计算机体系结构复习题(有答案)

《体系结构复习题》

一、选择题（15分）

1．计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是（）

A.汇编语言机器级---操作系统机器级---高级语言机器级

B.微程序机器级---传统机器语言机器级---汇编语言机器级

C.传统机器语言机器级---高级语言机器级---汇编语言机器级

D. 汇编语言机器级---应用语言机器级---高级语言机器级

2．对系统程序员不透明的是（）

A.Cache 存储器

B.系列几各档不同的数据通路宽度

C.指令缓冲寄存器

D.虚拟存储器

3．在计算机系统设计中，比较好的方法是（）

A.从上向下设计

B.从下向上设计

C.从两头向中间设计

D.从中间开始向上、向下设计

4．不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括（）

A.用统一的高级语言

B.用统一的汇编语言

C.模拟

D.仿真

5．堆栈型机器比通用寄存器型机器优越的是（）

A.支持先进先出类接替算法的求解

B.能更好地支持向量的运算

C.支持由逆波兰表达式将高级语言多元赋值语句直接编译生成堆栈指令程序

D.能优化存储器的空间利用率

6．浮点数尾数基值r m=8,尾数数值部分长6位，可表示的规格化最小正尾数为（）

A.0.5

B.0.25

C.0.125

D.1/64

7．在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）

A.截断法

B.舍入法

C.恒置“1”法

D.ROM查表法

8．ILLIAC Ⅳ是一种（）

A.流水线处理机

B.指令重叠处理机

C.阵列处理机

D.多处理机

9．能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属（）

A.MISD

B.SIMD

C.MIMD

D.SISD

10．非线性流水线是指（）

A.一次运算中使用流水线中多个功能段

B.一次运算中要多次使用流水线中的某些功能段

C. 流水线中的某些功能段在各次运算中的作用不同

D. 流水线中的各个功能段在各种运算中有不同的组合

11．流水机器对全局性的相关处理不包括（）

A.猜测法

B.提前形成条件码

C.加快短循环程序的执行

D.设置相关专用通路

12．外部设备打印机适合于连接（）

A.数组多路通道或选择通道

B.字节多路通道或选择通道

C.选择通道

D.任意一种通道

13．虚拟存储器常用的地址映像方式是（）

A.全相联

B.段相联

C.组相联

D.直接

14．下列关于虚拟存储器的说法，比较正确的是（）

A.访主存命中率随页面大小增大而提高

B.访主存命中率随贮存容量增加而提高

C.更换替换算法能提高命中率

D.在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率15．Cache存储器常用的地址映像方式是（）

A.全相联映象

B.页表法映象

C.组相联映象

D.段页表映象

16．对系统结构透明的是（）

A.字符行运算指令

B.主存地址寄存器

C.虚拟存储器

D.VLSI技术

17．汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经（）来实现的。

A.编译程序解释

B.汇编程序解释

C.编译程序翻译

D.汇编程序翻译

18．“从中间开始”设计的“中间”目前多数是在（）

A.传统机器语言机器级与微程序机器级之间

B.传统机器语言机器级与操作系统机器级之间

C.微程序机器级与汇编语言机器级之间

D. 操作系统机器级与汇编语言机器级之间

19．推出系列机的新机器，不能更改的是（）

A.原有指令的寻址方式和操作码

B.系统总线的组成

C.数据通路宽度

D.存储芯片的集成度

20．利用时间重叠概念实现并行处理的是（）

A.流水处理机

B.多处理机

C.并行（阵列）处理机

D.相联处理机

21．在相同机器字长和尾数位数的情况下，浮点数尾数基值取小，可使浮点数（）

A.运算过程中数的精度损失降低

B.数在数轴上的分布变密

C.可表示数的范围增大

D.可表示数的个数增多

22．当浮点数尾数的基值r m=16,除尾符之外的尾数机器位数为8位时，可表示的规格化最大尾数值是（）

A.1/2

B.15/16

C.1/256

D.255/256

23．尾数下溢处理方法中，平均误差可调整到零的方法是（）

A.舍入法

B.截断法

C.ROM 查表法

D.恒置“1”法

24．支持动态地址再定位的寻址方式是（）

A.基址寻址

B.间接寻址

C.变址寻址

D.直接寻址

25．磁盘外部设备适合于连接（）

A.数组多路通道或选择通道

B.字节多路通道或选择通道

C.数组多路通道或字节通道

D.任意一种通道

26．最能确保提高虚拟存储器访主存的命中率的改进途径是（）

A.增大辅存容量

B.采用FIFO替换算法并增大页面

C.采用LRU替换算法并增大页面

D.采用LRU替换算法并增大页面数

27．下列说法正确的是（）

A.Cache容量一般不大，命中率不会很高

B.Cache芯片速度一般比CPU的速度慢数十倍

C.Cache本身速度很快，但地址变换速度很慢

D.Cache 存储器查映象表和访问物理Cache其间可以流水，使速度与CPU匹配。28．与流水线最大吞吐率高低有关的是（）

A.各个子过程的时间

B.最快子过程的时间

C.最慢子过程的时间

D.最后子过程的时间

29．用循环表示PM2-1的互连函数，应该是（）

A.（6 4 2 0）（7 5 3 1）

B.（0 2 4 6 ）（1 3 5 7）

C.（0 1 2 3 4 5 6 7）

D.（7 6 5 4 3 2 1 0）

30．在共享主存的多处理机中，为减少访主存冲突，采用的方式一般是（）

A.并行多体交叉主存系统

B.虚拟存储器

C.共享Cache存储器

D.用高速单体主存储器

31．直接执行微指令的是（）

A.汇编程序

B.编译程序

C.硬件

D.微指令程序

32．从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）。

A.计算机软件所要完成的功能

B.计算机硬件的全部组成

C.编程要用到的硬件组织

D.计算机各部件的硬件实现

33．不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括（）

A.用统一的高级语言

B.用统一的汇编语言

C.模拟

D.仿真

34．多处理机主要实现的是（）

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

35．浮点数尾数下溢处理时，最大误差最大，但下溢处理不需要时间，平均误差又趋于零的方法是（）

A.截断法

B.舍入法

C.ROM 查表法

D.恒置“1”法

36．程序员编制程序所使用的地址是（）

A.有效地址

B.逻辑地址

C.辅存实地址

D.主存地址

37．通道流量是在某个时期单位时间内传送的字节数，这个时期应是（）

A.通道开始选择设备期

B.通道数据传送期

C.通道数据传送结束期

D.用户经访管指令进入管态，运行I/O管理程序的期间

38．用于虚拟存储器页面替换，且为堆栈型的算法是（）

A.随机法

B.相联目录表法

C.比较对法

D.近期最久未用法

39．与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（）

A.页地址流

B.页面调度策略

C.主存的容量

D.辅存的容量

40．采用组相联映象的Cache存储器，地址变换可用的方法是（）

A.目录表法

B.比较对法

C.页表法

D.堆栈法

41．组相联映象、LRU替换的Cache存储器，不影响Cache命中率的是（）

A.增加Cache中的块数

B.增大组的大小

C.增大主存容量

D.增大块的大小

42．指令间的“一次重叠”是指（）

A.“取指k+1”与“分析k”

B.“分析k+1”与“执行k”

C.“分析k”与“执行k+1”

D.“取指k+1”与“执行k”

