计算机系统结构 期末复习
一．名詞解釋
二．簡答題
什么是軟件兼容？軟件兼容有幾種？其中哪一種是軟件兼容的根本特征？
同一個軟件可以不加修改地運行于系統結構相同的各檔機器上，而且它們所獲得的結果一樣，差別只在于運行時間的不同。
軟件兼容分為向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后兼容是軟件兼容的根本特征。
試以系列機為例，說明計算機系統結構、計算機組成和計算機實現三者之間的關系。
計算機組成是計算機系統結構的邏輯實現；計算機實現是計算機組成的物理實現。
一種系統結構可以有多種組成；一種組成可以有多種實現。同一系列機中各種型號的機器具有相同的系統結構，但采用不同的組成和實現技術，因而具有不同的性能和價格。
計算機系統結構設計和分析中最經常使用的三條基本原則是什么？
大概率事件優先原則。對于大概率事件（最常見的事件），賦予它優先的處理權和資源使用權，以獲得全局的最優結果。
Amdahl定律。加快某部件執行速度所獲得的系統性能加速比，受限于該部件在系統中所占的重要性。
程序的局部性原理。程序在執行時所訪問地址的分布不是隨機的，而是相對地簇聚。
根據Amdahl定律，系統加速比由哪兩個因素決定？
系統加速比依賴于兩個因素：
可改進比例：可改進部分在原系統計算時間中所占的比例。
部件加速比：可改進部分改進以后的性能提高。
計算機系統中提高并行性的技術途徑有哪三種？
時間重疊。多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設備的各個部分，以加快硬件周轉而贏得速度。
資源重復。通過重復設置資源，尤其是硬件資源，大幅度提高計算機系統的性能。
資源共享。這是一種軟件方法，它使多個任務按一定時間順序輪流使用同一套硬件設備。
從當前的計算機技術觀點來看，CISC結構有什么缺點？
指令系統龐大，指令功能復雜，指令尋址方式多，指令格式多
絕大多數指令需要多個機器周期完成
各種指令都可以訪問存儲器
采用微程序控制
有專用寄存器，少量
難以用優化編譯技術生成高效的目標代碼程序
RISC的設計原則是什么？
使用頻度很高的指令
大大減少尋址方式
所有指令在一個機器周期內完成
擴大通用寄存器個數
采用硬聯控制實現
通過精簡指令和優化設計編譯程序，以簡單有效的方式支持高級語言
MIPS采用哪幾種尋址方式？
全相連映像（主存中的任意一塊可以放在Cache中的任何位置）
缺點；查找復雜，代價高，速度慢
優點：Cache空間利用率高，塊沖突概率低，Caceh的失效率低
直接映像：（主存中的任意一塊都只對應Cache中的唯一一個位置）
缺點：Cache空間利用率低，塊沖突概率高，Cache失效率高
優點：查找簡單，快速
組相連映像（主存中的任意一塊對應Cache中的一組位置）
直接映像和全相連映像折中的辦法
流水技術有哪些特點？
流水線把一個處理過程分解為若干個子過程，每個子過程由一個專門的功能部件來實現。因此，流水線實際上是把一個大的處理功能部件分解為多個獨立的功能部件，并依靠它們的并行工作來提高吞吐率。
流水線中各段的時間應盡可能相等，否則將引起流水線堵塞和斷流。
流水線每一個功能部件的前面都要有一個緩沖寄存器，稱為流水寄存器。
流水技術適合于大量重復的時序過程，只有在輸入端不斷地提供任務，才能充分發揮流水線的效率。
流水線需要有通過時間和排空時間。在這兩個時間段中，流水線都不是滿負荷工作。
在5段流水線中，一條指令的執行需要幾個時鐘周期？它們分別是什么？
一條指令的執行需要5個時鐘周期。它們分別是：
取指令周期（IF）、
指令譯碼/讀寄存器周期（ID）、
執行/有效地址計算周期（EX）、
存儲器/分支完成周期（MEM）、
寫回周期（WB）。
評價流水線的性能指標是什么？
吞吐率：指在單位時間內流水線所完成的任務數或輸出結果的數量。
流水線的加速比：指m段流水線的速度與等功能的非流水線的速度之比。
效率：指流水線的設備利用率。
什么叫相關？流水線中有哪幾種相關？
相關是指兩條指令之間存在某種依賴關系。確定程序中指令之間存在什么樣的相關，對于充分發揮流水線的效率有重要的意義。
相關有3種類型，分別是數據相關（也稱真數據相關）、名相關、控制相關。
單級存儲器的主要矛盾是什么？通常采取什么方法來解決？
主要矛盾：
速度越快，每位價格就越高。
容量越大，每位價格就越低。
容量越大，速度越慢。
采取多級存儲層次方法來解決。
在存儲層次中應解決哪四個問題？
映像規則：當把一個塊調入高一層存儲器時，可以放到哪些位置上。
查找算法：當所要訪問的塊在高一層存儲器中時，如何找到該塊。
替換算法：當發生失效時，應替換哪一塊。
寫策略：當進行寫訪問時，應進行哪些操作。
地址映像方法有哪幾種？它們各有什么優缺點？
全相聯映像。實現查找的機制復雜，代價高，速度慢。Cache空間的利用率較高，塊沖突概率較低，因而Cache的失效率也低。
直接映像。實現查找的機制簡單，速度快。Cache空間的利用率較低，塊沖突概率較高，因而Cache的失效率也高。
組相聯映像。組相聯是直接映像和全相聯的一種折中。
寫策略主要有哪兩種？它們各有什么優點？
寫直達法：易于實現，而且下一級存儲器中的數據總是最新的。
寫回法：速度快，寫操作能以Cache存儲器的速度進行。而且對于同一單元的多個寫最后只需一次寫回下一級存儲器，有些“寫”只到達Cache，不到達主存，因而所使用的存儲器頻帶較低。
偽相聯的基本思想是什么？
偽相聯既能獲得多路組相聯Cache的低失效率又能保持直接映像Cache的命中速度。
采用二級Cache的基本思想是什么？
通過在原有Cache和存儲器之間增加另一級Cache，構成兩級Cache。把第一級Cache做得足夠小，使其速度和快速CPU的時鐘周期相匹配，而把第二級Cache做得足夠大，使它能捕獲更多本來需要到主存去的訪問，從而降低實際失效開銷。
采用容量小且結構簡單的Cache有什么好處？
可以有效提高Cache的訪問速度，因為硬件越簡單速度就越快，小容量Cache可以實現快速標識檢測，對減少命中時間有益
Cache足夠小，可以與處理權做在同一芯片上，以避免因芯片外訪問而增加時間開銷
保持Cache簡單結構可采用直接映像Cache，直接映像Cache的主要優點就是可以讓標識檢測和數據傳送重疊進行，這樣可以有效減少命中時間
“虛擬索引＋物理標識” Cache的基本思想是什么？
直接用虛地址中的頁內位移（頁內位移在虛擬地址的轉換中保持不變），作為訪問Cache的索引，但標識確實物理地址，Cpu發出訪存請求后，在進行虛地址轉換的同時，可并行進行標識的讀取，在完成地址變換后，再把得到的物理地址和標識進行比較
在分布式存儲器結構的機器中，將存儲器分布到各結點有什么好處？
如果大多數的訪問是針對本結點的局部存儲器，則可降低對存儲器和互連網絡的帶寬要求
對局部存儲器的訪問延遲低，分布式存儲器結構的主要缺點就是處理器之間的通信較為復雜，且各處理器之間訪問延遲大
總結
以上是生活随笔為你收集整理的计算机系统结构 期末复习的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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