理器实例，称为DLX处理器，DLX指令集结构是工作于DLX处理器上的指令系统。
2分
DLX指令集结构应了解DLX中的寄存器、DLX的数据类型、DLX的寻址方式、DLX的指令格式和DLX中的操作。
2分
流水线
将一个重复的时序过程，分解为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。
2分
各个功能段所需时间应尽量相等，否则，时间长的功能段将成为流水线的瓶颈，这个时间一般为一个时钟周期拍。
2分
单功能流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按功能的多少来分，可分为单功能流水线和多功能流水线。
1分
单功能流水线只能完成一种固定功能的流水线。
2分
多功能流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按功能的多少来分，可分为单功能流水线和多功能流水线。
1分
多功能流水线是指流水线的各段可以进行不同的连接，从而使流水线在不同的时间，或者在同一时间完成不同的功能。
2分
静态流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按同一时间内各段之间的连接方式来分，可分为静态流水线和动态流水线。
1分
静态流水线是指同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。
2分
动态流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按同一时间内各段之间的连接方式来分，可分为静态流水线和动态流水线。
1分
动态流水线是指同一时间内，当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。
2分
部件级流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按照流水线的级别来分，可分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线。
1分
（运算操作流水线）把处理机的算术逻辑部件分段，以便为各种数据类型进行流水操作。
2分
处理机级流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按照流水线的级别来分，可分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线。
1分
（指令流水线）把解释指令的过程按照流水方式处理。
2分
线性流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按照是否有反馈回路来分，可分为线性流水线和非线性流水线。
1分
线性流水线指流水线的各段串行连接，没有反馈回路。
2分
非线性流水线
流水线可以按不同的观点进行分类。
1分
按照是否有反馈回路来分，可分为线性流水线和非线性流水线。
1分
非线性流水线指流水线中除有串行连接的通路外，还有反馈回路。
2分
标量流水处理机
流水线处理机按数据处理方式不同，可分为标量流水处理机和向量处理机。
1分
标量流水处理指处理机不具有向量数据表示，仅对标量数据进行流水处理。
3分
向量流水处理机
9、答案内容：
流水线处理机按数据处理方式不同，可分为标量流水处理机和向量处理机。
1分
向量流水处理机指处理机具有向量数据表示，并通过向量指令对向量的各元素进行处理。
3分
固定字段译码
9、答案内容：
在DLX指令多周期实现中，由于DLX指令格式中操作码在固定位置，且都是6位编码，2分
在指令执行的第二个时钟周期，指令译码和读寄存器并行进行，这种技术称为固定字段译码。
2分
吞吐率
9、答案内容：
流水线性能参数包括流水线吞吐率、加速比和效率。
1分
吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。
3分
最大吞吐率
9、答案内容：
流水线性能参数包括流水线吞吐率、加速比和效率。
1分
最大吞吐率是指流水线在连续流动达到稳定状态后所得到的吞吐率。
3分
流水线效率
9、答案内容：
流水线性能参数包括流水线吞吐率、加速比和效率。
1分
由于流水线有通过时间和排空时间，所以流水线的各段并不是一直满负荷地工作。
效率是指流水线的设备利用率。
3分
结构相关
9、答案内容：
流水线中的相关是指相邻或相近的两条指令因存在某种关联，后一条指令不能在原指定的时钟周期开始执行。
1分
某些指令组合在流水线中重叠执行时，发生资源冲突，则称该流水线有结构相关。
3分
数据相关
9、答案内容：
当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现时的顺序，将导致数据相关。
3分
数据相关包括读后写相关、写后读相关和写后写相关。
1分
定向
9、答案内容：
定向是解决流水线数据相关，提高流水线性能的一种技术。
2分
将计算结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，或所有需要它的功能单元，避免暂停。
2分
Load互锁
9、答案内容：
Load互锁是解决由Load指令引起的RAW相关所采用的方法；1分
当检测到相关后，控制部件必须在流水线中插入暂停周期，并使IF和ID段中的指令停止前进。
3分
写后读相关
9、答案内容：
流水线中数据相关的一种。
1分
两条指令i，j，i在j前进入流水线，j执行要用到i的结果，但当其在流水线中重叠执行时，j可能在i写入其结果之前就先行对保存该结果的寄存器进行读操作，得到错误值。
3分
读后写相关
9、答案内容：
流水线中数据相关的一种。