43．静态流水线是指（）

A.只有一种功能的流水线

B.功能不能改变的流水线

C.同时只能完成一种功能的多功能流水线

D.可同时执行多种功能的流水线

44．在流水机器中，全局性相关是指（）

A.先写后读相关

B.先读后写相关

C.指令相关

D.由转移指令引起的相关

45．多处理机中在先的程序段1中的指令C←A*B和在后的程序段2中的指令A←D+E之间存在（）。

A.RA W数据相关

B.W AR数据相关

C.RAR数据相关

D.W AR数据相关

二、填空题（20分）

1. 实现程序移植的主要途径有统一高级语言、系列机、_____________和______________。2．从计算机处理数据的并行性看，由低到高的并行性等级，可有位串字串、位并字串、_____________和______________。

3．从对执行程序或指令的控制方式上，将计算机系统分为由控制驱动的控制流方式，由数据驱动的_____________流方式，按_____________驱动的规约方式等。

4．浮点数尾数基值增大，可使运算中的精度损失_____________，可表示数的精度变_____________。

5．评价存储器性能的基本要求是大容量、_____________和_____________。

6．Cache存储器是增加辅助_____________件，使之速度接近于Cache的，容量是_____________的。

7．设T1和T2为CPU访问到M1和M2中信息的时间，H为命中M1的概率，则由M1和M2构成的二级存储层次的等效访问时间应等于_____________。

8．在ILLIAC IV阵列机上，实现N个元素的累加和，相对单处理机上的顺序相加，速度提高的最大比值只是_____________倍。

9．就本质而言，并行性包含着_________________和_________________的二重含义。10．多处理机可用FORK、JOIN语句来管理进程的并行，其中，FORK用于_____________新的进程，JOIN用于_____________先前已并发的进程。

11. 系列机软件兼容必须做到_____________兼容，尽可能争取______________兼容。12．从计算机执行程序的并行性看，由低到高的并行性等级可分为_____________、指令之间、任务或进程间和_____________间四级。

13．沿时间重叠技术途径发展的同构型多处理机系统的典型代表是_____________处理机；

沿资源重复技术途径发展的同构型多处理机系统的典型代表是_____________处理机。14．自定义数据表示又分为_____________表示和_____________表示两类。

15．虚拟存储器对_____________程序员是透明的，对_____________程序员是不透明的（填“系统”或“应用”）。

16．在Cache存储器写操作中，只写入____________，仅当需要块替换时，才将其写回_____________。称这种修改主存块内容的方法为“写回法”。

17．8个结点的混洗网络，其混洗函数为Shuffle(P2 P1 P0)=_____________。

18．解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是_____________法和设置_____________法两种基本方法。

19．流水线消除速度瓶颈的方法有_________________和_________________两种。20．多处理机的程序段指令之间既有RA W相关，又有WAR相关，并且以交换数据为目的，则它们必须_____________，且读写要___________。

21. 开发并行性是为了并行处理，并行性又包括_____________和______________二重含义。

22. 提高计算机系统并行性的主要技术途径有时间重叠、_____________、和_____________。23．计算机按指令流和数据流及其多倍行分类，典型单处理机属于单指令流、单数据流；阵列处理机属_____________；多处理机属_____________。

24．浮点数阶码位数影响数的可表示_____________大小，尾数位数影响数的可表示_____________大小。

25．虚拟存储器主要是为解决主存_____________满足不了要求发展出来的；Cache 主要是解决主存_____________满足不了要求发展出来的

26．Cache存储器采用组相联的映象规则是组间_____________映象，组内各块间_____________映象。

27．多功能流水线各功能同时只能按某一种功能连接地称为_____________态流水线，同时可按不同运算或功能连接地称为_____________态流水线。

28．N个端的混洗交换网络中，最远的两个入、出端的二进制编号是_____________和_____________，其最大距离为2log2N-1。

29．多处理机有_________________和_________________两种基本构型。

30．多处理机实现的是_____________、_____________间的并行。

三、判断题（10分）

1．系列机可将单总线改成双总线以减少公用总线的使用冲突。（）

2．系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。（）

3．二进制数表示数据信息较之二—十进制数表示，其存储空间利用率低，运算速度要快。（）

4．对概率不等的事件用Huffman编码，其具体编码不唯一，但平均码长肯定是唯一的，且是最短的。（）

5．I/O系统所带外设种类数量多，速度差异大，适宜采用专用总线来作I/O总线。（）6．对标量数据来说，并行主存系统的实际频宽采用多体单字方式的要比采用单体单字方式组成的高。（）

7．Cache组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。（）

8．指令的重叠解释，即可加快程序的解释，又能加快指令的解释。（）

9．为了使阵列机在包括向量、数组、标量等各种题目上有尽可能高的速度性能，只需要在价格允许的情况下，尽可能增大处理单元数N即可。

10．在多处理机上，各个任务的执行时间不同时，在各处理机总的运行时间均衡的前提下，采用不均匀分配，让各处理机所分配的任务数要么尽量的多，要么尽量的少，这样，才可使总运行时间减少。（）

11．存储器采用单体单字，还是多体交叉并行存储，对系统结构设计应是透明的。（）12．系列机各档机器不同的数据总线线数，对计算机系统程序员和应用程序员都是不透明的。（）

13．多数I/O系统的结构应面向操作系统设计，考虑如何在操作系统与I/O系统之间进行合理的软、硬件功能分配。（）

14．在存储体系中，地址的映象与地址的变换没有区别。（）

15．Cache存储器等效访问速度达不到接近于第一级Cache的，可以增加Cache容量来解决。（）

16．只要将子程序进一步细分，就可以使流水线吞吐率进一步提高。（）

17．CRAY_1向量机相邻向量指令之间，既无向量寄存器组的使用冲突，又无流水线的功能部件争用，它们可以同时并行。（）

18．在集中式共享存储器的阵列处理机构形中，处理单元数N应大于或等于系统存储体体数K，是各个体都能充分忙碌的工作。（）

19．在多处理机系统中，两个程序段的变量可以顺序串行x和y之间，为了交换数据，程序段1中有x=y，程序段2中有y=x，则这两个程序段可以顺序串行和交换串行，也可以并行执行，不必采取专门的同步措施。

20．在多处理机上，各个任务的执行时间不同时，在各处理机总的运行时间均衡的前提下，采用不均匀分配，让各处理机所分配的任务数要么尽量的多，要么尽量的少，这样，才可使总运行时间减少。（）

21．软硬功能分配时，提高软件功能的比例会提高系统灵活性，也会提高解题速度。（）22．系列机应用软件应做到向前兼容，力争向下兼容。（）

23．在高性能计算机上，信息在存储器中应按整数边界存储，即使会造成存储空间浪费也问题不大。（）

24．中断嵌套时，在处理某级中断中的某个中断请求过程中是不能被同级的其他中断请求所中断的。（）

25．Cache组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。（）

26．流水线调度是看如何调度各任务进入流水线的时间，使单功能线性流水线有高的吞吐率和效率。（）

27．CRAY_1向量吉相邻向量指令之间，既无向量寄存器组的使用冲突，又无流水线的功能部件争勇，它们可以同时并行。（）

28．0~15共16个处理单元用Cube2单级互联网络连接，第10号处理单元将连至第8号处理单元。（）

29．N个输入、N个输出的立方体log2N级互联网络，在一次运行中，能实现任意一个入端连到任意一个出端，但不能实现这N个端子任意排列的连接。

30．在多处理机上，各个任务的执行时间不同时，在各处理机总的运行时间均衡的前提下，采用不均匀分配，让各处理机所分配的任务数要么尽量的多，要么尽量的少，这样，才可使总运行时间减少。（）

