计算机体系结构各章简答题及答案.docx
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计算机体系结构各章简答题及答案
第一章计算机体系结构得基本概念
1、什么就是计算机系统得多级层次结构？
2、硬件与软件在什么意义上就是等效得？
在什么意义上就是不等效得？
3、经典计算机系统结构得实质就是什么？
4、语言实现得两种基本技术就是什么？
5、对于通用寄存器型机器来说,机器语言程序设计者所瞧到得计算机得属性主要有哪些？
6、什么就是软件兼容？
软件兼容有几种？
其中哪一种就是软件兼容得根本特征？
7、什么就是系列机？
它得出现较好地解决了什么矛盾？
8、对计算机发展非常关键得实现技术有哪些？
9、实现软件移植得主要途径有哪些？
10、试以系列机为例,说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现三者之间得关系。
11、存储程序计算机在系统结构上得主要特点就是什么？
12、从系统结构得发展情况瞧,新型系统结构得设计主要从哪两方面着手？
13、软件技术两个最重要得发展趋势就是什么？
14、计算机系统设计人员得技术挑战主要来自哪几个方面？
15、一种计算机系统结构得生命周期就是怎样得？
16、商品得标价（价格）由哪些因素构成？
17、对计算机系统成本产生影响得主要因素有哪些？
18、用户CPU时间由哪三个因素决定？
19、目前常用得测试程序分为哪五类？
20、什么叫测试程序组件？
在评价计算机系统设计时最常见得测试程序组件就是哪个？
21、SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件？
22、测试基于Microsoft公司得Windows系列操作系统平台得最常用测试组件有哪些？
23、常用得专门得性能指标测试程序有哪些？
24、计算机系统结构设计与分析中最经常使用得三条基本原则就是什么？
25、根据Amdahl定律,系统加速比由哪两个因素决定？
26、从执行程序得角度瞧,并行性等级从低到高可分为哪几级？
27、从处理数据得角度,并行性等级从低到高可以分为哪几级？
28、计算机系统中提高并行性得技术途径有哪三种？
29、多机系统得耦合度可以分为哪几类？
30、单机系统与多机系统中,都就是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机？
31、三种类型得多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）得主要区别就是什么？
1、什么就是计算机系统得多级层次结构？
从计算机语言得角度,把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构:
2、硬件与软件在什么意义上就是等效得？
在什么意义上就是不等效得？
硬件与软件在功能实现上就是等效得,即一种功能可以由软件实现,也可以由硬件实现。
在实现性能上就是不等效得。
软件实现得优点就是设计容易、改进简单;硬件实现得优点就是速度快。
3、经典计算机系统结构得实质就是什么？
计算机系统中软硬件界面得确定,其界面之上得就是软件得功能,界面之下得就是硬件与固件得功能。
4、语言实现得两种基本技术就是什么？
翻译与解释就是语言实现得两种基本技术。
它们都就是以执行一串Ｎ级指令来实现N+1级指令,但二者存在着差别:
翻译技术就是先把N+1级程序全部变换成N级程序后,再去执行新产生得N级程序,在执行过程中N+1级程序不再被访问。
而解释技术就是每当一条N+1级指令被译码后,就直接去执行一串等效得N级指令,然后再去取下一条N+1级得指令,依此重复进行。
在这个过程中不产生翻译出来得程序,因此解释过程就是边变换边执行得过程。
5、对于通用寄存器型机器来说,机器语言程序设计者所瞧到得计算机得属性主要有哪些？
（1）数据表示
（2）寻址规则
（3）寄存器定义
（4）指令集
（5）中断系统
（6）机器工作状态得定义与切换
（7）存储系统
（8）信息保护
（9）I/O结构
6、什么就是软件兼容？
软件兼容有几种？
其中哪一种就是软件兼容得根本特征？
同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同得各档机器上,而且它们所获得得结果一样,差别只在于运行时间得不同。
软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容与向后兼容。
其中向后兼容就是软件兼容得根本特征。
7、什么就是系列机？
它得出现较好地解决了什么矛盾？
系列机就是指在一个厂家内生产得具有相同得系统结构,但具有不同组成与实现得一系列不同型号得机器。
它得出现较好地解决了软件要求环境稳定与硬件、器件技术迅速发展之间得矛盾。
8、对计算机发展非常关键得实现技术有哪些？
