一填空题
六、输入输出系统（28空）
1、连接特性I/O系统容量
2、响应时间吞量
3、寻道时间旋转时间
4、传输时间控制器开销
5、从盘面到缓冲存储器从缓冲存储器到主机
6、面密度
7、提高转速提高记录密度
8、可用性可信性
9、可用性可信性可靠性
10、容量大可靠性高
11、RAID1 RAID2
12、同步异步
13、通用串行总线
14、必须独占使用
15、周边元件扩展接口廉价磁盘冗余阵列
六、输入输出系统（10个）
6.1 引言
6.2 外部存储设备
6.3 可靠性、可用性和可信性
1、系统可靠性：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。
2、系统可用性：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、系统可信性：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。
4、故障容忍技术：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。
6.4 廉价磁盘冗余陈列RAID
5、RAID：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。
6、RAID1：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。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。
6.5 I/O设备与CPU和存储器的连接
7、PCI：Peripheral Component Interconnect，即外围器件互连，是一种为CPU和外设之间提供高性能数据通道的总线。
8、I/O层次结构：即I/O系统的四级层次结构，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。
9、字节多路通道：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。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。
10、通道流量：又称为通道吞吐率，通道数据传输率等。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。
四简答题
六、输入输出系统(8个)
6.1 引言
6.2 外部存储设备
6.3 可靠性、可用性和可信性
1、故障、错误和失效三者之间的关系是什么？
答：故障、错误和失效之间的关系：(1) 一个故障可能会导致一个或者多个错误；
(2) 错误通常具有以下特性：
a)错误在潜在状态和有效状态间相互转换；
b)潜在的错误可能通过激活而有效；
c)有效错误的影响可以传递，引起新的错误。
(3) 如果错误影响到部件正常的服务时，部件就发生了失效；
(4) 系统中的所有部件的故障、错误和失效均存在这样的关系。
2、什么是系统可靠性、可用性和可信性？
答：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。如果系统每个模块的正常工作时间服从指数分布，则系统整体失效率是各部件失效率之和。
系统可用性指的是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。通常用MTTF/MTBF（平均失效间隔时间）来衡量
系统可信性指的是服务的质量，即多大程度上可以合理地认为服务是可靠的。可信性不可度量。
6.4 廉价磁盘冗余陈列RAID
1、什么是廉价冗余磁盘阵列(RAID)?RAID技术有哪些优点？各级RAID有哪些共性？
答：廉价冗余磁盘阵列:是采用低成本的小温盘,使用多台磁盘构成同步化的磁盘阵列,其原理是将并行处理原理引入磁盘系统,将数据展开存储在多台磁盘上,提高了数据传输的带宽,并利用冗余技术提高可靠性。
廉价冗余磁盘阵列具有容量大、速度快、可靠性高、造价低廉的优点。
各级RAID具有如下共性：
1.RAID由一组物理磁盘驱动器组成，操作系统视之为一个逻辑驱动器；
2.数据分布在一组物理磁盘上；
3.冗余信息被存储在冗余磁盘空间中，保证磁盘在万一损坏时可以恢复数
据；
4.其中第2、3个特性在不同的RAID级别中的表现不同，RAID0不支持
第3个特性。
2、RAID有哪些分级，各有何特点？
答：RAID0亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。
RAID1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。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。
RAID2位交叉式海明编码阵列。原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。
RAID3位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。RAID4专用奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。
RAID5块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校
验信息均匀地分布在所有磁盘上。
RAID6双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写
入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。
RAID7是采用Cache和异步技术的RAID6，使响应速度和传输速率有了较大提高。
6.5 I/O设备与CPU和存储器的连接
1、同步总线和异步总线各有什么优缺点？
答：同步总线上所有设备通过统一的总线时钟进行同步。同步总线成本低，因为它不需要设备之间相互确定时序的逻辑。但是同步总线也有缺点，总线操作必须以相同的速度运行。由于各种设备都要精确地以公共时钟为定时参考，因此在时钟频率很高时容易产生时钟相对漂移错误。3分
异步总线上的设备之间没有统一的时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。异步总线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。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。3分
2、简述通道完成一次数据传输的主要过程。
每步工作过程2分
答：工作过程
(1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道；
(2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。通道处理机执行通道程序是与CPU执行用户程序并行的；
(3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。
3、何谓输入/输出通道?它可分哪三种类型?叙述每种类型的工作特点和应用场合.
