计算机体系结构第5章
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计算机体系结构试题及答案12008年01月23日22:211、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。
For personal use only in study and research; not for commercial use4、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。
名词解释:(1)静态流水线——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)分段开采——当向量的长度大于向量寄存器的长度时,必须把长向量分成长度固定的段,然后循环分段处理,每一次循环只处理一个向量段。
(3)计算机体系结构——程序员所看到的计算机的属性,即概念性结构与功能特性(4)时间重叠——在并行性中引入时间因素,即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。
(5)TLB——个专用高速存储器,用于存放近期经常使用的页表项,其内容是页表部分内容的一个副本(6)结构冲突——指某种指令组合因为资源冲突而不能正常执行(7)程序的局部性原理——程序在执行时所访问的地址不是随机的,而是相对簇聚;这种簇聚包括指令和数据两部分。
(8)2:1Cache经验规则——大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N /2的两路组相联Cache的实效率。
(9)组相联映象——主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方(10)数据相关——当指令在流水线中重叠执行时,流水线有可能改变指令读/写操作的顺序,使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现时的顺序,将导致数据相关。
(1)动态流水线——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。
(2)透明性——指在计算机技术中,把本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的特性。
(3)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。
(4)资源共享——是一种软件方法,它使多个任务按一定的时间顺序轮流使用同一套硬件设备。
(5)快表——个专用高速存储器,用于存放近期经常使用的页表项,其内容是页表部分内容的一个副本。
(6)控制相关——指由分支指令引起的相关,它需要根据分支指令的执行结果来确定后续指令是否执行。
(7)存储层次——采用不同的技术实现的存储器,处在离CPU不同距离的层次上,目标是达到离CPU最近的存储器的速度,最远的存储器的容量。
《计算机系统的体系结构》课后答案1-8章第1章计算机系统结构的基本概念1、有一个计算机系统可按功能分成4级,每级的指令互不相同,每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍,即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N条指令解释第i+1级的一条指令,而有一段第1级的程序需要运行Ks,问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间?答:第2级上等效程序需运行:(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行:(N/M)*(N /M)*Ks。
第4级上等效程序需运行:(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。
2、硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上又是不等效的?试举例说明。
答:软件和硬件在逻辑功能上是等效的,原理上,软件的功能可用硬件或固件完成,硬件的功能也可用软件模拟完成。
只是反映在速度、价格、实现的难易程度上这两者不同。
3、试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答:计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同,但又相互影响。
(1)计算机的系统结构相同,但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、1 25、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同,均是由中央处理机/主存,通道、设备控制器,外设4级构成。
其中,中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统,只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行,在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
(2)相同的组成可有多种不同的实现。
如主存器件可用双极型的,也可用MO S型的;可用VLSI单片,也可用多片小规模集成电路组搭。
(3)计算机的系统结构不同,会使采用的组成技术不同,反之组成也会影响结构。
如为实现A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系统结构,也可采用面向主存的三地址寻址方式的系统结构。
要提高运行速度,可让相加与相乘并行,为此这两种结构在组成上都要求设置独立的加法器和乘法器。
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: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。
第5章存储层次1. 单级存储器的主要矛盾是什么?通常采取什么方法来解决?主要矛盾:(1) 速度越快,每位价格就越高。
(2) 容量越大,每位价格就越低。
(3) 容量越大,速度越慢。
采取多级存储层次方法来解决。
2. 评价存储层次的主要参数有哪些?存储层次的平均每位价格、命中率或失效率、平均访问时间。
3. “Cache-主存”和“主存-辅存”层次的主要区别是什么?4. 在存储层次中应解决哪四个问题?(1)映像规则:当把一个块调入高一层存储器时,可以放到哪些位置上。
(2)查找算法:当所要访问的块在高一层存储器中时,如何找到该块。
(3)替换算法:当发生失效时,应替换哪一块。
(4)写策略:当进行写访问时,应进行哪些操作。
5. 地址映像方法有哪几种?它们各有什么优缺点?(1)全相联映像。
实现查找的机制复杂,代价高,速度慢。
Cache空间的利用率较高,块冲突概率较低,因而Cache的失效率也低。
(2)直接映像。
实现查找的机制简单,速度快。
Cache空间的利用率较低,块冲突概率较高,因而Cache的失效率也高。