四、简答题（25分）

1．简要描述计算机系统结构、计算机组成与计算机实现的定义内容。

2．简要叙述模拟和仿真的异同点。

3．什么是峰值性能、持续性能？持续性能有哪几种表示方法？

4．实现软件移植的途径有哪些？各受什么制约？

5．什么是流水线的速度瓶颈？消除这种瓶颈的方法有哪两种？

6．在流水线中，什么是全局性相关？ 处理全局性相关的方法有哪些？ 简要说明。

7．多处理机操作系统有哪三种类型？各适合于哪类机器？

8．CISC 和RISC 机各有哪些主要特征？

9、简要叙述“阿姆达尔定律”的内容和含义。

10、RISC 机在CPU 内部设置大量寄存器，并采用窗口重叠技术有什么好处？

11、什么是资源冲突，什么情况下产生？如何解决？

13、提高计算机系统并行性的技术途径有哪三个 ？简要解释并各举一例。

14．、CPU 写Cache 时，会发生Cache 与贮存的对应复本内容不一致的现象，解决这个问题有哪些方法？ 各需要增加什么开销？

15．、计算机访存有哪二种局部性规律？什么是存贮器的层次结构？

五、设计与论述题（30分）。

1、 假设Cache 存储器的速度是主存储器速度的5倍，程序执行时90%的时间可以访问到

Cache 存储器，采用这种Cache 存储器后，加速比多大？（8分）

2、某一动态流水线有S1、S2、S

3、S4段，其特性有以下的预约表表示，

（1） 确定禁止表F 和冲突向量C 。（4分）

（2） 画出状态图，确定其最小平均等待时间和最佳调度方案，以及最大吞吐率。（8分）

3、试确定在下列两种计算机系统中计算算术表达式

S=A[1]B[1]+A[2]B[2]+A[3]B[3]+A[4]B[4]的时间

（1） 具有4个PE 的SIMD 系统

（2） 具有4个处理机的MIMD 系统

加法需要2个单位时间。乘法需要4个单位时间。取指令和取数据所需存储器访问时间忽略不计。数据从一个PE 到另一个PE 的传输时间均为一个单位时间。在SIMD 系统中，PE 间以线性环形连接，即每个PE 与两个相邻的PE 相连。在MIMD 系统中，每个PE 可以直接与其他的PE 通信。

4．CRAY_1机启动存储器、流水部件及寄存器写入各需一拍，“加”6拍，“乘”7拍，“访存”6拍。现有向量指令串：

V3←存储器

V4←V0+V1

V2←V4*V3

向量长度均为N ，计算指令串最短的执行时间。（给出必要的步骤和说明）

（1）三条指令串行执行；

（2）前两条并行执行后，再执行第三条指令；

（3）采用链接技术；

5、某一5段的流水线需经9拍才能完成一个任务，其预约表如下表示，

（3） 确定禁止表F 和冲突向量C 。

（4） 画出状态图，确定其最小平均等待时间、最大吞吐率及其调度方案。

S S S S

6、编号分别为0、1、2、…、7的8个处理器之间要求按下列配对通信：

（0、2），（1、3），（4、6），（5、7）。

试选择互联网络类型、控制方式及各级交换开关状态图。

系统结构标准答案（一）

一、1（a ）, 2(d), 3(d), 4(b), 5(c), 6(x)(1/86 ),7(a), 8(c), 9(c), 10(b), 11(d), 12(b), 13(a), 14(4), 15(c)

16（d ）, 17(d), 18(b), 19(a), 20(a), 21(b), 22(x) (1-1/168 )), 23(c), 24(a), 25(a), 26(d), 27(d), 28(c), 29(a), 30(a)，31（c ）, 32(c), 33(b), 34(b),35(d), 36(b), 37(b), 38(d), 39(d), 40(a), 41(c), 42(b), 43(c), 44(d), 45(b)

二、1. 模拟，仿真 2. 位片串字并，全并行 3.数据，需求 4.减小，低 5.高速度，低

价格 6.硬，主存 7. HT 1+(1-H) T 2 8.N/log 2N 9.同时性，并发性 10.派生，汇合

11.后，上 12.指令内部，作业和程序 13.流水线，阵列（并行） 14.带标志符数据表示，数据描述符 15.应用，系统 16.Cache ，主存 17. P 1 P 0 P 2 18.推后法，设置相关专用通路 19.平静子程序进一步细分，瓶颈子程序并联多套 20.并行，完全同步

21.同时性，并发性 22.资源重复，资源共享 23. 单指令流、多数据流，多指令流、多数据流 24.范围，精度 25.容量，速度 26.直接，全相联 27.静，动 28.全“0”，全“1” 29.紧密耦合，松散耦合 30.作业，任务

三、1.(对) 2.(错) 3.(错) 4.(对) 5.(错) 6.(对) 7.(错) 8.(错) 9.(错) 10.( 错)

11.(对) 12.(错) 13.(对) 14.(错) 15.(对) 16.(错) 17.(对) 18.(错) 19.(错)

20.(对) 21.(错) 22.(错) 23.(对) 24.(对) 25.(错) 26.(错) 27.(对) 28.(错)

29.(对) 30.(对)

四、

1．计算机系统结构是指多级层次结构中传统机器级的结构，它是软件和硬件/固件的主要交界面，是让编制的机器语言程序、汇编语言源程序及高级语言源程序编译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所看到的计算机属性。

S S S S S

计算机组成，主要指的是机器级内部数据流和控制流的组成及逻辑设计。它主要与计算机操作的并行度、重叠度及部件的共享度等有关，直接影响系统的速度与价格。

计算机实现是计算机组成的武力实现。它着眼于用什么样的器件技术和微组装技术。它也直接影响系统的速度和价格。

2．模拟和仿真能在结构不同的机器之间实现机器语言程序的移植。模拟是用机器语言程序解释另一机器的机器指令实现软件移植的方法。模拟方法在机器指令系统差异比较大时，会使程序运行速度严重下降。仿真是用微程序直接解释另一机器的机器指令实现软件移植的方法。仿真可以提高被移植软件运行速度，但及其结构差异较大时，很难实现。

区别是模拟用机器语言解释，其解释程序在主存中；仿真用微程序解释，其解释程序在控制存储器中。

3．峰值性能是指在理想的状况下计算机系统可获得的最高理论性能值，它不能真实反映系统的实际性能。

持续性能又称实际性能，使计算机系统可获得的平均理论性能值，通常用算术平均、几何平均、和调和平均三种方法表示

4．CISC设计风格的主要特点是：

(1)指令系统复杂；

(2)绝大多数指令需要多个机器周期方可执行完毕；

(3)各种指令都可访问存储器；

(4)采用微程序控制；

(5)有专用寄存器；

(6)难以用优化编译器生成高效的目标代码程序。

RISC机的特点：

(1)简化指令系统；

(2)除了LOAD/STORE指令外，所有指令都在一个时钟周期内执行完毕；

(3)除了LOAD/STORE指令外，其余指令只与寄存器打交道；

(4)绝大部分采用硬联线控制，不用或少用微程序实现；

(5)使用较多的通用寄存器，一般至少有32个，绝没有专用寄存器；

(6)采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序。

5．

计算机访存有两种局部性规律：

（1）时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能很快会再次被访问。

（2）空间局部性：如果一个存储项被访问，则其领近的项也可能很快被访问。

存储器的层次结构是指：构成存储系统有n 种不同的存储器（M1~ M2）之间，增加辅助的软件或硬件，使之从应用程序员角度上看，他们在逻辑上是一个整体。使得存储层次的等效访问速度接近于最高层M1 ，容量接近于最底层M n ，每位价格也接近于M n ，典型的层次存储结构如：Cache存储器—〉主存—〉虚拟存储器。