答:输入/输出通道指的是通道处理机,它本身可看作一个简单的计算机,它有自
己的指令系统,能够独立执行用通道命令编写的输入输出控制程序,产生相应的
控制信号控制设备的工作,通道通过数据通道与设备的控制器进行通信。
根据数据传送方式,通道可分成字节多路通道, 选择通道, 和数组多路通
道三种类型。
字节多路通道通常用于连接多个慢速或中速的设备,这些设备以传送字节
为单位。工作方式采用分时方式工作，它与CPU之间的高速数据通路分时为多台设备服务。
选择通道:以独占的方式工作,它为一台外设传送完数据后才转去处理其他外设的请求.适用于高速外设。
数组多路通道:是上述两种通道的结合。它允许以块为单位在若干高速传输操作之间进行交叉复用。因此它相当于一个只以猝发模式工作的高速多路通道。采用数组多路可提高通道的数据传输的吞吐率。适用于高速外部设备，这些设备的数据传输以数组为单位。通道用数组交叉的方法，轮流为多个外设服务。当同时为多台外设传送数据时，每传送完一定长度的数据后即重新选择下一个外设进行数据传送，使多路传输并行进行。
6.6 I/O系统性能分析
6.7 I/O与操作系统
1、在有Cache的计算机系统中，进行I/O操作时，会产生哪些数据不一致问题，如何克服？
答：
（1）存储器中可能不是CPU产生的最新数据，所以I/O系统从存储器中取出来的是陈旧数据。2分
（2）I/O系统与存储器交换数据之后，在Cache中，被CPU使用的可能就会是陈旧数据。2分
第一个问题可以用写直达Cache解决。1分
第二个问题操作系统可以保证I/O操作的数据不在cache中。如果不能，就作废Cache中相应的数据。1分
五计算题
6.1 引言
1、假设一台计算机的I/O处理时间占响应时间的10％，当I/O性能保持不变，而对CPU性能分别提高10倍和100倍时，计算机的系统总体性能会出现什么样的变化？
解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时间为：
(1 - 10%)/10 + 10% = 0.19
即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的CPU性能浪费在I/O上。
如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为：
(1 - 10%)/100 + 10% = 0.109
而整机性能只能提高约10倍，表示有90％的性能浪费在没有改进的I/O上了。
6.2 外部存储设备
6.3 可靠性、可用性和可信性
1、假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下：
（1）磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘的MTTF为1000 000小时。（2）1个SCSI控制器，其MTTF为500 000小时。
（3）1个不间断电源，其MTTF为200 000小时。
（4）1个风扇，其MTTF为200 0000小时。
（5）1根SCSI连线，其MTTF为1000 000小时。
假定每个部件的正常工作时间服从指数分布，即部件的工作时间与故障出现的概率无关，同时假定各部件的故障是相互独立的，试计算整个系统的MTTF。
解：整个系统的失效率为：
系统失效率
10×1/1000000+1/500000+1/200000+1/200000+1/1000000=23/1000000
系统的MTTF为系统失效率的倒数，即：
MTTF=1000000/23=43500小时，大约为5年。
6.4 廉价磁盘冗余陈列RAID
6.5 I/O设备与CPU和存储器的连接
6.6 I/O系统性能分析
1、个任务的处理时间为64秒，CPU在这期间始终忙于处理，I/O处理时间为36秒。为提高系统性能，有两种方案：使CPU速度增加1倍，或者使CPU和I/O 速度同时增加1倍。计算这两种情况下的处理时间。
解:
由题意知,在处理该任务时,CPU与I/O处于并行的时间正好是I/O处理时间;如使CPU的速度增加1倍,则CPU的处理时间为:
Tcpu=64/2=32
则总的处理时间为:T=Tcpu+Ti/o-Toverlap
∵ T overlap<=min{Tcpu ,Ti/o}
∴T>=32+36-32=36
当两者速度同时增加1 倍时:
Tcpu=64/2=32 Ti/o==18 则:
T>=32+18-18=32
2假设在一个计算机系统中：
(1)每页为32KB，Cache块大小为128字节；
(2)对应新页的地址不在Cache中，CPU不访问新页中的数据；
(3)Cache中95％的被替换块将再次被读取，并引起一次失效；
(4)Cache使用写回方法，平均60％的块修改过；
(5)I/O系统缓冲能够存储一个Cache完整的块（这称为速度匹配缓冲区，使
存储器和I/O的速度得到匹配）；
(6)访问或失效在所有的Cache中均匀分布；
(7)在CPU和I/O之间，没有其它访问Cache的干扰；
(8)无I/O时，每100万个时钟周期中，有18000次失效；
(9)失效开销是40个时钟周期。如果替换块被修改过，则再加上30个周期
用于写回主存；
(10)假设机器平均每200万周期处理1页。
分析I/O对于性能的影响有多大？
解：每个主存页有32K/128＝256块。
因为是按块传输，所以I/O传输本身并不引起Cache失效。但是它可能要替换Cache中的有效块。如果这些被替换块中有60％是被修改过的，将需要（256×60％）×30＝4608个时钟周期将这些被修改过的块写回主存。
这些被替换出去的块中，有95％的后继需要访问，从而产生95％×256＝244次失效，将再次发生替换。由于这次被替换的244块中数据是从I/O直接写入Cache的，因此所有块都为被修改块，需要写回主存（因为CPU不会直接访问从I/O来的新页中的数据，所以它们不会立即从主存中调入Cache），需要时间是244×（40＋30）＝17080个时钟周期。
没有I/O时，每一页平均使用200万个时钟周期，Cache失效36000次，其中60％被修改过，所需的处理时间为：
（36000×40％）×40＋（36000×60％）×（40＋30）＝2088000（时钟周期）时钟I/O造成的额外性能损失比例为
（4608＋17080）÷（2000000＋2088000）＝0.53％
即大约产生0.53％的性能损失。
计算机组成原理习题第六章总线系统