(3)组相联映像。
组相联是直接映像和全相联的一种折中。
6. 组相联Cache比相同容量的直接映像Cache的失效率低。
由此是否可以得出结论:采用组相联Cache一定能带来性能上的提高?为什么?不一定。
因为组相联命中率的提高是以增加命中时间为代价的,组相联需要增加多路选择开关。
7. Cache中,有哪两种实现并行查找的方法?(1)用相联存储器实现。
(2)用单体多字存储器和比较器来实现。
8. 替换算法有哪几种?它们各有什么优缺点?(1)随机法:简单、易于用硬件实现,但这种方法没有考虑Cache块过去被使用的情况,反映不了程序的局部性,所以其失效率比LRU的高。
(2)先进先出法:容易实现。
它虽然利用了同一组中各块进入Cache的顺序这一“历史”信息,但还是不能正确地反映程序的局部性。
(3)最近最少使用法LRU:失效率最低。
第五章存储层次5.1名词解释1.存储层次——采用不同的技术实现的存储器,处在离CPU不同距离的层次上,目标是达到离CPU最近的存储器的速度,最远的存储器的容量。
2.全相联映象——主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。
3.直接映象——主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。
4.组相联映象——主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方(Cache分成若干组,每组由若干块构成)。
5.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。
6.L RU——选择最近最少被访问的块作为被替换的块。
实际实现都是选择最久没有被访问的块作为被替换的块。
7.写直达法——在执行写操作时,不仅把信息写入Cache中相应的块,而且也写入下一级存储器中相应的块。
8.写回法——只把信息写入Cache中相应块,该块只有被替换时,才被写回主存。
9.按写分配法——写失效时,先把所写单元所在的块调入Cache,然后再进行写入。
10.不按写分配法——写失效时,直接写入下一级存储器中,而不把相应的块调入Cache。
11.写合并——在往缓冲器写入地址和数据时,如果缓冲器中存在被修改过的块,就检查其地址,看看本次写入数据的地址是否和缓冲器内某个有效块的地址匹配。
如果匹配,就将新数据与该块合并。
12.命中时间——访问Cache命中时所用的时间。
13.失效率——CPU访存时,在一级存储器中找不到所需信息的概率。
14.失效开销——CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。
15.强制性失效——当第一次访问一个块时,该块不在Cache中,需要从下一级存储器中调入Cache,这就是强制性失效。
16.容量失效——如果程序在执行时,所需要的块不能全部调入Cache中,则当某些块被替换后又重新被访问,就会产生失效,这种失效就称作容量失效。
计算机组成原理与体系结构智慧树知到课后章节答案2023年下黑龙江工程学院第一章测试1.运算器的核心部件是______。
A:算术逻辑运算部件 B:数据选择器 C:累加寄存器 D:数据总线答案:算术逻辑运算部件2.存储器主要用来______。
A:存放程序和数据 B:存放数据 C:存放微程序 D:存放程序答案:存放程序和数据3.电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为______。
A:UP B:ALU C:CPU D:主机答案:主机4.输入、输出装置以及外接的辅助存储器称为______。
A:主机 B:存储器 C:操作系统 D:外围设备答案:外围设备5.用户与计算机通信的界面是______。
A:应用程序 B:文本处理 C:外围设备 D:CPU 答案:外围设备6.下列______不是输入设备。
A:打印机 B:鼠标器 C:画笔及图形板 D:键盘答案:打印机7.一片1MB的磁盘能存储______的数据。
A:220字节 B:210字节 C:109字节 D:106字节答案:220字节8.计算机硬件能直接执行的只能是_____。
A:符号语言 B:机器语言 C:汇编语言 D:机器语言和汇编语言答案:机器语言9.一个节拍信号的宽度是指_____。
A:时钟周期 B:指令周期 C:存储周期 D:机器周期答案:时钟周期10.32位的个人计算机,一个字节由______位组成。
A:32 B:16 C:4 D:8 答案:811.微处理器可以用来做微型计算机的CPU。
A:错 B:对答案:错12.决定计算机运算精度的主要技术指标是计算机的字长。
A:错 B:对答案:对13.计算机总线用于传输控制信息、数据信息和地址信息的设施。
A:对 B:错答案:对14.计算机系统软件是计算机系统的核心软件。
A:对 B:错答案:对15.计算机运算速度是指每秒钟能执行操作系统的命令个数。
A:对 B:错答案:错16.计算机主机由CPU、存储器和硬盘组成。
第一章电脑体系结构的基本概念1.电脑系统结构的经典定义程序员所看到的电脑属性,即概念性结构与功能特性。
〔电脑组成:指电脑系统结构的逻辑实现。
电脑实现:电脑组成的物理实现〕2.电脑系统的多级层次结构:1.虚拟机:应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器2.物理机:传统机器语言机器->微程序机器3.透明性:在电脑技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好似不存在的概念称为透明性。
4.编译: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5.解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都转去执行低一级机器上的一段等效程序。
6.常见的电脑系统结构分类法有两种:Flynn分类法、冯氏分类法〔按系统并行度P m:计算机系统在单位时间内能处理的最大二进制位数〕进行分类。
Flynn分类法把电脑系统的结构分为4类:单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)IS指令流,DS数据流,CS〔控制流〕,CU〔控制部件〕,PU〔处理部件〕,MM,SM〔表示存储器〕7.电脑设计的定量原理:1.大概率事件优先原理〔分配更多资源,到达更高性能〕2.Amdahl定理:加速比:S n=T0(加速前)T n(加速后)=1(1−Fe)+Fe/Se(Fe为可改良比例〔可改良部分的执行时间/总的执行时间〕,Se为部件加速比〔改良前/改良后〕3.程序的局部性原理:时间局部性:程序即将使用的信息很可能是目前使用的信息。
空间局部性:即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间上相邻或相近。
4.CPU性能公式:1.时钟周期时间2.CPI:CPI = 执行程序所需的时钟周期数/IC3.IC(程序所执行的指令条数)8.并行性:电脑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。
同时性:两个或两个以上的事件在同一时刻发生。