6．实现软件移植的主要途径有：统一高级语言、采用系列机、模拟和仿真等。

统一高级语言：只能实现高级语言软件的移植，目前高级语言种类繁多，无法完全统一成一种。

系列机：由于系列内各档机器的结构变化不能太大，到一定时候会阻碍系列发展。只能实现在结构相同或相近的机器间的汇编语言应用软件的移植。

模拟：用宿主机的机器指令解释，机器语言差别大时，速度慢。

仿真：用宿主机的微程序解释，机器差别大时，仿真难、仿真效率和灵活性差。7．一个由若干段组成的流水线，在达到稳定状态后所获得的吞吐率与其中延迟最大的那一

段长度有关，这一段就成为影响流水线速度的瓶颈。

消除流水线速度瓶颈的方法主要有两种：（1）尽量采取将瓶颈子过程再细分，使之接近于流水线其他段的工作速度。（2）将多个瓶颈子过程并联。

8．全局性相关是指转移指令与其后续指令之间的相关。

处理方法有：

（1）猜测法：猜中其中一条分支，预取指令。待条件码形成后决定是否继续执行。

（2）提前形成转移所需条件。

（3）加快短循环程序处理。

9．多处理机操作系统有主从型、独立监控型和浮动监控型3类。

主从型适合于工作负荷固定，逐级功能较强、从及功能较弱的异构型多处理机系统。 独立监控型适合于松耦合的多处理机系统。

浮动监控型适合于紧耦合的多处理机系统。

10．计算机系统的3T 性能目标是：1 TFLOPS 的计算能力， 1 TByte 的主存容量，1 特TByte/s 的I/O 系统带宽。

11．“阿姆达尔定律”是指：系统中对某一部件采用某种更快执行方式所能获得的系统性能改进程度，取决于这种执行方式被使用的频率，或所占总执行时间的比例。

实际上定义了采取增强某部分功能处理后可获得的性能改进或执行时间的加速比。即

12．RISC 机在CPU 内部设置大量寄存器和采用寄存器窗口重叠技术可以缩短CALL 和RETURN 语句的操作时间。采用寄存器窗口重叠技术，可在发生过程调用或返回时，过程参数能自动传送而不需要再用额外的传送时间，所以使处理器与存储器之间的代码传送量大大减少。

13．资源相关是指，当有多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一功能部件所发生的冲突。

解决方法是：（1）后条指令停顿一派流水线；

（2）重复设置发生冲突的功能部件。

14．有时间重叠、资源重复、资源共享等三个途径。

时间重叠是让多个处理过程在实践上相互错开，轮流使用统一硬件设备的各个处理部分，以加快执行速度的方法。如流水线处理机CRAY -1。

资源重复是通过重复设置硬件资源来提高性能。如阵列处理机ILLIAC-Ⅳ。

资源共享是利用软件方法让多个用户共享同一套资源，来提高资源利用率和系统性能的。 如多道程序分时系统、多处理机、分布处理系统、计算机网等。

15．写回法：CPU 只写入Cache ，不写入主存，仅当Cache 块替换时，才先写回主存后再替换。要求对每个Cache 块增加一个修改位的资源开销。

全写法（写直达法）：CPU 每次写Cache 的同时，也直接写入主存。要增加写主存的时间开销。

五、

1．57.228.0159.09.011)1(1

==+-=+

-=e e e p r f f s

2．（1）禁止表F={2,4,6}，冲突向量

C=101010

最佳调度方案=（1，7）或（3，5），最小平均延迟= 4，最大吞吐率=1/4 （3）（1）SIMD系统：

乘法运算时间：4个PE并行执行：时间= 4

（PE1=A[1]B[1], PE2=A[2]B[2], PE3=A[3]B[3], PE4=A[4]B[4]）加法时间：传送时间：（PE2—〉PE1 ，PE3—〉PE4 ，并行）= 1

加法时间：（PE1=PE2+PE1 ，PE4=PE3+PE4 ，并行）=2 加法时间：传送时间：（PE1—〉PE4 ）=1

加法时间：（PE1=PE4+PE1）=2

最短执行时间=4+1+2+1+2=10（个时间单位），结果在PE1 处理单元中）

（2）MIMD系统：执行时间=10个时间单位。

3．单独流水：V3←存储器：1（启动访存）+6（访存）+1（打入V3）+ N-1 = 7+N V4←V0+V1：1（启动加）+6（加）+1（打入V4）+ N-1 = 7+N

V2←V4*V3：1（启动乘）+7（乘）+1（打入V2）+ N-1 = 8+N

（1）（7+N）+(7+N)+(8+N)=22+3N（拍）

（2）(7+N)+(8+N)=15+2N（拍）

（3）(7+1)+(8+N)=16+N（拍）

4．禁止表F={1,3,4,8} 冲突向量C=(10001101)

状态转换图：见图2-5-2

最小平均等待时间=3.5拍，最大吞吐率为T p max=1/3.5（任武/拍）

最佳调度方案：（2，5）、（5，2）

5．配对关系：（0、2）是（000，010）

（1、3）是（001，011）

（4、6）是（100，110）

（5、7）是（101，111）

规律是二进制编号为P2P1P0的处理器与二进制编号为P2P1P0的处理器配对交换数据。所以采用级控制多级立方体互连网络。

因为N=8，由n=log28=3级组成，每级二功能交换单元个数2N/2=4，互连函数为Cube(P2 P1 P0)= P2 P1 P0 ，第0、2级直通，第1级交换。即级控信号为P2 P1 P0=010互连网络拓扑结构为：见教材图9.20

6．Huffman树图略。

等长操作码平均码长为log214=4位；Huffman编码平均码长为∑

=

=?

14

1

38 .3

i

i

i

l

p位

采用两种码长的扩展操作码编码为：

000~101对应频度为0.15、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11的指令操作码，110、111作为扩展码，在扩展出两位码：11000、11001、11010、11011；11100、11101、11110、11111

分别对应频度较低的8条指令。平均码长为∑

=

=

?

+

?

=

?

