计算机系统结构_小抄
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1．Cache一致性问题主要由哪些可能的因素有关？共享可写数据引起的不一致，进程迁移引起的不一致，I/O 传输引起的不一致2．在先行控制方式处理机中，为了保证处理机的最大性能，对于控制相关（包括短循环）采取了哪些应对措施？采用硬件或软件的办法尽量避免数据相关发生；在确保指令正确执行的前提下，推后指令分析；设置相关专用通路来解决数据梯状3．数据类型、数据表示和数据结构之间的关系是什么？在设计一个计算机系统时，确定数据表示的原则主要有哪几个？数据表示研究的是计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。
数据结构研究的是面向系统软件，面向就用领域所需要处理的各种数据类型，研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应的算法。
数据表示和数据结构都是数据类型的子集。
原则：一是缩短程序的运行时间，二是减少CPU与主存储器之间的通信量，三是这种数据表示的通用性和利用率。
4．从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生器；条件码寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器；参考答案：透明的有：指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先行进位链、移位器5．用具体例子来说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三个概念计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念。
系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；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。
6．综述线性流水线和非线性流水线的异同？线性流水线段间无反馈或越过的通路，非线性流水线则有反馈回路或前越通路。
在线性流水线中，由于每一个任务在流水线的每一功能段中都流过一次，而且仅流过一次，因此，可以在每一个时钟周期向流水线输入一个新任务。
在非线性流水中，由于存在有反馈回路，当一个任务在流水线中流过时，在同一个功能段中可能要经过多次。
因此，就不能每一个时钟周期向流水线输入一个新任务。
线性流水线是将流水线的各段逐个串接起来。
非线性流水线经常用于递归调用，或构成多功能流水线。
其性能指标有吞吐率、加速比和效率。
7．虚拟机：通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。
8．程序访问的局部性局部性的实质是：根据程序的最近情况，可以较精确地预测出最近的将来将要用到哪些指令和数据。
9、分别用变址寻址方式和间接寻址方式编写一个程序，求C=A+B，其中，A与B都是由n个元素组成的一维数组。
比较两个程序，并回答下列问题：（1）从程序的复杂程度看，哪一种寻址方式更好？（2）从硬件实现的代价看，哪一种寻址方式比较容易实现？（3）从对向量运算的支持看，哪一种寻址方式更好？参考答案：（1）变址寻址方式（2）间接寻址方式（3）变址寻址方式10、简述SIMD计算机的分布式存储器与共享存储器的异同。
参考答案：SIMD计算机的分布式存储器与共享存储器的相同点都存在互联网络。
不同点是在共享内存方案中，共享的多体并行存储器通过对准网络与各处理单元相连。
在分布内存方案中，每个处理单元有自己的本地存储器，处理单元有自己的本地存储器，处理单元之间的数据通过数据寻径网络完成。
11、根据多台外围设备共享通道的不同情况，通道可分为那三种类型？参考答案：字节多路通道、选择通道、数组多路通道。
12、简述流水线技术的特点参考答案：流水线技术具有以下特点：⑴水过程由多个相联系的子过程组成，每个过程称为流水线的"级"或"段"。
⑵流水技术适合于大量重复的时序过程。
13、简述现代计算机系统的分类方法及其机制：14、在先行控制技术和流水线处理机中，程序中有哪两类相关，分别可以采取什么方法来解决？数据相关：数据相关指在执行本条指令的过程中，如果用到的指令、操作数、变址偏移量等是前面指令的执行结果，则必须等待前面的指令执行完成，并把结果写到主存或通用寄存器中之后，本条指令才能开始执行。
可以采取设置专用数据通路、延迟执行等方法来解决数据相关。
控制相关：控制相关指由条件分支指令、转子程序指令、中断等引起的相关。
可以采取静态分支预测技术、动态分支预测技术、提前形成条件码等来解决控制相关。
1.浮点数据表示方式要研究的核心内容是数据字长与这种数据表示方式的表数范围、表数精度、和表数效率之间的关系。