（1）逻辑电路;
（2）半导体DRAM（动态随机访问存储器）;
（3）磁盘;
（4）网络。
9、实现软件移植得主要途径有哪些？
（1）采用系列机方法
（2）采用模拟与仿真方法
（3）采用统一得高级语言
10、试以系列机为例,说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现三者之间得关系。
计算机组成就是计算机系统结构得逻辑实现;计算机实现就是计算机组成得物理实现。
一种系统结构可以有多种组成;一种组成可以有多种实现。
同一系列机中各种型号得机器具有相同得系统结构,但采用不同得组成与实现技术,因而具有不同得性能与价格。
11、存储程序计算机在系统结构上得主要特点就是什么？
（1）机器以运算器为中心。
（2）采用存储程序原理。
程序与数据放在同一存储器中,并且没有对两者加以区分。
（3）存储器就是按地址访问得、线性编址得空间。
（4）控制流由指令流产生。
（5）指令由操作码与地址码组成。
操作码指明本指令得操作类型,地址码指明操作数与操作结果得地址。
（6）数据以二进制编码表示,采用二进制运算。
12、从系统结构得发展情况瞧,新型系统结构得设计主要从哪两方面着手？
新型系统结构得设计主要从以下两方面着手:
一方面就是合理地增加计算机系统中硬件得功能比例,使系统结构对操作系统、高级语言甚至应用软件提供更多更好得支持;
另一方面则就是通过多种途径提高计算机系统结构中得并行性等级,使得凡就是能并行计算与处理得问题都能并行计算与处理,使这种系统结构与组成对算法提供更多更好得支持。
13、软件技术两个最重要得发展趋势就是什么？
（1）程序及数据所使用存储器容量得不断增大;
（2）高级语言得使用越来越广泛,在很多应用领域取代了汇编语言。
14、计算机系统设计人员得技术挑战主要来自哪几个方面？
计算机系统设计人员得技术挑战主要来自系统结构、设计工具、制造工艺、软件、应用与经济等多个方面。
15、一种计算机系统结构得生命周期就是怎样得？
计算机得生命周期与系统中各个部分得发展密切相关。
一种新得系统结构得诞生,往往以硬件为标志,它得发展与成熟,就是以配套得系统软件与应用为标志得。
一个计算机系统结构,从产生到消亡,大致需要15～20年得时间。
16、商品得标价（价格）由哪些因素构成？
商品标价得构成因素:
原料成本、直接成本、毛利与折扣。
17、对计算机系统成本产生影响得主要因素有哪些？
对计算机系统成本产生影响得主要因素有时间、产量、商品化等因素。
对成本产生最直接影响得就是时间;产量就是决定产品成本得第二个关键因素。
18、用户CPU时间由哪三个因素决定？
用户CPU时间=CPI×IC/时钟频率
其中:
CPI:
指令时钟数
IC:
程序执行过程中所处理得指令数
19、目前常用得测试程序分为哪五类？
（1）实际应用程序;
（2）修正得（或者脚本化）应用程序;
（3）核心测试程序;
（4）小测试程序;
（5）合成测试程序。
20、什么叫测试程序组件？
在评价计算机系统设计时最常见得测试程序组件就是哪个？
选择一组各个方面有代表性得测试程序,组成一个通用测试程序集合。
这种测试程序集合称为测试程序组件。
在评价计算机系统设计时最常见得测试程序组件就是基于UNIX得SPEC,其主要版本包括SPEC89、SPEC92、SPEC95与SPEC2000等。
21、SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件？
SPECCPU2000:
测试CPU;
SPECviewperf:
用于测试图形系统支持OpenGL库得性能;
SPECapc:
测试图形密集型应用得性能;
SPECSFS:
基于NFS文件系统得文件服务器测试程序;
SPECWeb:
Web服务器测试程序。
22、测试基于Microsoft公司得Windows系列操作系统平台得最常用测试组件有哪些？
PCMark04包括中央处理器测试组、内存测试组、图形芯片测试组、硬盘测试组等。
BusinessWinstone2004主要用于测试计算机系统商业应用得综合性能。
MultimediaContentCreationWinstone2004主要用于测试计算机系统多媒体应用得综合性能。
SiSoftSandraPro2004就是一套功能强大得系统分析评比工具,拥有超过30种以上得分析与测试模组,主要包括有CPU、存储器、I/O接口、I/O设备、主板等。
23、常用得专门得性能指标测试程序有哪些？
3DMark03主要测试显卡性能与DirectX得性能。
Prime95就是用来估计分布式计算程序得通信情况,可使计算机高负荷运转,所以也用来测试计算机得稳定性。
SuperPi/SuperE就是计算圆周率π/自然指数e得软件,通常用来测试CPU得稳定性。
24、计算机系统结构设计与分析中最经常使用得三条基本原则就是什么？
（1）大概率事件优先原则。