14

1

4.3

2.0

5

80

.0

3

i

i

i

l

p位

计算机体系结构论文

计算机体系结构论文 论文题目：计算机系统结构中多处理机技术姓名：XXX 班级：XXX 学号：XXXX

摘要：多处理机是指能同时执行多个进程的计算机系统.多处理机通过共享的主存或输入/输出子系统或高速通信网络进行通信。利用多台处理机进行多任务处理，协同求解一个大而复杂的问题来提高速度，或者依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用行。该文介绍了微处理器的发展、多处理机的总线以及处理机系统中通信和存储技术的发展和两种特殊的多处理机系统结构，以及现今几种典型的并行计算机体系结构及处理机分配与调度策略。而本篇论文主要根据所阅读的文章进行扩展延伸，主要介绍了多处理机技术，它的总线以及分配调度方面。 关键字：多处理机；体系结构；总线；调度 引言： 微电子技术和封装技术的进步，使得高性能的VLSI微处理器得以大批量生产，性能价格比不断合理，这为并行多处理机的发展奠定了重要的物质基础。计算机系统性能增长的根本因素有两个：一个是微电子技术，另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来，人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等_系列并行处理技术，提高计算机处理速度，增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容，已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。 多处理机的介绍： 多处理机是指能同时执行多个进程的计算机系统。 由于超大规模集成电路(VLSI)技术迅速发展的结果，多处理技术能够充分地发挥高性能的32位微处理机的有效性，用大量低价格的部件配置高性能的计算机结构系统.以典型的

计算机系统结构三四章作业及答案

3.1 简述流水线技术的特点。（1） 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。（2） 流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和断流。（3） 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器。（4） 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发挥流水线的效率。（5） 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。 3.2 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 3.3 有一条指令流水线如下所示： （1 用两给出条指 （1） （24? 变八级流水线（细分） ? 重复设置部件 )(ns 85 1 T n TP 1pipeline -== 3.4 有一个流水线由4段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ，问： （1）当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？ （2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2△t 输入一个任务，连续处理10个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？ （3）当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？ 解：（1）会发生流水线阻塞情况。

（2） （3）重复设置部件 吞吐率提高倍数＝ t t ??2310 75 ＝1.64 3.5 有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ，画出时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。 ＋B 4；再计算由图可见，它在18个△t 时间中，给出了7个结果。所以吞吐率为： 如果不用流水线，由于一次求积需3△t ，一次求和需5△t ，则产生上述7个结果共需（4×5+3×3）△t =29△t 。所以加速比为： 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得： 3.6 在一个5段流水线处理机上,各段执行时间均为△t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 段23 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D

计算机体系结构期末复习

计算机体系结构期末复习资料 1.并行性：是指在同一时刻或者是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。 2.CPI：每条指令执行时所花费的平均时钟周期。 3.体系结构：即计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 4.Amdahl定理：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。 5.信息存储的整数边界：信息在主存中存放的起始地址必须是该信息（字节数）的整数倍。 6.指令系统的正交性：指在指令中各个不同含义的字段，在编码时应互不相关，相互独立。 7.流水线技术：是指将一个重复的时序过程，分解成为若干子过程，而每个过程都可有效在其专用功能段上与其他子过程同时执行。 8.定向技术：在某条指令产生一个结果之前，其他指令并不直接需要该计算结果，如果能将该计算结果从其他产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，那么就可以避免暂停的技术就叫定向技术。 9.相关：衡量两个随机变量之间相关程度的指标。 10.向量流水处理机：是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。、

11.定向：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。 12.指令集的并行：当指令之间不存在相关时，它们在流水线中是可以重叠起来并行执行。 13.记分牌技术：流出和读操作数。在没有结构冲突时,尽可能早地执行没有数据冲突的指令,实现每个时钟周期执行一条指令。如果某条指令被暂停,而后面的指令与流水线中正在执行或被暂停的指令都不相关,是这些指令可以跨越它,继续流出和执行下去。 14.Tomasulo算法：寄存器换名是通过保留站和流出逻辑来共同完成,当指令流出时,如果其操作数还没有计算出来,则该指令中相应的寄存器换名将产生这个操作数的保留站的标识。因此,指令流出到保留站后,其操作数寄存器或者换成了数据本身,或换成了保留站的标识,和寄存器无关。后面指令对该寄存器的写入操作就不会产生WAR冲突。 15.替换算法：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。

计算机体系结构复习计算题

1. 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少 根据Amdahl 定律可知： 系统加速比 ＝ ＝ ＝ 由题可知： 可改进比例 = 40% = 部件加速比 = 10 系统加速比 = 采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高倍。 2. 假设一台计算机的I/O 处理占10％，当其CPU 性能改进到原来的10倍时，而I/O 性能仅改进为原来的两倍时，系统总体性能会有什么改进 加速比＝1/（10%/2+90%/10）= 本题反映了Amdahl 定律，要改进一个系统的性能要对各方面性能都进行改进，不然系统中最慢的地方就成为新系统的瓶颈。 3. 双输入端的加、乘双功能静态流水线有1、2、3、4四个子部件，延时分别为Δt, Δt, 2Δt, Δt ，“加”由1→2→4组成，“乘”由1 →3→4组成，输出可直接返回输入或锁存。现执行 ∑=*+4 1 ])[(i i i i c b a （1） 画出流水时空图，标出流水线输入端数据变化情况。 （2） 求运算全部完成所需的时间和流水线效率。 （3） 找出瓶颈子过程并将其细分，重新画出时空图并计算流水时间和效率。 （1） （2）由上图可知，全部运算完的时间是23Δt 。 92 37 23437=???= t t η （3） 部件 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 结果 输入 a 1 a 2 a 3 a 4 a 1+b 1 a 2+b 2 a 3+b 3 a 4+b 4 ① ③ ⑤ b 1 b 2 b 3 b 4 c 1 c 2 c 3 c 4 ② ④ ⑥ Δt 4 3 2 1

计算机系统结构网上作业

计算机系统结构作业参考答案 一、 1、试述现代计算机系统的多级层次结构。 计算机系统具有层次性，它由多级层次结构组成。从功能上计算机系统可分为五个层次级别：第一级是设计级。这是一个硬件级，它由机器硬件直接执行。 第二级是一般机器级，也称为机器语言级。它由微程序解释系统.这一级是硬件级。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令。这一级也称混合级。 第四级是汇编语言级。它给程序人员提供一种符号形式的语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持执行。 第五级是高级语言级。这是面向用户为编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言支持。 2、试述RISC设计的基本原则和采用的技术。 答：一般原则： (1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能 的指令，大大减少指令条数，一般使之不超过100条； (2)减少寻址方式种类，一般不超过两种； (3)让所有指令在一个机器周期内完成； (4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数； (5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现； (6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。

基本技术： (1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。 (3)用重叠寄存器窗口。即：为了减少访存，减化寻址方式和指令格式，简有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存嚣，井让各过程的寄存器窗口部分重叠。 (4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。 (5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译，还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。 3、试述全相联映像与直接映像的含义及区别 （1）全相连映像 主存中任何一个块均可以映像装入到Cache中的任何一个块的位置上。主存地址分为块号和块内地址两部分，Cache地址也分为块号和块内地址。Cache的块内地址部分直接取自主存地址的块内地址段。主存块号和Cache块号不相同，Cache块号根据主存块号从块表中查找。Cache保存的各数据块互不相关，Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储。当请求数据时，Cache控制器要把请求地址同所有的地址加以比较，进行确认。 （2）直接映像 把主存分成若干区，每区与Cache大小相同。区内分块，主存每个区中块的大小和Cache 中块的大小相等，主存中每个区包含的块的个数与Cache中块的个数相等。任意一个主存块只能映像到Cache中唯一指定的块中，即相同块号的位置。主存地址分为三部分：区号、块号和块内地址，Cache地址分为：块号和块内地址。直接映像方式下，数据块只能映像到Cache中唯一指定的位置，故不存在替换算法的问题。它不同于全相连Cache，地址仅需比较一次。 （3）区别： 全相连映像比较灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全部装满后才会出现冲突，Cache 利用率高。但地址变换机构复杂，地址变换速度慢，成本高。 直接映像的地址变换简单、速度快，可直接由主存地址提取出Cache地址。但不灵活，块冲突率较高，Cache空间得不到充分利用。 4. 画出冯?诺依曼机的结构组成？

