计算机系统结构简答题.docx

1、计算机系统结构简答题第 1 章 计算机系统结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构？第 6 级L6：应用语言虚拟机第 5 级L5：高级语言虚拟机第 4 级L4：汇编语言虚拟机第 3 级L3：操作系统虚拟机第 2 级L2：机器语言(传统机器级)第 1 级L1：微程序机器级从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构：2. 硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？硬件和软件在功能实现上是等效的，即一种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。在实现性能上是不等效的。软件实现的优点是设计容易、改进简单；硬件实现的优点是速度快。3. 经典计算机系统结构的实质是什么

2、？计算机系统中软、硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。4. 语言实现的两种基本技术是什么？翻译和解释是语言实现的两种基本技术。它们都是以执行一串级指令来实现 N+1 级指令，但二者存在着差别：翻译技术是先把 N+1 级程序全部变换成 N 级程序后，再去执行新产生的 N 级程序，在执行过程中 N+1 级程序不再被访问。而解释技术是每当一条 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 级的指令，依此重复进行。在这个过程中不产生翻译出来的程序，因此解释过程是边变换边执行的过程。5. 对于通用寄存器型机器来说，机器语言程序设计

3、者所看到的计算机的属性主要有哪些？(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) 机器工作状态的定义和切换(7) 存储系统(8) 信息保护(9) I/O 结构6. 什么是软件兼容？软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？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，差别只在于运行时间的不同。软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后兼容是软件兼容的根本特征。7. 什么是系列机？它的出现较好地解决了什么矛盾？系列机是指在一个厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器

4、。它的出现较好地解决了软件要求环境稳定和硬件、器件技术迅速发展之间的矛盾。8. 对计算机发展非常关键的实现技术有哪些？（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. 实现软件移植的主要途径有哪些？(1) 采用系列机法(2) 采用模拟与仿真法(3) 采用统一的高级语言10. 试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。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的机器具有相同的系统结构，但采用不同的组成和实现技术，因而具有不

5、同的性能和价格。11. 存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么？（1）以运算器为中心。（2）采用存储程序原理。程序和数据放在同一存储器中，并且没有对两者加以区分。（3）存储器是按地址访问的、线性编址的空间。（4）控制流由指令流产生。（5）指令由操作码和地址码组成。操作码指明本指令的操作类型，地址码指明操作数和操作结果的地址。（6）数据以二进制编码表示，采用二进制运算。12. 从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两面着手？新型系统结构的设计主要从以下两面着手：一面是合理地增加计算机系统中硬件的功能比例，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的支持；另一面则是通过

6、多种途径提高计算机系统结构中的并行性等级，使得凡是能并行计算和处理的问题都能并行计算和处理，使这种系统结构和组成对算法提供更多、更好的支持。13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么？(1) 程序及数据所使用存储器容量的不断增大。(2) 高级语言的使用越来越广泛，在很多应用领域取代了汇编语言。14. 计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个面？计算机系统设计人员的技术挑战主要来自系统结构、设计工具、制造工艺、软件、应用和经济等多个面。15. 一种计算机系统结构的生命期是怎样的？计算机的生命期和系统中各个部分的发展密切相关。一种新的系统结构的诞生，往往以硬件为标志，它的发展和成熟，是以配套的系

7、统软件和应用为标志的。一个计算机系统结构，从产生到消亡，大致需要 1520 年的时间。16. 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的指令数。17. 什么是测试程序组件？在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个？选择一组各个面有代表性的测试程序，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的测试程序组件是基于 UNIX 的 SPEC，其主要版本包括 SPEC89、SPEC92、SPEC95 和 SPEC2000 等。18. SPEC2000 测试

8、程序组件中包括哪几个测试程序组件？（1）SPEC CPU2000：测试 CPU；（2）SPECviewperf：用于测试图形系统支持 OpenGL 库的性能；（3）SPECapc：测试图形密集型应用的性能；（4）SPECSFS：基于 NFS 文件系统的文件服务器测试程序；（5）SPECWeb：Web 服务器测试程序。19. 测试基于 Microsoft 公司的 Windows 系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些？（1）PCMark04 包括中央处理器测试组、存测试组、图形芯片测试组、硬盘测试组等。（2）Business Winstone 2004 主要用于测试计算机系统商业应用的综合性能。

9、（3）Multimedia Content Creation Winstone 2004 主要用于测试计算机系统多媒体应用的综合性能。（4）SiSoft Sandra Pro 2004：一套功能强大的系统分析评比工具，拥有超过 30 种以上的分析与测试模组，主要包括 CPU、存储器、I/O 接口、I/O 设备、主板等。20. 常用的专门的性能指标测试程序有哪些？3DMark03 主要测试显卡性能和 DirectX 的性能。Prime95 是用来估计分布式计算程序的通信情况，可使计算机高负荷运转，所以也用来测试计算机的稳定性。SuperPi/SuperE 是计算圆率 /自然指数 e 的软件，通常

10、用来测试 CPU 的稳定性。21. 计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？（1）大概率事件优先原则：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。（2）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所占的重要性。（3）程序的局部性原理：程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。22. 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的比例。（2）部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高。23. 从执行程序