1分
两条指令i，j，i在j前进入流水线，j可能在i读某个寄存器之前对该寄存器进行写操作，导致i读出数据错误。
3分
写后写相关
9、答案内容：
流水线中数据相关的一种。
1分
两条指令i，j，i在j前进入流水线，j、i的操作数一样，在流水线中重叠执行时，j可能在i写入其结果之前就先行对保存该结果的寄存器进行写操作，导致写错误。
水平（横向）处理方式
9、答案内容：
向量处理机中，向量指令对数据分量的处理方式有3种：
横向处理方式、纵向处理方式和纵横处理方式。
1分
在向量处理机中，向量指令对数据分量的处理方式是按行的方式从左至右横向地进行。
3分
垂直（纵向）处理方式
9、答案内容：
在向量处理机中，向量指令对数据分量的处理方式是按列的方式至上而下纵向地进行。
2分
处理机结构的要求存储器-存储器型操作的运算流水线；对存储器的带宽要求很高。
2分
分组（纵横）处理方式
9、答案内容：
在向量处理机中，向量指令对数据分量的处理方式是把向量分成长度为某个固定值的若干组，组内按纵向方式处理，依次处理各组。
2分
用于寄存器-寄存器型的向量处理机中，向量寄存器的长度是有限的。
1分
当向量长度N大于向量寄存器长度n时，需要分组处理。
1分
名相关
9、答案内容：
指令使用的寄存器和存储器称为名。
如果两条指令使用相同的名，但是它们之间并没有数据流，则称为名相关。
3分
名相关不能改变指令顺序，但由于没有数据流，但可以通过改变操作数名来消除名相关，称为重命名（renaming）技术。
1分
循环展开
9、答案内容：
循环展开（loopunrolling）是展开循环体若干次，将循环级并行转化为指令级并行的技术。
2分
这个过程既可通过编译器静态完成，也可以通过硬件动态进行。
1分
通过复制循环体（并改变循环结束条件）来减少循环控制对性能的影响（循环控制指令以及控制相关引起的停顿）。
1分
指令调度
9、答案内容：
通过改变指令在程序中的位置，将相关指令之间的距离加大到不小于指令执行延迟的时钟数，使相关指令成为实际上的无关指令。
3分
指令调度是循环展开的技术基础。
1分
存储层次
9、答案内容：
采用多种存储器技术，构成存储层次以实现存储器的大容量、高速度和低价格要求。
2分
越靠近CPU的存储器，CPU对它的访问频度越高，且大多数访问都能在第一级（离CPU近）的存储器中完成。
这是通过利用局部性原理来完成的。
2分
失效率
9、答案内容：
CPU访存时，首先在高一级存储器中访问，如果找不到，则到下一级存储器中去查找。
2分
在所有CPU访存次数中，CPU在高一级存储器中找不到所需信息的概率。
2分
失效开销
9、答案内容：
CPU访存时，首先在高一级存储器中访问，如果找不到，则到下一级存储器中去查找。
1分
当失效时，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。
3分
全相联映象
9、答案内容：
主存容量远大于Cache的容量，映象规则要解决当要把一块从主存调入Cache时，如何放置的问题。
2分
全相联映象是指调块时，主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。
2分
直接映象
9、答案内容：
主存容量远大于Cache的容量，映象规则要解决当要把一块从主存调入Cache时，如何放置的问题。
2分
直接映象是指调块时，主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。
2分
组相联映象
9、答案内容：
主存容量远大于Cache的容量，映象规则要解决当要把一块从主存调入Cache时，如何放置的问题。
2分
组相联映象是指调块时，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）。
替换算法
9、答案内容：
由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。
2分
这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。
确定替换出哪一块，是替换算法所要解决的问题。
2分
LRU算法
9、答案内容：
由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。
这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。
1分
选择最近最少被访问的块作为被替换的块。
实际实现都是选择最久没有被访问的块作为被替换的块。
3分
写直达法
9、答案内容：
Cache内容是主存部分内容的一个副本，写访问可能导致它们内容不一致。
为保证正确性，主存内容必须更新，不同的写策略更新时间不一样。
1分
写直达法指在执行写操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块，每次写都更新主存。
3分
写回法
9、答案内容：
Cache内容是主存部分内容的一个副本，写访问可能导致它们内容不一致。
为保证正确性，主存内容必须更新，不同的写策略更新时间不一样。
1分
写回法是指只把信息写入Cache中相应块，该块只有被替换时，才被写回主存。
3分
按写分配法
9、答案内容：
由于写访问并不需要用到所访问单元中原有的数据。
所以，当发生写失效时，是否调入相应的块，有按写分配法和不按写分配法。
1分
按写分配法是指写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。
3分
不按写分配法
9、答案内容：
由于写访问并不需要用到所访问单元中原有的数据。
所以，当发生写失效时，是否调入相应的块，有按写分配法和不按写分配法。
