系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)答題答案

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)答題復(fù)習(xí)資料簡(jiǎn)答題復(fù)習(xí)資料 1 簡(jiǎn)述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點(diǎn) 1 簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì) 2 簡(jiǎn)化了編譯程序 3 便于實(shí)現(xiàn)一致性校驗(yàn) 4 能由硬件自動(dòng)變換 數(shù)據(jù)類(lèi)型 5 支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類(lèi)型無(wú)關(guān)的要求 6 為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)提供了支 持 2 簡(jiǎn)述哈夫曼壓縮概念的基本思想 簡(jiǎn)述哈夫曼壓縮概念的基本思想 哈夫曼壓縮概念的基本思想是 當(dāng)各種事件發(fā)生的概率不均等時(shí) 采用優(yōu)化技術(shù)對(duì)發(fā)生概率最高的事件 用最短的位數(shù) 時(shí)間 來(lái)表示 處理 而對(duì)出現(xiàn)概率較低的 允許用較長(zhǎng)的位數(shù) 時(shí)間 來(lái)表示 處理 就 會(huì)導(dǎo)致表示 處理 的平均位數(shù) 時(shí)間 的縮短 3 RISC 存在不足表現(xiàn)在哪些方面 存在不足表現(xiàn)在哪些方面 1 由于指令少使原來(lái)在 CISC 上由單一指令完成的某些復(fù)雜功能現(xiàn)在要用多條 RISC 指令才能完成 加 重了匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān) 增加了機(jī)器語(yǔ)言程序的長(zhǎng)度 占用存儲(chǔ)空間多 加大了指令的信息流量 2 對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算執(zhí)行和虛擬存儲(chǔ)器的支持雖有很大加強(qiáng) 但仍顯得不足 3 RISC 機(jī)器的編譯程序比 CISC 的難寫(xiě) 4 簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述設(shè)計(jì) RISC 結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù)結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù) 1 按 RISC 一般原則設(shè)計(jì) 2 邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序結(jié)合 3 用重疊寄存器窗口 4 指令用流水和延 遲轉(zhuǎn)移 5 優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng) 5 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 由中間開(kāi)始由中間開(kāi)始 設(shè)計(jì)的基本思想 設(shè)計(jì)的基本思想 1 軟硬件設(shè)計(jì)分離和脫節(jié)是 由上往下 和 由下往上 設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn) 由此提出 有中間開(kāi)始 設(shè) 計(jì) 中間 提的是層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面 目前多數(shù)實(shí)在傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)與操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)之間 2 進(jìn)行合理的軟 硬件功能分配時(shí) 既要考慮能拿到的硬 器件 又要考慮可能的應(yīng)用所需的算法和數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu) 先定義好這個(gè)交界面 確定哪些功能由硬件實(shí)現(xiàn) 哪些功能由軟件實(shí)現(xiàn) 同時(shí)還要考慮好硬件 對(duì)操作系統(tǒng) 編譯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供些什么支持 然后由這個(gè)中間點(diǎn)分別往上往下進(jìn)行軟件和硬件的設(shè)計(jì) 6 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 組成和實(shí)現(xiàn)三者的相互關(guān)系 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 組成和實(shí)現(xiàn)三者的相互關(guān)系 結(jié)構(gòu) 組成 實(shí)現(xiàn)三者互不相同 但又互相影響 相同結(jié)構(gòu) 如指令系統(tǒng)相同 的計(jì)算機(jī) 可以因速度 不同而采用不同的組成 同樣 一種組成可有多種不同的實(shí)現(xiàn) 反過(guò)來(lái) 組成也會(huì)影響結(jié)構(gòu) 微程序控 制就是一個(gè)典型的例子 通過(guò)改變控制存儲(chǔ)器中的微程序就可改變系統(tǒng)的機(jī)器指令 改變結(jié)構(gòu) 如果沒(méi) 有組成技術(shù)的進(jìn)步 結(jié)構(gòu)的進(jìn)展是不可能的 正因?yàn)槿绱?