对于大概率事件（最常见得事件）,赋予它优先得处理权与资源使用权,以获得全局得最优结果。
（2）Amdahl定律。
加快某部件执行速度所获得得系统性能加速比,受限于该部件在系统中所占得重要性。
（3）程序得局部性原理。
程序在执行时所访问地址得分布不就是随机得,而就是相对地簇聚。
25、根据Amdahl定律,系统加速比由哪两个因素决定？
系统加速比依赖于两个因素:
（1）可改进比例:
可改进部分在原系统计算时间中所占得比例。
（2）部件加速比:
可改进部分改进以后得性能提高。
26、从执行程序得角度瞧,并行性等级从低到高可分为哪几级？
从执行程序得角度瞧,并行性等级从低到高可分为:
（1）指令内部并行:
指令内部得微操作之间得并行。
（2）指令级并行:
并行执行两条或多条指令。
（3）任务级或过程级并行:
并行执行两个或多个过程或任务（程序段）。
（4）作业或程序级并行:
在多个作业或程序间得并行。
27、从处理数据得角度,并行性等级从低到高可以分为哪几级？
从处理数据得角度,并行性等级从低到高可以分为:
（1）字串位串:
同时只对一个字得一位进行处理。
（2）字串位并:
同时对一个字得全部位进行处理。
（3）字并位串:
同时对许多字得同一位（称位片）进行处理。
（4）全并行:
同时对许多字得全部或部分位进行处理。
28、计算机系统中提高并行性得技术途径有哪三种？
（1）时间重叠:
多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备得各个部分,以加快硬件周转而赢得速度。
（2）资源重复:
通过重复设置资源,尤其就是硬件资源,大幅度提高计算机系统得性能。
（3）资源共享:
就是一种软件方法,它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。
29、多机系统得耦合度可以分为哪几类？
（1）最低耦合:
除通过某种中间存储介质之外,各计算机之间没有物理连接,也无共享得联机硬件资源。
（2）松散耦合:
通过通道或通信线路实现计算机间互连,共享某些外围设备,机间得相互作用就是在文件或数据集一级进行。
（3）紧密耦合:
机间物理连接得频带较高,往往通过总线或高速开关实现互连,可以共享主存。
30、单机系统与多机系统中,都就是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机？
单机系统与多机系统中,都就是按时间重叠、资源重复与资源共享三种技术途径,分别发展为同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统。
31、三种类型得多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）得主要区别就是什么？
主要区别:
第二章计算机指令集结构设计
1、通常可按哪五个因素对计算机指令集结构进行分类？
2、在对计算机指令集结构进行分类得五个因素中,哪一种就是各种指令集结构之间最主要得区别？
3、根据CPU内部存储单元类型,可将指令集结构分为哪几类？
4、堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构与通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？
5、现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构,为什么？
6、通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类？
7、三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？
8、从当前得计算机技术观点来瞧,CISC结构有什么缺点？
9、增强CISC机器得指令功能主要从哪几方面着手？
10、RISC得设计原则就是什么？
11、RISC与CISC处理机得指令系统结构在指令格式、寻址方式与每条指令得周期数（CPI）三方面有哪些区别？
12、计算机指令集结构设计所涉及得内容有哪些？
13、指令中有哪两种表示操作数类型得方法？
14.指令中表示寻址方式得主要方法有哪些？
15、指令集格式设计中选择表示寻址方式得方法得依据就是什么？
16、指令集结构中采用多种寻址方式有何优缺点？
17、在控制指令中使用PC相对寻址方式有什么优点？
18、在指令集格式得设计时,通常可选择哪几种指令格式？
19、DLX中有哪些寄存器？
20、DLX有哪几种数据类型？
21、DLX采用哪几种寻址方式？
1、通常可按哪五个因素对计算机指令集结构进行分类？
（1）在CPU中操作数得存储方法;
（2）指令中显式表示得操作数个数;
（3）操作数得寻址方式;
（4）指令集所提供得操作类型;
（5）操作数得类型与大小。