系统结构期末考试试题及答案

得分 评分人 填空题: （20分，每题2 分） 单选题：（10分，每题1分） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B. 一个虚页只装进固定的主存实页位置 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ） 得分 注：1、共100分，考试时间120分钟。 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ A. 目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对 （B ）是透明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） C. 组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、（ C ） 属于MIMD 系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D. 阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、 计算机使用的语言是（B ） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（ C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 &块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（A ） A.直接 B .组相联 C .段相联 D .全相联 9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响 Cache 命中率的是（B ） A.增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数 10、 流水处理机对全局性相关的处理不 包括（C ） A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路

《计算机系统结构》练习题C

《计算机系统结构》练习题C 一、填空题 1.Flynn分类法将计算机系统结构分成四类，即( )、（）、（）、（）。 2.软件兼容有（）、（）、（）、（）四种，其中（）是系列机的根本特征。 3.相关有三种类型，包括（）、（）、（）。 4.存储层次结构设计技术的基本依据是（），它包括（）和（）。 5.“主存-辅存”层次的目的是为了弥补主存的（）的不足；“Cache-主存”层次的目的是 为了弥补主存（）的不足。 二. 简要回答下列各题 1. 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？ 2. 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？ 3. 多级存储层次： 4. 同步总线及其优缺点？ 5. 指令的执行可采用顺序执行、重叠执行和流水线三种方式，它们的主要区别是什么？各有何优缺点。 6. 试比较三种通道的优缺点及适用场合。 三、某台主频为400MHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下： 求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。 四、有一指令流水线如下所示 出 50ns 50ns 100ns 200ns （1）求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率； （2）该流水线的“瓶颈”在哪一段？ 五、 （1） （2）若通道的最大流量等于实际工作流量，求通道的工作周期Ts+T D。 六、应用题 1．计算机系统有3个部件可以改进，这3个部件的加速比如下： 部件加速比S1 = 30，部件加速比S2=20，部件加速比S3=10 问：（1）简述Amdahl定律。 （2）如果部件1和部件2的可改进比例分别为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统的加速比才能超过10？

计算机系统结构论文

计算机系统结构论文 计算机系统结构中多处理机技术 摘要：多处理机通过共享的主存或输入/输出子系统或高速通信网络进行通信。利用多台处理机进行多任务处理，协同求解一个大而复杂的问题来提高速度，或者依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用行。该文介绍了微处理器的发展、多处理机的总线以及处理机系统中通信和存储技术的发展和两种特殊的多处理机系统结构。 关键词：多处理机；体系结构；总线 微电子技术和封装技术的进步，使得高性能的VLSI 微处理器得以大批量生产，性能价格比不断合理，这为并行多处理机的发展奠定了重要的物质基础。 计算机系统性能增长的根本因素有两个：一是微电子技术，另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来，人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等一系列并行处理技术，提高计算机处理速度，增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容，已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。

1 微处理器的发展 20 世纪80 年代中期，RISC 精简指令集计算机，用20%指令的组合实现了CISC 计算机指令系统不常用的80%指令的功能。在提高性能方面，RISC 采用了超级流水线、超级标量、超长指令字并行处理结构；多级指令Cache；编译优化等技术，充分利用RISC 的内部资源，发挥其内部操作的并行性，从而提高流水线的执行效率。20 世纪80 年代后期，RISC 处理机的性能指标几乎以每年翻一番的速度发展，它对于提高计算机系统的性能和应用水平起着巨大的作用。 目前，由Intel 和HP 两家公司联合开发的基于IA—64 架构的Merced 芯片，并由其共同定义的显式并行指令计算技术EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing )，将为微处理器技术的发展带来突破性进展。EPIC 技术主要指编译器在微处理器执行指令之前就对整个程序的代码作出优化安排，编译器分析指令间的依赖关系，将没有依赖关系的指令(最多3 个)组成一“组”，由Merced内置的执行单元读入被分成组的指令群并执行。从理论上讲，EPIC 可以并行执行3 倍于执行单元数的指令。64 位体系结构的Merced 芯片还采用了指令预测、数据预装等技术，可以显著地减少实际执行程序的长度，同时增强语句执行的并行性，经过代码的重组，程序的执行时间比基于传统体系结构

高级计算机体系结构作业汇总(非标准答案)

1.Explain the Concepts Computer Architecture 系统结构 由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性。即计算机系统的软硬件界面。 Advanced CA 高级系统结构 新型计算机系统结构。基于串行计算机结构，研究多指令多数据计算机系统，具有并发、可扩展和可编程性。为非冯式系统结构。 Amdahl law Amdahl定律 系统中某部件由于采用某种方式时系统性能改进后，整个系统性能的提高与该方式的使用频率或占的执行时间的比例有关。 SCALAR PROCESSING 标量处理机 在同一时间内只处理一条数据。 LOOK-AHEAD 先行技术 通过缓冲技术和预处理技术，解决存储器冲突，使运算器能够专心与数据的运算，从而大幅提高程序的执行速度。 PVP 向量型并行计算处理机 以流水线结构为主的并行处理器。 SMP 对称多处理机系统 任意处理器可直接访问任意内存地址,使用共享存储器，访问延迟、带宽、机率都是等价的。MPP 大规模并行计算机系统 物理和逻辑上均是分布内存，能扩展至成百上千处理器，采用专门设计和定制的高通信带宽和低延迟的互联网络。 DSM 分布式共享存储系统 内存模块物理上局部于各个处理器内部,但逻辑上是共享存储的。 COW 机群系统 每个节点都是一个完整的计算机，各个节点通过高性能网络相互连接，网络接口和I/O总线松耦合连接，每个节点有完整的操作系统。 GCE 网格计算环境 利用互联网上的计算机的处理器闲置处理能力来解决大型计算问题的一种科学计算。 CISC 复杂指令集计算机

通过设置一些复杂的指令，把一些原来由软件实现的常用功能改用硬件实现的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度。 RISC 精简指令集计算机 尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完的指令，而把复杂指令用段子程序来实现。 VMM 虚拟机监视器 作为软硬件的中间层，在应用和操作系统所见的执行环境之间。 SUPERCOMPUTER 超级计算机 数百数千甚至更多的处理器组成的能计算普通计算机不能完成的大型复杂问题的计算机。SVM 共享虚拟存储器 存储器虚拟化为一个共享的存储器，并提供单一的地址空间。 MAINFRAME 大型计算机 作为大型商业服务器，一般用于大型事务处理系统，特别是过去完成的且不值得重新编写的数据库应用系统方面。 COMPUTER SYSTEM ON CHIP 片上计算机系统 在单个芯片上集成的一个完整系统。 PARALLEL ARCHITECTURE INTO SINGLE CHIP 单片并行结构 在单个芯片上采用的并行体系结构 MOORE law Moore定律 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 UMA 一致存储访问 采用集中式存储的模式，提供均匀的存储访问。 NUMA 非一致存储访问 内存模块局部在各个结点内部，所有局部内存模块构成并行机的全局内存模块。 COMA 全高速缓存存储访问 采用分布式存储模式，通过高速缓存提供快速存储访问。 CC-NUMA 全高速缓存非一致性均匀访问 存在专用硬件设备保证在任意时刻，各结点Cache中数据与全局内存数据的一致性。NORMA 非远程存储访问