第六章总线系统 一、填空题： 1.PCI总线采用A.______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与B.______相连。 2.SCSI是处于A.______和B.______之间的并行I/O接口，可允许连接 C.______台不同类型的高速外围设备。 3.总线有A 特性、B 特性、C 特性、D 特性，因此必须E 。 4.微型计算机的标准总线从16位的A 总线发展到32位的B 总线和C 总线，又进一步发展到64位的D 总线。 二、选择题： 1.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现技术化，同时______。 A. 减少信息传输量 B. 提高信息传输速度 C. 减少了信息传输线的条数 D. 减少了存储器占用时间 2.描述PCI总线基本概念中正确的句子是______。 A.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送 B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线 C.PCI设备一定是主设备 D.系统中允许只有一条PCI总线 3.描述PCI总线中基本概念表述不正确的是______。 A.PCI设备不一定是主设备 B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线 C.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送 D.系统中允许有多条PCI总线
4.并行I/O标准接口SCSI中，一块适配器可以连接______台具有SCSI接口的设备。 A. 6 B. 7 C. 8 D. 9 5.下面对计算机总线的描述中，确切完备的概念是______。 A.地址信息、数据信息不能同时出现 B.地址信息与控制信息不能同时出现 C.数据信息与控制信息不能同时出现 D.两种信息源的代码不能在总线中同时传送 6.SCSI接口以菊花链形式最多可连接______台设备。 A．7台 B．8台 C．6台 D．10台 7.微型机系统中外设通过适配器与主板的系统总线相连接，其功能是___。 A. 数据缓冲和数据格式转换 B.监测外设的状态 C.控制外设的操作 D. 前三种功能的综合作用 8.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化,同时___。 A.减少了信息传输量 B.提高了信息传输的速度 C.减少了信息传输线的条数 9.多总线结构的计算机系统采用______方法，对提高系统的吞吐率最有效。 A．多口存储器 B．提高主存的速度 C．交叉编址多模存储器 D．高速缓冲存储器 10.系统总线中控制线的功能是______。 A．提供主存、I/O接口设备的控制信号和响应信号及时序信号
习题 1．给出以下概念的解释说明。 指令周期（Instruction Cycle）机器周期（Machine Cycle） 同步系统（Synchronous system）时序信号（Timing signal）控制单元（Control Unit, CU）执行部件（Execute Unit，EU） 组合逻辑元件（Combinational logic element）或操作元件（Operate element） 时序逻辑元件（Sequential logic circuit）或状态元件（State element）多路选择器（Multiplexor）扩展器（Extension unit） “零”扩展（0- extend）“符号”扩展（Sign extend） 算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）加法器（Adder） CPU总线（CPU Bus）寄存器堆（Register file）定时方式（Clocking methodology）边沿触发（Edge-triggered） 寄存器写信号（Register Write）指令存储器（Instruction Memory） 数据存储器（Data Memory）程序计数器（Program Counter） 指令寄存器（Instruction Register）指令译码器（Instruction Decoder） 时钟周期（Clock Cycle）主频（CPU Clock Rate / Frequency 转移目标地址（Branch target address）控制信号（Control signal）微程序控制器（Microprogrammed control）硬布线控制器（Hardwared control） 控制存储器（Control Storage，控存CS）微代码（Microcode） 微指令（Microinstruction）微程序（Microprogram）固件（Firmware）中断过程（Interrupt Processing） 异常（Exception）故障（fault） 自陷(Trap) 终止（Abort） 中断（Interrupt）中断服务程序（Interrupt Handler）
第六章输入输出系统 知识点汇总 系统响应时间、存储外设可靠性能参数（可靠性/可用性/可信性）、RAID、CPU与外设进行输入/输出方式（程序查询、中断、DMA、通道）、分离事务总线、同步总线、异步总线、通道处理机功能、通道处理工作过程、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、通道流量（最大流量、实际流量） 简答题 1.反映存储外设可靠性能的参数有哪些（知识点：存储外设可靠性能参数） 答：（1）可靠性：系统从初始状态开始一直提供服务的能力。 （2）可用性：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）可信性：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。 2.简述同步总线和异步总线的优缺点。（知识点：同步总线、异步总线） 答：(1) 同步总线。同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。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。但是同步总线也有缺点，总线操作必须以相同的速度运行。 (2) 异步总线。异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。异步总线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。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。 3.简述通道完成一次数据传输的主要过程。（知识点：通道处理工作过程） 答：(1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。 (2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。 (3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。