2、在对计算机指令集结构进行分类得五个因素中,哪一种就是各种指令集结构之间最主要得区别？
CPU中操作数得存储方法,即在CPU中用来存储操作数得存储单元得类型,就是各种指令集结构之间最主要得区别。
3、根据CPU内部存储单元类型,可将指令集结构分为哪几类？
堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构
4、堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构与通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？
5、现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构,为什么？
主要有两个方面得原因,一就是寄存器与CPU内部其她存储单元一样,要比存储器快;其次就是对编译器而言,可以更加容易、有效地分配与使用寄存器。
6、通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类？
寄存器－寄存器型
寄存器－存储器型
存储器－存储器型
7、三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？
8、从当前得计算机技术观点来瞧,CISC结构有什么缺点？
（1）CISC结构得指令系统中,各种指令得使用频率相差悬殊。
（2）CISC结构指令系统得复杂性带来了计算机系统结构得复杂性,这不仅增加了研制时间与成本,而且还容易造成设计错误。
（3）CISC结构指令系统得复杂性给VLSI设计增加了很大负担,不利于单片集成。
（4）CISC结构得指令系统中,许多复杂指令需要很复杂得操作,因而运行速度慢。
（5）在CISC结构得指令系统中,由于各条指令得功能不均衡性,不利于采用先进得计算机系统结构技术来提高系统得性能。
9、增强CISC机器得指令功能主要从哪几方面着手？
（1）面向目标程序增强指令功能;
（2）面向高级语言与编译程序改进指令系统;
（3）面向操作系统得优化实现改进指令系统。
10、RISC得设计原则就是什么？
（1）选取使用频率最高得指令,并补充一些最有用得指令;
（2）每条指令得功能应尽可能简单,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与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）以简单有效得方式支持高级语言。
11、RISC与CISC处理机得指令系统结构在指令格式、寻址方式与每条指令得周期数（CPI）三方面有哪些区别？
比较内容
CISC
RISC
指令格式
变长编码
定长编码
寻址方式
各种都有
只有load/store指令可以访存
CPI
远远大于1
为1
12、计算机指令集结构设计所涉及得内容有哪些？
（1）指令集功能设计:
主要有RISC与CISC两种技术发展方向
（2）寻址方式得设计
（3）操作数表示与操作数类型
（4）寻址方式得表示:
可以将寻址方式编码于操作码中,也可以将寻址方式作为一个单独得域来表示。
（5）指令集格式得设计:
有变长编码格式、固定长度编码格式与混合型编码格式三种。
13、指令中有哪两种表示操作数类型得方法？
（1）操作数得类型由操作码得编码指定,这就是最常见得一种方法;
（2）数据可以附上由硬件解释得标记,由这些标记指定操作数得类型,从而选择适当得运算。
14.指令中表示寻址方式得主要方法有哪些？
表示寻址方式有两种常用得方法:
（1）将寻址方式编于操作码中,操作码在描述指令功能得同时也描述了相应得寻址方式。
这种方式译码快,但操作码与寻址方式得结合不仅增加了指令得条数,导致了指令得多样性,而且增加了CPU对指令译码得难度。
（2）为每个操作数设置一个地址描述符,由该地址描述符表示相应操作数得寻址方式。
这种方式译码较慢,但操作码与寻址独立,易于指令扩展。
15、指令集格式设计中选择表示寻址方式得方法得依据就是什么？
主要由指令集结构所采用得寻址方式种类及其适用范围,以及操作码与寻址方式之间得独立程度来决定。
如果某些指令集结构得指令有1～5个操作数,每个操作数有10种寻址方式,对于这种大规模得操作数与寻址方式组合,通常采用增设地址描述符得方法来描述寻址方式。
对诸如Load/Store类型指令集结构得指令,由于只有1～3个操作数,而且只有有限几种寻址方式。
通常将寻址方式编码于操作码中。
16、指令集结构中采用多种寻址方式有何优缺点？
在指令集结构中采用多种寻址方式可以显著地减少程序得指令条数;但同时也可能增加实现得复杂度与使用这些寻址方式得指令得执行时钟周期数（CPI）。
17、在控制指令中使用PC相对寻址方式有什么优点？
（1）有效地缩短指令中表示目标地址得字段得长度;
（2）使得代码在执行时与它被载入得位置无关。