1分
不按写分配法是指写失效时，直接写入下一级存储器中，而不把相应的块调入Cache。
强制性失效
9、答案内容：
按照产生失效的原因不同，可将失效发为3类：
强制性失效、容量失效和冲突失效。
1分
强制性失效是指当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。
3分
容量失效
9、答案内容：
按照产生失效的原因不同，可将失效发为3类：
强制性失效、容量失效和冲突失效。
1分
容量失效是指如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。
3分
冲突失效
9、答案内容：
按照产生失效的原因不同，可将失效发为3类：
强制性失效、容量失效和冲突失效。
1分
冲突失效是指在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。
3分
2：
1Cache经验规则
9、答案内容：
分析相联度和容量对失效率的影响时，可以得出2：
1Cache经验规则；1分
即大小为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。
3分
VictimCache
9、答案内容：
位于Cache和存储器之间的又一级Cache，容量小，采用全相联策略。
用于存放由于失效而被丢弃（替换）的那些块。
2分
每当失效发生时，在访问下一级存储器之前，先检查VictimCache中是否含有所需块。
2分
伪相联Cache
9、答案内容：
由于提高相联度是以增加命中时间为代价的。
1分
伪相联Cache是一种既能获得多路组相联Cache的低失效率，又能获得直接映象Cache的命中速度的相联办法。
3分
子块放置技术
9、答案内容：
把一个Cache块划分为若干小块，称为子块（sub-blocks），并为每个子块赋予一位有效值，用于说明该子块中的数据是否有效。
3分
失效时，只需从下一级存储器调入一个子块。
1分
请求字优先
9、答案内容：
请求字处理技术利用了每次调块时CPU只用到了请求字的特性。
1分
调块时，首先向存储器请求CPU所要的请求字。
请求字一旦到达，就立即送往CPU，让CPU继续执行，同时从存储器调入该块的其余部分。
3分
独立存储体
9、答案内容：
一种改进主存带宽的体系结构技术。
1分
是指设置多个存储控制器，使多个体能独立操作，以便能同时进行多个独立的访存。
3分
系统可靠性
9、答案内容：
反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、可用性和可信性。
1分
系统可靠性是指系统从初始状态开始一直提供服务的能力,可靠性通常用平均无故障时间（MTTF）来衡量。
3分
系统可用性
9、答案内容：
反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、可用性和可信性。
1分
系统可用性是指系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。
3分
系统可信性
9、答案内容：
反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、可用性和可信性。
1分
系统的可信性是指服务的质量，即在多大程度上可以合理的认为服务是可靠的。
可信性是不可以度量的。
3分
故障容忍技术
9、答案内容：
一种提高系统可靠性的方法。
1分
通过冗余措施，虽然可能出现故障，但是可以通过冗余信息保证服务仍然能够正常进行。
3分
RAID
9、答案内容：
即廉价磁盘冗余陈列，通过在磁盘阵列中增加冗余信息来容错，提高磁盘阵列的可靠性。
当单个磁盘失效时，丢失的信息可以通过冗余盘中的信息重新构建。
3分
RAID具有容量大、速度快、可靠性高和造价低廉等特点。
1分
RAID1
9、答案内容：
亦称镜像盘，使用双备份磁盘。
每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。
如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。
3分
镜像是最昂贵的解决方法。
特点是系统可靠性很高，但效率很低。
1分
PCI
9、答案内容：
PeripheralComponentInterconnect，即外围器件互连；2分
是一种为CPU和外设之间提供高性能数据通道的总线。
2分
I/O层次结构
9、答案内容：
即I/O系统的四级层次结构；1分
在一台大型计算机系统中可以有多个通道，一个通道可以连接多个设备控制器，而一个设备控制器又可以管理一台或多台外围设备。
3分
字节多路通道
9、答案内容：
是一种简单的共享通道，主要为多台低速或中速的外围设备服务。
2分
采用分时方式工作，依靠它与CPU之间的高速数据通路分时为多台设备服务。
2分
通道流量
9、答案内容：
又称为通道吞吐率，通道数据传输率等。
1分
一个通道在数据传送期间，单位时间内能够传送的最大数据量，一般用字节个数来表示。
3分
分布式共享存储器结构
9、答案内容：
在多处理机系统中，可根据存储器结构来区分机器。
1分
分布式共享存储器结构是指处理器各自使用自己的主存，这引起物理上分离的多个存储器可作为一个逻辑上共享的存储空间进行编址。
2分
此处的共享是指地址空间的共享。
1分
多计算机
9、答案内容：
整个地址空间由多个独立的地址空间构成，它们在逻辑上也是独立的，远程的处理器不能对其直接寻址。
2分
每一个处理器-存储器模块实际上是一个单独的计算机，这种机器称为多计算
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