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須結(jié)合應(yīng)用考慮 為軟件和算法的實(shí)現(xiàn)提供更多更好的支持 同時(shí)考慮 可能采用和準(zhǔn)備采用的組成技術(shù) 組成設(shè)計(jì)上面決定于結(jié)構(gòu) 下面受限于實(shí)現(xiàn)技術(shù) 然而它們是可以實(shí)現(xiàn)折衷權(quán)衡的 結(jié)構(gòu) 組成和實(shí)現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時(shí)期及不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有差異 在某些系統(tǒng)中作為結(jié)構(gòu)的 內(nèi)容 在另一些系統(tǒng)中可能是組成和實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容 軟件的硬化和硬件的軟化都放映了這一事實(shí) 7 模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場(chǎng)合是什么 模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場(chǎng)合是什么 模擬與仿真的主要區(qū)別在于解釋用的語(yǔ)言 仿真是用微程序解釋 其解釋程序存在控制存儲(chǔ)器中 而 模擬是用機(jī)器語(yǔ)言程序解釋 其解釋程序存在主存中 模擬靈活 可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移植 但結(jié) 構(gòu)差異太大時(shí) 效率 速度會(huì)急劇下降 仿真在速度上損失小 但不靈活 只能在差別不大的系統(tǒng)之間 使用 否則效率也會(huì)過(guò)低且難以仿真 需與模擬結(jié)合才行 8 設(shè) 設(shè) Pi和和 Pj程序段都是一條語(yǔ)句 且程序段都是一條語(yǔ)句 且 Pi在在 Pj之前執(zhí)行 試舉出之前執(zhí)行 試舉出 Pi和和 Pj間存在間存在 3 種可能的數(shù)據(jù)相關(guān) 種可能的數(shù)據(jù)相關(guān) 1 若 Pi 的左部變量在 Pj 的右部變量集內(nèi) 且 Pi 必須取出 Pi 運(yùn)算的結(jié)果來(lái)作為操作數(shù) 則稱(chēng) Pi 數(shù)據(jù)相 關(guān) 于 Pi 2 若 Pj 的左部變量在 Pi 的右部變量集內(nèi) 且當(dāng) Pi 未取用其變量的值之前 是不允許被 Pj 所改變 則稱(chēng) Pi 數(shù)據(jù)反相關(guān) 于 Pj 3 若 Pi 的左部變量也是 Pj 的右部變量 且 Pj 存入其算得的值必須在 Pi 存入之后 則稱(chēng) Pj 數(shù)據(jù)輸出相 關(guān) 于 Pi 9 試分析通過(guò)何種方法可以解決通用寄存器組數(shù)相關(guān)的問(wèn)題 試分析通過(guò)何種方法可以解決通用寄存器組數(shù)相關(guān)的問(wèn)題 10 在在 一次重疊一次重疊 的機(jī)器中 會(huì)出現(xiàn)哪些相關(guān)的機(jī)器中 會(huì)出現(xiàn)哪些相關(guān) 應(yīng)如何處理 應(yīng)如何處理 一次重疊 是指將指令的解釋分為 分析 和 執(zhí)行 兩個(gè)階段 任何時(shí)刻都只是 執(zhí)行 K 與 分析 K 1 在時(shí)間上重疊 也就是讓指令分析部件與指令執(zhí)行部件同時(shí)處理相鄰的兩條指令 在 一 次重疊 機(jī)器中 會(huì)出現(xiàn)的相關(guān)主要有 指令相關(guān) 主存空間數(shù)相關(guān) 通用寄存器組相關(guān)等 轉(zhuǎn)移指令與后續(xù)指令相關(guān) 減少使用轉(zhuǎn)移指令 需要使用時(shí)可采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù) 指令相關(guān) 不允許程序在執(zhí)行過(guò)程中修改指令 需要修改指令時(shí)可用類(lèi)似于 IBM370 的執(zhí)行指令 變指令 相關(guān)為操作數(shù)相關(guān) 統(tǒng)一按操作相關(guān)去處理 主存空間數(shù)相關(guān) 在存儲(chǔ)控制器中 