计算机系统结构期末考试题目

第一章： 1.计算机系统结构的定义 答：由程序设计者看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。 2.透明性概念 答：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。 3.兼容性向后兼容 兼容性：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，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。 向后兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行于在它之后投入市场的机器。 4.Amdahl定律 答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。 5.CPI 答：每条指令的平均时钟周期数。 6.MIPS 答：每秒百万条指令数！MIPS=时钟频率/(CPI*10^6) 7.MFLOPS 答：每秒百万次浮点操作次数。MFLOPS=程序中的浮点操作次数/(执行时间*10^6) 8.命中率的概念 答： 9.Flynn分类法是按指令流和数据流的多倍性特征进行计算机系统结构的划分 答：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（实际不存在）④多指令流多数据流MIMD 10.计算机系统设计的定量原理（四个） 答：①加快经常性事件的速度②Amdahl定律③CPU性能公式④访问的局部性原理11.CPI和加速比的计算 答：CPI=CPU时钟周期数/IC CPU时间=CPU时钟周期数/频率 CPU时间=CPU时钟周期*时钟周期长 加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施前的性能） =(没有采用改进措施前执行某任务的时间)/(采用改进措施后执行某任务的时间) 12.软硬件实现的特点 硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少 软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多 13.系统评价的标准 ①运算速度②存储器系统③其他性能④成本标准

《计算机体系结构》期末复习题标准答案

《计算机体系结构》期末复习题答案

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《计算机体系结构》期末复习题答案 系别_________ 班级_________ 姓名__________ 学号__________ 一、填空题（每空1分） 1.按照弗林（Flynn）分类法，计算机系统可以分为4类：SISD计算机、（SIMD计算机）、（MISD计算机）和（MIMD计算机）。 2. 改进之后的冯?诺依曼计算机的只要特点是存储器为中心，总线结构，分散控制。 3. 当前计算机系统中的存储系统是一个层次结构，其各层分别为：（通用寄存器，高速缓存，主存，辅存，脱机大容量存储器）。 4.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：（全向量方式，直接相联方式，组相联方式）。 5.虚拟存储器的三种管理方式是（段式管理，页式管理和段页式管理）。 6.目前计算机中常用数据有（用户定义数据，系统数据和指令数据）三种类型。 7.通常可能出现的流水线的相关性有（资源相关，数据相关和控制相关）。 8.解决中断引起的流水线断流的方法有（不精确断点法和精确断点法）。 9.目前向量处理机的系统结构有两种：（存储器－存储器型和寄存器－寄存器型）。 10.通用计算机基本指令分为5类，它们分别是：（数据传送类，运算类，程序控制类，输入输出类，处理机控制和调试类）。 11．执行指令x1=x2+x3；x4=x1-x5会引起（RAW）类型的数据相关，执行指令x5=x4*x3；x4=x0+x6会引起（W AR）类型的数据相关，执行指令x6=x1+x2；x6=x4*x5会引起（WA W）类型的数据相关。 12．多计算机网络中，通常出现的4种通信模式是（单播模式，选播模式，广播模式和会议模式）。 13.传统的冯?诺依曼计算机是以控制驱动方式工作，以数据驱动方式工作的典型计算机是（数据流计算机），以需求驱动方式工作的典型计算机是（归约机），以模式匹配驱动方式工作的典型计算机是（人工智能计算机）。 二、名词解释（每题2分） 1.计算机体系结构： 计算机系统结构就是计算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，是硬件子系统的概念结构及其功能特性。 2.系列机： 所谓系列机是指同一厂家生产的具有相同的系统结构，但采取了不同的组成和实现的技术方案，形成了不同型号的多种机型。 3.模拟: 模拟是指用软件的方法在一台计算机上，实现另一台计算机的指令系统，被模拟的机器是不存在的，称为虚拟机，执行模拟程序的机器称宿主机。 4.程序的局部性原理: 程序访问局部性原理说明了计算机在程序执行过程中呈现出的一种规律，即程序往往重

计算机体系结构习题答案解析

第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 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，每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。 虚拟机：用软件实现的机器。 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。 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。 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。 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。 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。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 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。 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。 CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。 存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。其基本点是指令驱动。程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。 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。 软件兼容：一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行。差别只是执行时间的不同。 向上（下）兼容：按某档计算机编制的程序，不加修改就能运行于比它高（低）档的计算机。 向后（前）兼容：按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改地就能

2020.4《计算机体系结构》期末试卷A含答案

《计算机体系结构》期末考试A卷 (总分：100分，时间：100分钟) 姓名：周元华 专业：计算机科学与技术 学号： 18260070164016 学习中心：上海弘成 一、填空题（每空1分，共14分） 1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：全向量方式，直接相联方式，组相连方式。 2.虚拟存储器的三种管理方式是段式管理，页式管理和 段页式管理。 3.从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了提高速度，而“主存—辅存”层次的目的是为了扩大容量 4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据相关冲突可分为读与写（RAM）、写与读（WAR）和写与写（WAW）三种类型。 5.当代计算机体系结构的概念包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容 二、名词解释（每题2分，共16分） 计算机体系结构： 计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。其中计算机理论组成部分并不单与某一个实际硬件相挂钩，如存储部分就包括寄存器、内存、硬盘等。 兼容机： 兼容机，就是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。简单点说，就是非厂家原装，而改由个体装配而成的机器，其中的元件可以是同一厂家出品，但更多的是整合各家之长的 计算机。 写直达法： 写直达法一般指全写法。全写法（write-through）：又称写直达法、写穿法，透写法，Cache使 用方式之一。 高速缓冲存储器: 高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快 的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM 技术，也有快取记忆体的名称。 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成， 容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介 于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速 缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 高速缓冲存储器最重要的技术指标是它的命中率。 延迟转移技术： 在转移指令之后插入一条或几条有效的指令。当程序执行时，要等这些插入的指令执行完成 之后，才执行转移指令，因此，转移指令好像被延迟执行了，这种技术称为延迟转移技术。 线性流水线： 线性流水线就是由一整套工艺串联而成的生产线。 流水线又称为装配线,一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工 作，以提高工作效率及产量；按照流水线的输送方式大体可以分为：皮带流水装配线、板链线、 倍速链、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。 输送线的传输方式有同步传输的/（强制式），也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的 选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。 流水线的吞吐率： 流水线的吞吐率是单位时间内流水线处理的任务数。 并行性： 并行性是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时间完成两种或两种以 上工作。它包括同时性与并发性两种含义。同时性指两个或两个以上事件在同一时刻发生。并发 性指两个或两个以上事件在同一时间间隔发生。 三、简答题(每题5分，共30分） 1.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一 级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一 级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指 令各需要用多少时间(ns)? 答：第1级：1条1级指令 K ns 第2级：1条2级指令N条1级指令 1*N*K ns = NK ns 第3级：1条3级指令N条2级指令 1*N*NK ns =N2K ns 第4级：1条4级指令N条3级指令 1*N*NNK ns =N3K ns 2.根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 答：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 3.简述组相联映象规则。 答：(1)主存与缓存分成相同大小的数据块。(2)主存和Cache 按同样大小划分成组。(3)主存容量 是缓存容量的整数倍,将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同 4.引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持Cache 的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？ 答：不一致的原因：（1）由于CPU写Cache，没有立即写主存 （2）由于I/O处理机或I/O设备写主存 采取措施： （1）全写法，亦称写直达法（WT法-Write through） 方法：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入 （2）写回法（WB法-Write back） 方法：在CPU执行写操作时，只写入Cache，不写入主存。 5.按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两 类？ 答：（1）静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。 （2）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。 6.Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机分 成哪几类？ 答：Flynn分类法，根据计算机中指令和数据的并行状况把计算机分成： （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.。 四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分共40分） 1.一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每 个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。 （1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。 （2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。