第六章单元测验（一） 1、通常情况下，不包含在中央处理器(CPU)芯片中的部件是（）（单选） A、ALU B、控制器 C、寄存器 D、DRAM 2、一定不属于冯?诺依曼机体系结构必要组成部分的是（）（单选） A、ROM B、CPU C、Cache D、RAM 3、冯?诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU依据（）来区分它们(单选) A、指令和数据的表示形式不同 B、指令和数据的寻址方式不同 C、指令和数据的访问时间不同 D、指令和数据的地址形式不同 4、指令寄存器的位数取决于______。（单选） A、存储器的容量 B、指令字长 C、机器字长 D、存储字长 5、下列寄存器中，对汇编语言程序员不透明的是（）（单选） A、存储器地址寄存器(MAR) B、程序计数器(PC) C、存储器数据寄存器(MDR) D、条件状态寄存器 6、PC存放的是下一条指令的地址，故PC的位数与（）的位数相同 A、指令寄存器IR B、指令译码器ID C、主存地址寄存器MAR D、程序状态字寄存器PSWR 7、某计算机字长32位，在执行指令的顺序寻址时，PC的增量值为（）（单选） A、1 B、2 C、4 D、8
8、某计算机指令集中包含有RR型运算指令、访存指令Load、Store、分支指令Branch和跳转指令Jump。若采用单周期数据通路实现该指令系统，若指令存储器和数据存储器的时延都是3ns;ALU时延为2ns;寄存器文件读写时延都是1ns。在不考虑多路复用器、控制单元、PC、符号扩展单元和传输线路等延迟的情况下，该计算机时钟周期至少为（）。（单选） A、6ns B、8ns C、9ns D、10ns 9、在控制器的控制方式中，机器周期内的时钟周期个数可以不相同，这种控制方式属于______。（单选） A、同步控制 B、异步控制 C、联合控制 D、分散控制 10、下列不属于控制器功能的是（）（单选） A、指令的顺序控制 B、操作控制 C、算术与逻辑运算 D、异常控制 11、不会影响指令执行流程的是( ) （单选） A、操作数的寻址方式 B、CPU内总线结构 C、指令的功能 D、ALU的进位方式 12、以下给出的事件中，无须异常处理程序进行处理的是（）。（单选） A、缺页故障 B、访问cache缺失 C、存储访问地址越界 D、除数为0 13、当CPU内部cache发生缺失时，CPU如何处理（) (单选) A、进程调度 B、执行其他指令 C、进行异常处理 D、等待数据载入 14、下列有关控制器各部件功能的描述中，正确的的是（）（多选） A、控制单元是其核心部件，用于对指令操作码译码并生成控制信号 B、PC称为程序计数器，用于存放将要执行的指令的地址 C、通过将PC按当前指令长度增量，可实现指令的按序执行 D、IR称为指令寄存器，用来存放当前指令的操作码 参考答案如下：
知识点汇总 系统响应时间、存储外设可靠性能参数（可靠性/可用性/可信性）、RAID、CPU与外设进行输入/输出方式（程序查询、中断、DMA、通道）、分离事务总线、同步总线、异步总线、通道处理机功能、通道处理工作过程、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、通道流量（最大流量、实际流量） 简答题 1.反映存储外设可靠性能的参数有哪些？（知识点：存储外设可靠性能参数） 答：（1）可靠性：系统从初始状态开始一直提供服务的能力。 （2）可用性：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）可信性：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。 2.简述同步总线和异步总线的优缺点。（知识点：同步总线、异步总线） 答：(1) 同步总线。同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。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。但是同步总线也有缺点，总线操作必须以相同的速度运行。 (2) 异步总线。异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。异步总线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。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。 3.简述通道完成一次数据传输的主要过程。（知识点：通道处理工作过程） 答：(1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。 (2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。 (3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。 4.简述三种通道传输方式及其传输过程。（知识点：字节多路通道、选择通道、数组多路通道）
第6章习题参考答案 1．比较单总线、多总线结构的性能特点。 答：单总线结构：它是用单一的系统总线连接整个计算机系统的各大功能部件，各大部件之间的所有的信息传送都通过这组总线。其结构如图所示。单总线的优点是允许I/O 设备之间或I/O 设备与内存之间直接交换信息，只需CPU 分配总线使用权，不需要CPU 干预信息的交换。所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上，所以总线的负载很重，可能使其吞吐量达到饱和甚至不能胜任的程度。故多为小型机和微型机采用。 多总线结构：多总线结构是通过桥、CPU 总线、系统总线和高速总线彼此相连，各大部件的信息传送不是只通过系统总线；体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。 2．说明总线结构对计算机系统性能的影响。 答：(1)简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的I/O 接口，由总线规范给出了传输线和信号的规定，并对存储器、I/O 设备和CPU 如何挂在总线上都作了具体的规定，所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作CPU 插件、存储器插件以及I/O 插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操作。 (2)简化了系统结构。整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。 (3)系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一 些同类型的插件；功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。插件插入机 系统总线