寫(xiě)數(shù)申請(qǐng)優(yōu)先于讀數(shù)申請(qǐng)被響應(yīng)變址值二次相關(guān) 設(shè)置變址值相關(guān) 專(zhuān)用通路 通用寄存器組的變址值一次相關(guān) 設(shè)置變址值相關(guān)專(zhuān)用通路 并推后后續(xù)指令的分析 11 試舉例說(shuō)明什么是試舉例說(shuō)明什么是 先讀后寫(xiě)先讀后寫(xiě) 寫(xiě)一寫(xiě)寫(xiě)一寫(xiě) 先寫(xiě)后讀先寫(xiě)后讀 相關(guān) 相關(guān) 設(shè)有指令 h i j k l m n 依次流入流水線 若 i 要讀數(shù)的單元正是 k 寫(xiě)數(shù)的單元 正常順序是 i 先讀 k 再寫(xiě) 但由于異步流動(dòng)下 k 可能先于指令 i 被解釋 從而 i 讀到的是不正確數(shù)據(jù) 正常數(shù)據(jù)應(yīng) 該是 k 寫(xiě)之前的 這種相關(guān)稱(chēng)為 先讀后寫(xiě) 相關(guān) 若 i k 向一單元寫(xiě)數(shù)據(jù) 正常情況下最后單元中應(yīng) 保存 k 寫(xiě)的數(shù)據(jù) 但由于異步流動(dòng) k 可能先于 i 寫(xiě)數(shù)據(jù) 使該單元最后結(jié)果不正確 這種相關(guān)稱(chēng) 寫(xiě) 寫(xiě) 相關(guān) 類(lèi)似可知 先寫(xiě)后讀 相關(guān) 12 簡(jiǎn)述解決指令相關(guān)的方法 13 簡(jiǎn)述解決全局相關(guān)的幾種方法 簡(jiǎn)述解決全局相關(guān)的幾種方法 全局性相關(guān)是轉(zhuǎn)移指令與其后續(xù)指令之間的相關(guān) 處理方法有 猜測(cè)法 猜選其中一個(gè)分支繼續(xù)流入 待條件碼形成后再?zèng)Q定是繼續(xù)執(zhí)行 還是作廢 按另一分支重新流 入 提前形成轉(zhuǎn)移所需的條件 包括指令內(nèi)或程序段內(nèi)條件碼的提前生成 加快短循環(huán)程序的處理 判斷如屬于短循環(huán) 將循環(huán)體內(nèi)各指令一次取入指令緩沖器中 停止預(yù)取指令 猜選分支恒選循環(huán)分支 14 流水線按級(jí)別分成幾類(lèi) 線性 流水線按級(jí)別分成幾類(lèi) 線性流水線流水線與非線性流水線有什么區(qū)別與非線性流水線有什么區(qū)別 動(dòng)態(tài)流水線與靜態(tài)流水線有什么區(qū)動(dòng)態(tài)流水線與靜態(tài)流水線有什么區(qū) 別別 流水線按級(jí)別分部件級(jí) 處理機(jī)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)三級(jí) 線性流水線段間無(wú)反饋或超過(guò)的通路 非線性流 水線則有反饋回路或前越通路 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)流水都是多功能的流水 其中 動(dòng)態(tài)流水線按一種功能流水 未完成之前 可重組開(kāi)始另一種功能的流水 靜態(tài)流水線必須等流水線排空之后才可進(jìn)行功能切換 15 流水機(jī)器的中斷處理有哪兩種方法 各有什么優(yōu)缺點(diǎn) 流水機(jī)器的中斷處理有哪兩種方法 各有什么優(yōu)缺點(diǎn) 流水機(jī)器的中斷處理有不精確斷點(diǎn)法和精確斷點(diǎn)法兩種 不精確斷點(diǎn)法的還處是控制簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)是不利于程序的排錯(cuò) 精確斷點(diǎn)法好處是中斷現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于發(fā)出中斷的指令 有利于程序的排錯(cuò) 但不利于之處是需要有大 量的后挼寄存器 硬件花費(fèi)大 16 CPU 寫(xiě)寫(xiě) Cache 時(shí) 會(huì)發(fā)生時(shí) 會(huì)發(fā)生 Cache 與主存的對(duì)應(yīng)復(fù)本內(nèi)容不一致的現(xiàn)象 解決這個(gè)問(wèn)題有哪些方法與主存的對(duì)應(yīng)復(fù)本內(nèi)容不一致的現(xiàn)象 解決這個(gè)問(wèn)題有哪些方法 各需要增加什么開(kāi)各需要增加什么開(kāi)銷(xiāo) 寫(xiě)回法 cpu 只寫(xiě)入 cache 不寫(xiě)入主存 僅 Cache 替換時(shí)才寫(xiě)回主存再替換 每個(gè) Cache 塊需增加一個(gè) 修改位的資源開(kāi)銷(xiāo) 寫(xiě)直達(dá)法 cpu 每次寫(xiě)入 cache 同時(shí) 也寫(xiě)入主存 需增加主存的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo) 17 在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中 什么叫頁(yè)面失效在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中 