计算机系统结构练习题及答案

计算机系统结构练习题及答案 第一章计算机系统结构的基本概念 (一)单项选择题(在下列每小题的四个备选答案中，只有一个答案是正确的) 1. 计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是___。 A. 汇编语言机器级――操作系统机器级――高级语言机器级 B. 微程序机器级――传统机器语言机器级――汇编语言机器级 C. 传统机器语言机器级――高级语言机器级――汇编语言机器级 D. 汇编语言机器级――应用语言机器级――高级语言机器级 答案:B 难度:1 初级、中级适于级别: 2. 汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经___ 来实现的。 .A. 编译程序解释 B. 汇编程序解释 C. 编译程序翻译 D. 汇编程序翻译 答案:D 难度:1 适于级别:初级、中级 3. 直接执行微指令的是___。 A. 汇编程序 B. 编译程序 C. 硬件 D. 微指令程序 答案: C 难度:1 适于级别:初级、中级

4. 对系统程序员不透明的应当是___。 A. Cache存贮器 B. 系列机各档不同的数据通路宽度 C. 指令缓冲寄存器 D. 虚拟存贮器 答案: D 难度:1 适于级别:初级、中级 5. 对应用程序员不透明的是___。 A. 先行进位链 B. 乘法器 C. 指令缓冲器 D. 条件码寄存器 答案:D 难度:1 适于级别:初级、中级 。 6. 对机器语言程序员透明的是___ A. 中断字 B. 主存地址寄存器 C. 通用寄存器 D. 条件码 答案:B 难度:1 适于级别:初级 7. 计算机系统结构不包括___。 A. 主存速度 B. 机器工作状态 C. 信息保护 D. 数据表示 答案: A 难度:1 适于级别:初级、中级

计算机网络体系结构论文

计算机网络体系结构 摘要：计算机冈络体系结构描述了计算机网络功能实体的划分原则及其相互之间协同工作的方法和规则。本文主要介绍的是现在应用比较广泛的层次型网络体系结构，OSI基本参考模型，计算机网络的七层通信协议的主要功能及其之间的关系，并简单介绍了TCP/IP四层通信模型。 关键字：计算机网络，层次型网络体系结构，OSI，TCP/IP 上世纪60年代末期，早期的网络都是各公司根据用户的要求而设计的。虽然用户的应用要求千变万化，但对网络（通信）的要求相对一致。为使公司的产品可以适应千变万化的应用要求，尤其是适应用户扩充应用的要求，同时也是为了满足市场的要求，保证新老产品的兼容性和可操作性，各公司提出了基于本公司产品的计算机网络体系结构。 随着计算机技术和通信技术的发展，通用的计算机网络体系结构逐渐浮出水面。现在应用比较广泛的网络体系结构为层次型网络体系结构。层次型网络体系结构是计算机网络出现以后第一个被提出并实际使用的网络体系结构。直到目前，其产生和发展的过程始终与计算机网络产生和发展的过程保持协调一致。为了简化网络设计与实现的复杂性，层次型网络体系结构将复杂的网络问题分解为若干个不同的小问题，每个层次专注于解决特定的同题，这样就比较容易对所解决本层次涉及的同题实现模块化和标准化，标准化的层次间的通信规则被称为协议。层次型网络体系结构是层和协议的集合。典型的层次型网络体系结构通信模型如下图所示 层次型网络体系结构首先提出了模块化的设计实现思想：将复杂的网络问题分解为较为单纯易于解决的小问题；用不同的模块解决不同的问题。不同的模块之间接口简单明确，因此可以各自独立地制定标准和进行开发。这一思路即使在后来出现的其他网络体系结构中仍然得到了遵循。 国际标准化组织ISO为层次型网络体系结构设计了OSI参考模型。该模型将网络自底向上划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七个层次，每

计算机体系结构_第一次作业

计算机体系结构 第一章 1.11 Availability is the most important consideration for designing servers, followed closely by scalability and throughput. a. We have a single processor with a failures in time(FIT) of 100. What is the mean time to failure (MTTF) for this system? b. If it takes 1 day to get the system running again, what is the availability of the system? c. Imagine that the government, to cut costs, is going to build a supercomputer out of inexpensive computers rather than expensive, reliable computers. What is the MTTF for a system with 1000 processors? Assume that if one fails, they all fail. 答： a. 平均故障时间(MTTF)是一个可靠性度量方法，MTTF的倒数是故 障率，一般以每10亿小时运行中的故障时间计算(FIT)。因此由该定义可知1/MTTF=FIT/10＾9，所以MTTF=10^9/100=10^7。b. 系统可用性=MTTF/(MTTF+MTTR)，其中MTTR为平均修复时间， 在该题目中表示为系统重启时间。计算10^7/(10^7+24)约等于1. c. 由于一个处理器发生故障，其他处理器也不能使用，所以故障率 为原来的1000倍，所以MTTF值为单个处理器MTTF的1/1000即10^7/1000=10^4。 1.14 In this exercise, assume that we are considering enhancing

计算机体系结构期末试卷及答案

课程测试试题（ A 卷） ----------------------以下为教师填写-------------------- I、命题院（部）：信息科学与工程学院 II、课程名称：计算机体系结构 III、测试学期：2014－2015学年度第2学期 IV、测试对象：信息学院计算机、网络专业 2012 级班 V、问卷页数（A4）： 3 页 VI、答卷页数（A4）： 4 页 VII、考试方式：闭卷（开卷、闭卷或课程小论文，请填写清楚） VIII、问卷内容： 一、填空题（共30分，20空，每空分） 1、现代计算机系统是由（）和（）组成的十分复杂的系统。 2、计算机系统应能支持软件可移植，实现可移植性的常用方法有3种，即（），（）， 统一高级语言。 3、可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型，即（）、（） 和存储器-存储器型指令集结构。 4、MIPS指令DADDIU R14，R5，#6属于（）类型的指令格式；MIPS指令 SD R4，300（R5）属于（）类型的指令格式。 5、描述流水线的工作，常采用时空图的方法。在时空图中，横坐标表示（），纵坐 标代表（）。 6、在MIPS指令实现的简单数据通路中，在WB周期中，有两大类指令执行操作：（） 和（）指令。 7、存储器的层次结构中，“Cache－主存”层次是为了弥补主存（）的不足，“主 存－辅存”层次是为了弥补主存（）的不足。 8、Cache实现的映像规则有全相联映像、（）和（）三种。 9、反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、（）和（）。 10、根据系统中处理器个数的多少，可把现有的MIMD计算机分为两类，每一类代表 了一种存储器的结构和互连策略。第一类机器称为（）结构，第二类机器具有（）。 二、判断题（每小题1分，共10分） 1、从计算机语言的角度，系统结构把计算机系统按功能划分成多级层次结构，其中， 第2级是操作系统虚拟机，第3级是汇编语言虚拟机。（） 2、计算机系统中提高并行性的3种途径中，资源重复是在并行性概念中引入时间因 素，加快硬件周转而赢得时间。（） 3、指令集结构中采用多种寻址方式可能会增加实现的复杂度和使用这些寻址方式的 指令的CPI。（） 4、指令条数多，通常超过200条，是设计RISC的原则之一。（） 5、根据流水线中各功能段之间是否有反馈回路，可把流水线分为线性流水线和非线 性流水线。（） 6、在多级存储体系中，“cache——主存”层次的存储管理实现主要由软件件实现。