器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简单又快速可靠，而且也便于查错。 (4)系统更新性能好。因为CPU 、存储器、I/O 接口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，而这种更新只需更新需要更新的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。 3．用异步通信方式传送字符“A ”和“8”，数据有7位，偶校验1位，起始位l 位，停止位1位，请分别画出波形图。 答： “A”的ASCII 码为41H = 01000001B ，1的个数为偶数，故校验位为0；“8”的ASCII 码为38H = 00111000B ，1的个数为奇数，故校验位为1。 4. 总线上挂两个设备，每个设备能收能发，还能从电气上和总线断开，画出逻辑图，画出逻辑图，并作简要说明。 5．画出菊花链方式的优先级判决逻辑电路图。 6．画出独立请求方式的优先级判决逻辑电路图。 停 止 位 起 始 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 校 验 位 停 止 位 起 始 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 数 据 位 校 验 位 停 止 位 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 A 地址线 D 数据线 菊花链查询方式
6.1 计算机信息系统 [1].计算机信息系统是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。对 [2].计算机信息系统的特征之一是其涉及的大部分数据是持久的，并可为多个应用程序所共享。对 [3].计算机信息系统的特征之一是它涉及的数据量大，数据一般需存放在辅助存储器（即外存）中。对 [4].计算机信息系统的特征之一是涉及的数据量大，因此必须在内存中设置缓冲区，用以长期保存系统所使用的这些数据。错 [5].计算机信息系统是一类数据密集型的应用系统。下列关于其特点的叙述中，错误的是________ 。B A大多数数据需要长期保存 B计算机系统用内存保留这些数据 C数据为多个应用程序和多个用户所共享 D数据面向全局应用 [6].以下所列各项中，________不是计算机信息系统所具有的特点。D A涉及的数据量很大，有时甚至是海量的 B绝大部分数据需要长期保留在计算机系统（主要指外存储器）中 C系统中的数据为多个应用程序和多个用户所共享 D系统对数据的管理和控制都是实时的 [7].以下所列各项中，________不属于计算机信息系统的特点。D A涉及的数据量大 B数据可为多个应用程序所共享 C可向用户提供信息查询，统计报表等信息服务 D数据都是临时存储的，随程序运行的结束而消失 [8].计算机信息系统中的绝大部分数据是持久的，它们不会随着程序运行结束而消失，而需要长期保留在________中。A A. 外存储器 B. 内存储器 C. cache存储器 D. 主存储器 [9].以下列出了计算机信息系统抽象结构的4个层次，在系统中为实现相关业务功能（包括流程、规则、策略等）而编制的程序代码属于其中的____。B A．基础设施层 B．业务逻辑层 C．资源管理层 D．应用表现层 [10].以下列出了计算机信息系统抽象结构的4个层次，在系统中可实现分类查询的表单和展示查询结果的表格窗口属于其中的________。D A．基础设施层 B．业务逻辑层 C．资源管理层 D．应用表现层 [11].在信息系统中，以一定的结构存放在计算机存储介质上的，相互关联的数据的集合称为____ 。数据库 [12].数据库是长期储存在计算机主存内、有组织、可共享的数据集合。错 [13].在数据库中降低数据存储冗余度，可以节省存储空间，保证数据的一致性。因此数据库的数据冗余度应该做到零冗余。错 [14].由于数据库应用的特殊性，使得对数据库设计的评价、调整和修改等维护工作成为一个长期的任务，这些任务应由_____来完成。数据库管理员 [15].用二维表来表示实体及实体之间联系的数据模型称为_____模型。D A.层次 B.网状 C.面向对象 D.关系 [16].在数据库系统中最常用的是关系模型，关系模型的基本结构是_____。C [17].A.网络 B.图 C.二维表 D.树 [18].关系模型是采用树结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型。F [19].关系模型中把实体之间的联系用_____来表示。A
一填空题 六、输入输出系统（28空） 1、连接特性I/O系统容量 2、响应时间吞量 3、寻道时间旋转时间 4、传输时间控制器开销 5、从盘面到缓冲存储器从缓冲存储器到主机 6、面密度 7、提高转速提高记录密度 8、可用性可信性 9、可用性可信性可靠性 10、容量大可靠性高 11、RAID1 RAID2 12、同步异步 13、通用串行总线 14、必须独占使用 15、周边元件扩展接口廉价磁盘冗余阵列 六、输入输出系统（10个） 6.1 引言 6.2 外部存储设备 6.3 可靠性、可用性和可信性 1、系统可靠性：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。 2、系统可用性：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、系统可信性：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。 4、故障容忍技术：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。 6.4 廉价磁盘冗余陈列RAID 5、RAID：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。 6、RAID1：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。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。 6.5 I/O设备与CPU和存储器的连接 7、PCI：Peripheral Component Interconnect，即外围器件互连，是一种为CPU和外设之间提供高性能数据通道的总线。 8、I/O层次结构：即I/O系统的四级层次结构，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。