什么叫頁(yè)面失效 什么叫頁(yè)面爭(zhēng)用 什么時(shí)候 兩者同時(shí)發(fā)生 什么時(shí)候兩者什么叫頁(yè)面爭(zhēng)用 什么時(shí)候 兩者同時(shí)發(fā)生 什么時(shí)候兩者 不同時(shí)發(fā)生不同時(shí)發(fā)生 要訪問(wèn)的虛頁(yè)不在實(shí)際主存中時(shí) 就會(huì)發(fā)生頁(yè)面失 其它虛頁(yè)占用時(shí) 就會(huì)發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用 當(dāng)分配給程 序的內(nèi)存區(qū)已被全部占用之后 只要發(fā)生頁(yè) 面失效 并不會(huì)發(fā)生頁(yè)面爭(zhēng)用 18 簡(jiǎn)述段式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程和段式存儲(chǔ)管理的優(yōu)缺點(diǎn) 簡(jiǎn)述段式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程和段式存儲(chǔ)管理的優(yōu)缺點(diǎn) 段式存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程 程序號(hào) 段號(hào) 段內(nèi)偏移量 1 由程序號(hào)找到相應(yīng)的段表基址寄存器 查到段表始址和段表長(zhǎng)度 2 檢查是否越界 正常轉(zhuǎn) 3 3 由段表始址和段號(hào)找到裝入位等相應(yīng)表項(xiàng) 4 裝入位為 1 轉(zhuǎn) 5 否則產(chǎn)生缺頁(yè)中斷 5 主存地址 段內(nèi)偏移 物理地址 段式存儲(chǔ)管理優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 并行編程 縮短時(shí)間 相對(duì)獨(dú)立 易于維護(hù) 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ) 便于共享和分段保護(hù) 缺點(diǎn) 主存利用率低 降低了訪寸速度 空閑區(qū)管理復(fù)雜 查表速度慢 19 簡(jiǎn)述頁(yè)式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程和分頁(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn) 簡(jiǎn)述頁(yè)式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程和分頁(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn) 頁(yè)式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程 分頁(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 表項(xiàng)短 減少訪表時(shí)間 零頭少 速度快 缺點(diǎn) 強(qiáng)制分頁(yè) 不利于存儲(chǔ)保護(hù)和擴(kuò)充 有效地址生成慢 20 簡(jiǎn)述段頁(yè)式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程簡(jiǎn)述段頁(yè)式存儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程 用戶(hù)標(biāo)志 段號(hào) 頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)偏移 1 用戶(hù)標(biāo)志 段基址寄存器 2 檢查是否越界 3 找到段表中表項(xiàng) 4 檢查裝入位 段長(zhǎng) 5 找到頁(yè)表中表項(xiàng) 6 檢查裝入位 7 實(shí)頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)偏移 有效地址 21 簡(jiǎn)述在有簡(jiǎn)述在有 Cache 情況下 按給出的一個(gè)主存地址訪存的過(guò)程 情況下 按給出的一個(gè)主存地址訪存的過(guò)程 1 將主存與 Cache 分成大小相同的塊 2 判斷要訪問(wèn)的主存地址塊號(hào)是否在 Cache 中 3 若在 變換為 Cache 號(hào) 訪問(wèn) Cache 4 若不在 將該信息由主存調(diào)入 Cache 和 CPU 5 若 Cache 已滿(mǎn) 則替換 Cache 信息 修改相應(yīng)表格 22 2 簡(jiǎn)述控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn) 簡(jiǎn)述控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn) 控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)是 