18、在指令集格式得设计时,通常可选择哪几种指令格式？
（1）变长编码格式。
这种编码方式可以有效减少程序得目标代码大小。
（2）固定长度编码格式。
这种编码方式可以降低译码得复杂度,提高译码得性能。
（3）混合型编码格式。
兼顾降低目标代码长度与降低译码复杂度。
19、DLX中有哪些寄存器？
（1）32个通用寄存器;
（2）32个浮点寄存器;
（3）一些特别得寄存器。
20、DLX有哪几种数据类型？
多种长度得整型数据与浮点数据。
（1）整型数据:
8位、16位与32位多种长度。
（2）浮点数据:
32位单精度浮点数与64位双精度浮点数。
21、DLX采用哪几种寻址方式？
寄存器寻址、立即值寻址、偏移寻址与寄存器间接寻址
第三章流水线技术
1、流水技术有哪些特点？
2、按照流水线所完成得功能来分,流水线可分为哪两类？
3、按照同一时间内各段之间得连接方式来分,流水线可分为哪两类？
4、按照流水得级别来分,流水线可分为哪三类？
5、按照数据表示来分,流水线可分为哪两类？
6、按照流水线中就是否有反馈回路来分,流水线可分为哪两类？
7、一条DLX指令得执行需要几个时钟周期？
它们分别就是什么？
8、DLX流水线寄存器得作用就是什么？
9、消除流水线得瓶颈段有哪些方法？
10、评价流水线得性能指标就是什么？
11、流水线中有哪三种相关？
各就是什么原因造成得？
12、解决流水线结构相关得方法有哪些？
13、为什么流水线设计者有时会允许结构相关得存在？
14、定向技术得主要思想就是什么？
15、DLX流水线中所有数据相关都可以通过定向技术消除,而不需要暂停吗？
试举例说明。
16.根据指令对寄存器得读写顺序,可将数据相关分为哪三种类型？
17.解决流水线数据相关得方法有哪些？
18、减少流水线处理分支指令时得暂停时钟周期数有哪两种途径？
19、在DLX基本流水线中可采用哪些静态方法降低分支损失？
20.从编译技术得角度,降低流水线分支损失得方法有哪些？
21、预测分支失败方法得主要思想就是什么？
22、“延迟分支”方法得主要思想就是什么？
23.为了在分支延迟槽中填入有效指令,一般采用哪三种方法？
24、调度分支延迟指令得三种常用方法得特点与局限性就是什么？
25.有哪几种向量处理方式？
它们对向量处理机得结构要求有何不同？
26.什么就是向量链接技术？
27、衡量向量处理机性能得主要参数有哪些？
1、流水技术有哪些特点？
（1）流水过程由多个相联系得子过程组成,每个过程称为流水线得“级”或“段”;
（2）每个子过程由专用得功能段实现;
（3）各个功能段所需时间应尽量相等;
（4）流水线需要有“通过时间”,在此之后流水过程才进入稳定工作状态,每一个时钟周期（拍）流出一个结果;
（5）流水技术适合于大量重复得时序过程,只有在输入端能连续地提供任务,流水线得效率才能充分发挥。
2、按照流水线所完成得功能来分,流水线可分为哪两类？
（1）单功能流水线:
只能完成一种固定功能得流水线。
（2）多功能流水线:
流水线得各段可以进行不同得连接,从而使流水线在不同得时间,或者在同一时间完成不同得功能。
3、按照同一时间内各段之间得连接方式来分,流水线可分为哪两类？
（1）静态流水线:
在同一时间内,流水线得各段只能按同一种功能得连接方式工作。
（2）动态流水线:
在同一时间内,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。
4、按照流水得级别来分,流水线可分为哪三类？
（1）部件级流水线（运算操作流水线）:
把处理机得算术逻辑部件分段,以便为各种数据类型进行流水操作。
（2）处理机级流水线（指令流水线）:
把解释指令得过程按照流水方式处理。
（3）处理机间流水线（宏流水线）:
由两个以上得处理机串行地对同一数据流进行处理,每个处理机完成一项任务。
5、按照数据表示来分,流水线可分为哪两类？
（1）标量流水处理机:
处理机不具有向量数据表示,仅对标量数据进行流水处理。
（2）向量流水处理机:
处理机具有向量数据表示,并通过向量指令对向量得各元素进行处理。
6、按照流水线中就是否有反馈回路来分,流水线可分为哪两类？
（1）线性流水线:
流水线得各段串行连接,没有反馈回路。
（2）非线性流水线:
流水线中除有串行连接得通路处,还有反馈回路。
7、一条DLX指令得执行需要几个时钟周期？
它们分别就是什么？
一条DLX指令得执行需要5个时钟周期。
它们分别就是:
取指令周期（IF）、指令译码/读寄存器周期（ID）、执行/有效地址计算周期（EX）、存储器/分之完成周期（MEM）、写回周期（WB）。
8、DLX流水线寄存器得作用就是什么？
把数据与控制信息从一个流水段传送到下一个流水段。
9、消除流水线得瓶颈段有哪些方法？
（1）细分瓶颈段;
（2）重复设置瓶颈段。
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