第六章向量处理机 1．在大型数组的处理中常常包含向量计算，按照数组中各计算相继的次序，我们可以把向量处理方法分为哪三种类型？ 横向处理方式,纵向处理方式,纵横处理方式 横向处理方式：向量计算是按行的方式从左至右横向的进行 纵向处理方式：向量计算是按列的方式自上而下纵向的进行 纵横处理方式：横向处理和纵向处理相结合的方式 2．解释下列与向量处理有关的术语。 （1）向量和标量的平衡点：为了使向量硬件设备和标量设备的利用率相等，一个程序中向量代码所占的百分比 （2）用户代码的向量化比值：用户代码可向量化的部分占全部的比重 （3）向量化编译器或量化器：将标量运算进行向量化或者将向量运算进行适当的修改使之能够进入向量处理进行向量处理的编译器 3．简要叙述提高向量处理机性能的常用技术 （1）链接技术 （2）向量循环或分段开采技术 （3）向量递归技术 （4）稀疏矩阵的处理技术 4．下述的几个需要解决的问题中，那个是向量处理机所最需要关心的？ A.计算机指令的优化技术 B.设计满足运算器带宽要求的存储器 C.如何提高存储器的利用率，增加存储器系统的容量 D.纵横处理方式的划分问题 5.假设系统在向量模式下面能够达到9Mflops,在标量模式下能够达到1Mflops速度，而代码的90%是向量运算，10%是标量运算，这样花在两种模式上的计算时间相等。那么向量平衡点是： A.0.1 B.0.9 一个程序中向量代码所占的百分比 C.0.5 D.以上都不是 6.查看下面三条指令： V3←A V2←V0+V1 V4←V2*V3 假设向量长度小于64,且前后其他的指令均没有相关性，数据进入和流出每个功能部件，包括访问存储器都需要一拍的时间，假设向量的长度为N。三条指令全部采用串行的方法，那么执行的时间是： A.3N+20 B.3N+21 C.3N+22 D.3N+23 7．下面一组向量操作能分成几个编队？假设每种流水功能部件只有一个。 LV V1,Rx ;取向量 MULTSV V2,F0,V1;向量和标量相乘 LV V3,Ry ;取向量Y
计算机体系结构试题及答案1 2008年01月23日22:21 1、计算机高性能发展受益于：(1)电路技术的发展；(2)计算机体系结构技术的发展。 2、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。第六级：应用语言虚拟机-> 第五级：高级语言虚拟机-> 第四级：汇编语言虚拟机-> 第三级：操作系统虚拟机-> 第二级：机器语言(传统机器级) ->第一级：微程序机器级。 3、计算机体系结构：程序员所看到的计算机的属性，即概括性结构与功能特性。 4、透明性：在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，从某一角度来看又好像不存在的概念称为透明性。 5、Amdahl提出的体系结构是指机器语言级程序员所看见的计算机属性。 6、经典计算机体系结构概念的实质3是计算机系统中软、硬件界面的确定，也就是指令集的设计，该界面之上由软件的功能实现，界面之下由硬件和固件的功能来实现。 7、计算机组织是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机系统的物理实现。 8、计算机体系结构、计算机组织、计算机实现的区别和联系？ 答：一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种物理实现，体系结构包括对组织与实现的研究。 9、系列机：是指具有相同的体系结构但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。 10、软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。 11、兼容机：不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。 12、向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。 13、当今计算机领域市场可划分为：服务器、桌面系统、嵌入式计算三大领域。 14、摩尔定律：集成电路密度大约每两年翻一番。 15、定量分析技术基础（1）性能的评测：（a）响应时间：从事件开始到结束之间的时间；计算机完成某一任务所花费的全部时间。（b）流量：单位时间内所完成的工作量。（c）假定两台计算机x、y；x 比y 快意思为：对于给定任务，x 的响应时间比y少。x的性能是y 的几倍是指：响应时间x / 响应时间y = n，响应时间与性能成反比。 16、大概率事件优先原则：（基本思想）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。 17、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。系统加速比= 总执行时间（改进前）/ 总执行时间（改进后）= …… 18、Amdahl定律推论：如果仅仅对计算机中的一部分做性能改进，则改进越多，系统获得的效果越小。如果只针对整个任务的一部分进行优化，那么多获得的加速比不大于1 /（1-可改进比例）。 19、cpu性能：Cpu时间= 总时钟周期数/ 时钟频率Cpi = 总时钟周期数/ ic（cpi：平均每条指令的时钟周期数；ic：执行过程当中的指令条数。） Cpu性能公式：总cpu时间= cpi × ic / 时钟频率其中：cpi反映了计算机实现技术、计算机指令集的结构和计算机组织；Ic反映了计算机指令集的结构和编程技术；时钟频率：反映了计算机实现技术，生产工艺和计算机组织。 20、并行性：是指在同一时刻或是同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同工作。 第二章 1、根据cpu内部存储单元类型对指令集结构进行分类，一般可分为堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构。
1、如图1表示使用快表（页表）的虚实地址转换条件，快表存放在相联存贮器中，其中容量为8个存贮单元。问： （1） 当CPU 按虚拟地址1去访问主存时，主存的实地址码是多少？ （2） 当CPU 按虚拟地址2去访问主存时，主存的实地址码是多少？ （3） 当CPU 按虚拟地址3去访问主存时，主存的实地址码是多少？ 虚拟地址 1 2 3 图1 解：(1)用虚拟地址为1的页号15作为快表检索项，查得页号为15的页在主存中的起始地址为80000，故将80000与虚拟地址中的页内地址码0324相加，求得主存实地址码为80324。 (2)主存实地址码 = 96000 + 0128 = 96128 (3)虚拟地址3的页号为48，当用48作检索项在快表中检索时，没有检索到页号为48的页面，此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去执行查页表程序。如该页面在主存中，则将该页号及该页在主存中的起始地址写入主存； 如该页面不存在，则操作系统要将该页面从外存调入主存，然后将页号及其在主存中的起始地址写入快表。 2、假设某计算机的运算器框图如图2所示，其中ALU 为16位的加法器，S A 、S B 为16位暂存器，4个通用寄存器由D 触发器组成，Q 端输出， 其读写控制如下表所示： 要求：（1）设计微指令格式。 （2）画出ADD ，SUB 两条指令微程序流程图。