通過(guò)訪問(wèn)共享存儲(chǔ)單元讓數(shù)據(jù)在指令之間傳遞 指令的執(zhí)行順序隱含 于控制流中 可以顯式地使用專(zhuān)門(mén)的控制操作符來(lái)實(shí)現(xiàn)并行處理 指令執(zhí)行順序受程度計(jì)數(shù)器的控制 即受控制令牌所支配 23 N 16 的 4 級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò) 級(jí)號(hào)從輸入到輸出為 0 到 3 采用級(jí)控制 如將其中的第 1 級(jí)開(kāi)關(guān)處 于 直接 不能實(shí)現(xiàn)哪些結(jié)點(diǎn)之間的配對(duì)通信 為什么 24 4 什么是全排列網(wǎng)絡(luò) 什么是全排列網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)有哪兩種方法實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)有哪兩種方法 可實(shí)現(xiàn) N 個(gè)入端的所有 N 種排列的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)全排列網(wǎng)絡(luò) 即 N 個(gè)端所有一到一的傳送都不會(huì)發(fā)生傳送路徑 使用沖突的互連網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)的出方法有 在多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的輸出端設(shè)置鎖存器 使輸出端的數(shù)據(jù)再一次通過(guò)多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò) 將兩個(gè)多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò) 即一個(gè)正網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)逆網(wǎng)絡(luò)串接起來(lái) 合并掉中間的一級(jí) 組成 2logN 1 級(jí)的多 級(jí)網(wǎng)絡(luò) 25 編號(hào)為 編號(hào)為 0 1 15 的的 16 個(gè)處理器用單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)互連 當(dāng)互連函數(shù)分別為個(gè)處理器用單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)互連 當(dāng)互連函數(shù)分別為 1 Cube3 2 PM2 3 3 PM2 0 4 Shuffle 5 Shuffle Shuffle 時(shí) 第 時(shí) 第 13 號(hào)處理器各連至哪號(hào)處理器各連至哪 個(gè)處理器上個(gè)處理器上 1 5 號(hào) 2 5 號(hào) 3 12 號(hào) 4 11 號(hào) 7 號(hào) 26 簡(jiǎn)述簡(jiǎn)述 SIMD 系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 1 結(jié)構(gòu)不要過(guò)分復(fù)雜 以降低成本 2 互連要靈活 以滿(mǎn)足算法和應(yīng)用的需要 3 處理單元間信息交換所需傳送步數(shù)要盡可能少 以提高速度性能 4 能用規(guī)模單一的基本構(gòu)件組合而成 或者經(jīng)多次通過(guò)或者經(jīng)多級(jí)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的互連 使模塊性號(hào) 以便于用 VLSI 實(shí)現(xiàn)并滿(mǎn)足系統(tǒng)的可擴(kuò)充性 27 簡(jiǎn)述使用多處理機(jī)的目的 簡(jiǎn)述使用多處理機(jī)的目的 1 用多臺(tái)處理器進(jìn)行多任務(wù)處理 提高協(xié)同求解一個(gè)大而復(fù)雜問(wèn)題的速度 2 依靠冗余的處理機(jī)及其重組來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性 適應(yīng)性和可用性 28 多處理機(jī)系統(tǒng)與并行處理機(jī)系統(tǒng)的主要差別是什么多處理機(jī)系統(tǒng)與并行處理機(jī)系統(tǒng)的主要差別是什么 有差別的原因是并行性等級(jí)不同 多處理機(jī)系統(tǒng)是任務(wù)級(jí)并行 并行處理機(jī)是操作級(jí)并行 具體講 1 結(jié)構(gòu)靈活性不同 2 程序并行性等級(jí)不同 軟硬件支持不同 3 并行任務(wù)派生的方式不同 并行處理機(jī)能否并行工作由指令決定 多處理機(jī)必須有專(zhuān)門(mén)指令指明程 序段能否并行執(zhí)行 派生的任務(wù)數(shù)是動(dòng)態(tài)變化的 4 進(jìn)程同步 并行處理機(jī)工作同步是自然的 而多處理機(jī)必須采取同步措施 5 資源分配和任務(wù)調(diào)度