11、的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级？从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为：（1）指令部并行：单条指令中各微操作之间的并行。（2）指令级并行（Instruction Level Parallelism，ILP）：并行执行两条或两条以上的指令。（3）线程级并行（Thread Level Parallelis m，TLP）：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程派生的多个线程为调度单位。（4）任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务（程序段），以子程序或进程为调度单元。（5）作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。24. 从处理数据的角度，并行性等级

12、从低到高可以分为哪几级？从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为：（1）字串位串：同时只对一个字的一位进行处理。（2）字串位并：同时对一个字的全部位进行处理。（3）字并位串：同时对多字的同一位（称位片）进行处理。（4）全并行：同时对多字的全部或部分位进行处理。25.Flynn 分类法把计算机系统的结构分为哪 4 类？（1） 单指令流单数据流（SISD，Single Instruction stream Single Data stream）。（2） 单指令流多数据流（SIM D，Single Instruction stream M ultiple Data stream）。（3） 多指令

13、流单数据流（M ISD，M ultiple Instruction stream Single Data stream）。（4） 多指令流多数据流（M IM D，Multiple Instruction stream M ultiple Data stream）。26.常见的计算机系统结构分类法有哪两种？分类的依据是什么？Flynn 分类法：按照指令流和数据流的多倍性进行分类。氏分类法：用系统的最大并行度对计算机进行分类。27. 计算机系统中提高并行性的技术途径有哪三种？（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的各个部分，以加快硬件转而赢得速度。（2）资源重复

14、。通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。（3）资源共享。这是一种软件法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。28. 多机系统的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，也无共享的联机硬件资源。（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，机间的相互作用是在文件或数据集一级进行。（3）紧密耦合：机间物理连接的频带较高，往往通过总线或高速开关实现互连，可以共享主存。29. 单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机？单机系统和多机系统中，都是按时间重叠、资源重复和

15、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。30. 三种类型的多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）的主要区别是什么？项目同构型多处理机异构型多处理机分布处理系统目的提高系统性能提高系统使用效率兼顾效率与性能（可靠性、速度）技术资源重复时间重叠资源共享途径（机向互连）（功能专用化）（网络化）组成同类型不同类型不限制（同等功能）（不同功能）分工式任务分布功能分布硬件、软件、数据等各种资源分布工作式一个作业由多机一个作业由多机一个作业由一台处理机完协同并行地完成协同串行地完成成，必要时才请求它机协作控制形式常采用浮动控制式采用专用控制式分布控制式

16、耦合度紧密耦合紧密、松散耦合松散、紧密耦合对互连网络的要求快速性、灵活性、可重构性专用性快速、灵活、简单、通用第 2 章 计算机指令集结构设计1 . 通常可按哪 5 个因素对计算机指令集结构进行分类？(1) 在 CPU 中操作数的存储法。(2) 指令中显式表示的操作数个数。(3) 操作数的寻址式。(4) 指令集所提供的操作类型。(5) 操作数的类型和大小。2. 在对计算机指令集结构进行分类的 5 个因素中，哪一种是各种指令集结构之间最主要的区别？CPU 中操作数的存储法，即在 CPU 中用来存储操作数的存储单元的类型，是各种指令集结构之间最主要的区别。3. 根据 CPU 部存储单元类型，可将指

17、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和通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？指令集结构类型优点缺点堆栈型是一种表示计算的简单模不能随机访问堆栈，从而很难生成有效代码。同时，由于型；指令短小堆栈是瓶颈，所以很难被高效地实现累加器型减少了机器的部状态；指由于累加器是唯一的暂存器，这种机器的存储器通信开销令短小最大寄存器型易于生成高效的目标代码所有操作数均需命名，且要显式表示，因而指令比较长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？主要有两个面的原因，一是寄存器和 CPU 部其他存储单元一样，要

18、比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。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？指令集结构类型优 点缺 点寄存器寄存器型简单，指令字长固定，是一种和 ALU 指令中含存储器操作数的指令集结构相简单的代码生成模型，各种指（0,3）比，指令条数多，因而其目标代码量较大令的执行时钟期数相近指令中的操作数类型不同。在一条指令中同时对寄存器存储器可以直接对存储器操作数进行一个寄存器操作数和存储器操作数进行编码，将访问，容易对指令进行编码，限制指令所能够表示的寄存器个数。由于

19、指令的（1,2）且其目标代码量较小操作数可以存储在不同类型的存储器单元，所以每条指令的执行时钟期数也不尽相同存储器存储器型是一种最紧密的编码式，无指令字长多种多样。每条指令的执行时钟期数也大不一样，对存储器的频繁访问将导致存储器（3,3）需“浪费”寄存器保存变量访问瓶颈问题8. 从当前的计算机技术观点来看，CISC 结构有什么缺点？（1）CISC 结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。（2）CISC 结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，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 结构指令系统的复杂性给 VLSI 设计增加了很大负担，不利于单片集成。（4）CISC 结构的指令系统中，多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。（5）在 CISC 结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。