图2 解：(1)微命令字段共12位，微指令格式如下：1 R RA0RA1 w WA0W A1 LDS A LDS B S B->ALU CLR ~ P 字 段 下址 字段 各字段意义如下： R—通用寄存器读命令 W—通用寄存器写命令 .RA0RA1—读R0—R3的选择控制。 WA0W A1—写R0—R3的选择控制。 LDS A—打入SA的控制信号。 LDS B—打入SB的控制信号。 S B->ALU—打开非反向三态门的控制信号。 S B->ALU—打开反向三态门的控制信号，并使加法器最低位加1。 CLR－暂存器SB清零信号。 ~ ——一段微程序结束，转入取机器指令的控制信号。 S B->ALU
第一章计算机体系结构的基本概念 1.什么是计算机系统的多级层次结构？ 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？ 3.经典计算机系统结构的实质是什么？ 4.语言实现的两种基本技术是什么？ 5.对于通用寄存器型机器来说，机器语言程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些？ 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？ 7.什么是系列机？它的出现较好地解决了什么矛盾？ 8.对计算机发展非常关键的实现技术有哪些？ 9.实现软件移植的主要途径有哪些？ 10.试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。 11.存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么？ 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方面着手？ 13.软件技术两个最重要的发展趋势是什么？ 14.计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个方面？ 15.一种计算机系统结构的生命周期是怎样的？ 16.商品的标价（价格）由哪些因素构成？ 17.对计算机系统成本产生影响的主要因素有哪些？ 18.用户CPU时间由哪三个因素决定？ 19.目前常用的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的测试程序组件是哪个？ 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公司的Windows系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些？ 23.常用的专门的性能指标测试程序有哪些？ 24.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？ 25.根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 26.从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级？ 27.从处理数据的角度，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的技术途径有哪三种？ 29.多机系统的耦合度可以分为哪几类？ 30.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？ 31.三种类型的多处理机（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？ 1. 什么是计算机系统的多级层次结构？ 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：
word 文档下载后可自由复制编辑你计算机系统结构 清华第 2 版 习题解答
word 文档下载后可自由复制编辑1 目录 1.1 第一章（P33） 1.7-1.9 （透明性概念），1.12-1.18 （Amdahl定律），1.19、1.21 、1.24 （CPI/MIPS） 1.2 第二章（P124） 2.3 、2.5 、2.6 （浮点数性能），2.13 、2.15 （指令编码） 1.3 第三章（P202） 3.3 （存储层次性能）， 3.5 （并行主存系统），3.15-3.15 加 1 题（堆栈模拟），3.19 中（3）（4）（6）（8）问（地址映象/ 替换算法-- 实存状况图）
word 文档下载后可自由复制编辑1.4 第四章(P250) 4.5 （中断屏蔽字表/中断过程示意图），4.8 （通道流量计算/通道时间图） 1.5 第五章（P343） 5.9 （流水线性能/ 时空图），5.15 （2种调度算法） 1.6 第六章（P391） 6.6 （向量流水时间计算），6.10 （Amdahl定律/MFLOPS） 1.7 第七章（P446） 7.3 、7.29（互连函数计算），7.6-7.14 （互连网性质），7.4 、7.5 、7.26（多级网寻径算法），
word 文档下载后可自由复制编辑7.27 （寻径/ 选播算法） 1.8 第八章(P498) 8.12 ( SISD/SIMD 算法) 1.9 第九章(P562) 9.18 ( SISD/多功能部件/SIMD/MIMD 算法) （注：每章可选1-2 个主要知识点，每个知识点可只选 1 题。有下划线者为推荐的主要知识点。）