2.系结构设计者在决定哪些基本功能用指令来实现时主要考虑的因素有三个，它们是：速度、价格和灵活性。
3.确定哪些数据类型用数据表示来实现的原则主要有三个，一个是缩短程序的运行时间，另一个是减少CPU与主存储器之间的通信量，第三个是这种数据表示的通用性和利用率。
4.优化目标程序的指标主要有两个：一个是缩短程序的长度，即减少程序的空间开销，另一个是缩短程序的执行时间，即减少程序的时间开销。
5.减少指令平均执行周期数是RISC思想的精华。
6.并行存储器产生访问冲突的根源主要有两个，一个是程序中有转移指令，另一个是数据的随机性。
7.存储器的性能通常用速度、容量、价格三个主要指标来表示。
8.先行控制技术的关键是缓冲技术和预处理技术。
9.根据计算机的不同侧面特征可以将计算机作各种不同的分类，课本上介绍的三种分类法分别是： Flynn分类法，冯氏分类法， Handler分类法。
10.虚拟存储器中有三种地址空间，它们分别是：虚拟地址空间，主存储器的地址空间，辅存地址空间。
11.在采用先行控制方式的处理机中，一般要设置四个先行指令缓冲栈，它们分别是：先行指令缓冲栈、先行读数栈、先行操作栈和后行写数栈。
12.在采用先行控制方式的处理机中，数据相关主要有四种，分别是：指令相关，主存操作数相关，通用寄存器相关，变址相关。
13.可以从两个方面来开发处理机内部的并行性，一个是所谓的空间并行性、即在一个处理机内设置多个独立的操作部件，并让这些部件并行工作；另一个是时间并行性。
14.衡量流水线性能的主要指标有吞吐率、加速比和效率。
15.提高向量处理机性能的常用技术可以有: 较好地维持向量/标量性能平衡、可扩展性随处理机数目的增加而提高、增加存储器系统的容量和性能、提供高性能的I/O 和易访问的网络。
16.软件和硬件的成本各由两部分组成，它们是：一次性开发成本、和每个部件的生产成本。
17.浮点数据表示的尾数基值rm、尾数长度p 和阶码长度q 三个主要性质都与浮点数的表数范围,表数精度,表数效率有关。
18.设计指令系统时，功能方面最基本要求是：数据传送类指令、运算类指令、和程序类指令。
19.目前在RISC处理机中主要采用如下几种技术，它们是：延时转移指令、指令取消技术、和重叠寄存器窗口技术、以及指令流调整技术。
20.设计处理机的基本任务之一是缩短解释指令的时间，通常提高指令执行速度的途径有三种，它们分别是：搞高处理机的工作主频、采用更好的算法和设计更好的功能部件、多条指令并行执行,称为指令级并行技术。
21.通常把先行控制方式中的先行指令缓冲栈、先行读数栈、先行操作栈、和后行写数栈统称为先行控制器。
22.指令级并行技术又有三种实现的基本方法：第一种是采用流水线技术，第二种是在一个处理机中设置多个独立的功能部件，第三种是超长指令字技术。
23.短循环程序应该满足的三个条件是：1、循环体的长度小于等于先行指令缓冲栈的深充；2、循环次数的控制采用计数转移指令实现；3、控制循环的条件转移指令一般是向后转移的指令。
24.在下列常用术语后面，写出相应的中文名称：VLSI超大规模集成电路 MPP大规模并行处理机RISC精简指令系统 DMA直接存储器访问25 外设接口的主要功能是数据缓冲功能、中断管理功能、信号转换功能。
25.在由n台计算机构成的并行计算机中，其运行程序的加速比比一般都小于n，其主要原因是执行时间缩短和功能部件的利用率提高。
26.从计算机系统结构的发展和演变来看，早期的计算机是以、运算器为中心的系统结构，而近代的计算机是以、存储器为中心的系统结构。
27.从广义上将，计算机中引入并行性有三种基本途径，分别是时间重叠，资源重叠，资源共享。
28.在指令格式中，采用扩展操作码设计方案的目的是。
29.在多级存储体系中，Cache存储器的主要功能是高速地向CPU提供指令和数据加速程序的执行速度，虚拟存储器的主要功能是虚拟地扩大主存容量,提高软件开发效率。
30.浮点数据表示方式要研究的核心内容是数据字长与这种数据表示方式的表数范围、表数精度、和表数效率之间的关系。
31.设阶码8位（最左一位为符号位），用移码表示，尾数为24位（最左一位为符号位）、用规格化补码表示，则它所能表示的最大正数的阶码为，尾数为；绝对值最小的负数的阶码为，尾数为。
（以上回答均用二进制书写）。
1．超标量处理机的特点超标量处理机一般具有多于一条的流水线，一台m度的超标量处理机可同时发射m条指令，指令的发射等待时间为1个时钟，指令的并行度为m。
2．程序中有哪两类相关，分别可以采取什么方法来解决？程序中可能出现下两类相关：数据相关：数据相关指在执行本条指令的过程中，如果用到的指令、操作数、变址偏移量等是前面指令的执行结果，则必须等待前面的指令执行完成，并把结果写到主存或通用寄存器中之后，本条指令才能开始执行。
可以采取设置专用数据通路、延迟执行等方法来解决数据相关。
控制相关：控制相关指由条件分支指令、转子程序指令、中断等引起的相关。
可以采取静态分支预测技术、动态分支预测技术、提前形成条件码等来解决控制相关。