１．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？ 解：存储器和寄存器不是一回事。存储器在CPU 的外边，专门用来存放程序和数据，访问存储器的速度较慢。寄存器属于CPU 的一部分，访问寄存器的速度很快。 ２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有 哪些层次？ 解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价存储系统和结构各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache －主存存储层次（Cache 存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅存存储层次（虚拟存储系统）。 ３．什么是半导体存储器？它有什么特点？ 解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。半导体随机存储器存储的信息会因为断电而丢失。 ４．SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM 记忆单元电路相比有何异 同点？ 解：SRAM 记忆单元由６个MOS 管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。DRAM 记忆单元可以由４个和单个MOS管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。 ５．动态RAM 为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？ 解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷，这个过程就叫做刷新。常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式３种。集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响，系统的存取速度比较高；但有死区，而且存储容量越大，死区就越长。分散方式的特点是没有死区；但它加长了系统的存取周期，降低了整机的速度，且刷新过于频繁，没有充分利用所允许的最大刷新间隔。异步方式虽然也有死区，但比集中方式的死区小得多，而且减少了刷新次数，是比较实用的一种刷新方式。 ６．一般存储芯片都设有片选端CS ，它有什么用途？ 解：片选线CS用来决定该芯片是否被选中。CS ＝０，芯片被选中；CS ＝１，芯片不选中。 ７．DRAM 芯片和SRAM 芯片通常有何不同？ 解：主要区别有： ①DRAM 记忆单元是利用栅极电容存储信息；SRAM 记忆单元利用双稳态触发器来存储信息。 ②DRAM 集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用来组成大容量主存系统；SRAM的存取速度快，但集成度低，功耗也较大，所以一般用来组成高速缓冲存储器和小容量主存系统。 ③SRAM 芯片需要有片选端CS ，DRAM 芯片可以不设CS ，而用行选通信号RAS 、列选通CAS兼作片选信号。 ④SRAM 芯片的地址线直接与容量相关，而DRAM 芯片常采用了地址复用技术，以减少地址线的数量。 ８．有哪几种只读存储器？它们各自有何特点？ 解：MROM ：可靠性高，集成度高，形成批量之后价格便宜，但用户对制造厂的依赖性过
1 计算机系统结构的基本概念 指令集结构的分类 流水线技术 指令级并行 存储层次 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, 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。 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。 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章输入输出系统 第7章互连网络...... 第8章多处理机...... 第9章机群 .......... 6 8 21 30 38 41 45 45 然后再在这低
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, 括时间局部 性和空间局部性。 而是相对地簇聚。包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, 面的处理 性能。 用来测试计算机在各个方 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: 机上运行。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。 兼容：按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改地就能运行 向后（前） 于在它之后（前）投入市场的计算机。 兼容机：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。 模拟：用软件的方法在一台现有的计算机（称为宿主机）上实现另一台计算机（称为虚拟机） 的指令系统。 仿真：用一台现有计算机（称为宿主机）上的微程序去解释实现另一台计算机（称为目标机）的指令系统。 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。互重叠，就 存在并行性。它包括同时性与并发性两种含义。 只要在时间上相 时间重叠：在并行性概念中引入时间因素，让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，以加快硬件周转而赢得速度。 资源重复：在并行性概念中引入空间因素，以数量取胜。通过重复设置硬件资源，大幅度地
第1章计算机系统结构的基本概念 (1) 第2章指令集结构的分类 (6) 第3章流水线技术 (8) 第4章指令级并行 (21) 第5章存储层次 (30) 第6章输入输出系统 (38) 第7章互连网络 (41) 第8章多处理机 (45) 第9章机群 (45) 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。 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，不加修改地就能运行于在它之后（前）投入市场的计算机。 兼容机：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。 模拟：用软件的方法在一台现有的计算机（称为宿主机）上实现另一台计算机（称为虚拟机）的指令系统。 仿真：用一台现有计算机（称为宿主机）上的微程序去解释实现另一台计算机（称为目标机）的指令系统。 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。只要在时间上相互重叠，就存在并行性。它包括同时性与并发性两种含义。 时间重叠：在并行性概念中引入时间因素，让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，以加快硬件周转而赢得速度。 资源重复：在并行性概念中引入空间因素，以数量取胜。通过重复设置硬件资源，大幅度地