體系結(jié)構(gòu)試題及答案

1、.1 名詞解釋2:1Cache經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：大小為N的直接印象Cache的失效率約等于大小為N/2的兩路組相聯(lián)Cache的失效率。通道處理機(jī)：通道的專用處理機(jī)，來專門負(fù)責(zé)整個(gè)計(jì)算機(jī)體系的輸入/輸出工作。通道處理機(jī)只能執(zhí)行有限的一組輸入/輸出指令。透明性：在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，把這種本來存在的事物或?qū)傩?，但從某種角度看又好像不存在的概念稱為透明性。向量處理機(jī)：設(shè)置了向量數(shù)據(jù)表示和相應(yīng)的向量指令的流水線處理機(jī)稱為向量處理機(jī)。虛擬Cache：直接用虛擬地址進(jìn)行訪問的Cache計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機(jī)器程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。系列機(jī)：由同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)

2、的一系列不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)。同構(gòu)型多處理機(jī)系統(tǒng)：由多個(gè)同類型或至少擔(dān)負(fù)同等功能的處理機(jī)組成，它們同時(shí)處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個(gè)任務(wù)。堆棧型機(jī)器：CPU 中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是堆棧的機(jī)器。累加器型機(jī)器：CPU 中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是累加器的機(jī)器。通用寄存器型機(jī)器：CPU 中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是通用寄存器的機(jī)器。數(shù)據(jù)相關(guān)：考慮兩條指令i和j，i在j的前面，如果下述條件之一成立，則稱指令j與指令i數(shù)據(jù)相關(guān)： （1）指令j使用指令i產(chǎn)生的結(jié)果；（2）指令j與指令k數(shù)據(jù)相關(guān)，而指令k又與指令i數(shù)據(jù)相關(guān)。定向：用來解決寫后讀沖突的。在發(fā)生寫后讀相關(guān)的情況下，在計(jì)算結(jié)果尚未出來之前，后面等待使用該結(jié)果的指令并不

3、見得是馬上就要用該結(jié)果。如果能夠?qū)⒃撚?jì)算結(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停頓。指令級(jí)并行：簡(jiǎn)稱ILP。是指指令之間存在的一種并行性，利用它，計(jì)算機(jī)可以并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令。指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度：是指在保持?jǐn)?shù)據(jù)流和異常行為的情況下，通過硬件對(duì)指令執(zhí)行順序進(jìn)行重新安排，以提高流水線的利用率且減少停頓現(xiàn)象。是由硬件在程序?qū)嶋H運(yùn)行時(shí)實(shí)施的。指令的靜態(tài)調(diào)度：是指依靠編譯器對(duì)代碼進(jìn)行靜態(tài)調(diào)度，以減少相關(guān)和沖突。它不是在程序執(zhí)行的過程中、而是在編譯期間進(jìn)行代碼調(diào)度和優(yōu)化的。失效率：CPU訪存時(shí)，在一級(jí)存儲(chǔ)器中找不到所需信息的概率。失效開銷：CPU向二級(jí)存儲(chǔ)器發(fā)出訪問請(qǐng)求到把這

4、個(gè)數(shù)據(jù)調(diào)入一級(jí)存儲(chǔ)器所需的時(shí)間。強(qiáng)制性失效：當(dāng)?shù)谝淮卧L問一個(gè)塊時(shí)，該塊不在Cache中，需要從下一級(jí)存儲(chǔ)器中調(diào)入Cache，這就是強(qiáng)制性失效。容量失效：如果程序在執(zhí)行時(shí)，所需要的塊不能全部調(diào)入Cache中，則當(dāng)某些塊被替換后又重新被訪問，就會(huì)產(chǎn)生失效，這種失效就稱作容量失效。沖突失效：在組相聯(lián)或直接映象Cache中，若太多的塊映象到同一組（塊）中，則會(huì)出現(xiàn)該組中某個(gè)塊被別的塊替換（即使別的組或塊有空閑位置），然后又被重新訪問的情況。RAID：廉價(jià)磁盤冗余陣列或獨(dú)立磁盤冗余陣列。通道：專門負(fù)責(zé)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出工作的專用處理機(jī)，能執(zhí)行有限的一組輸入輸出指令。通道流量：指一個(gè)通道在數(shù)據(jù)傳送期

5、間，單位時(shí)間內(nèi)能夠傳送的數(shù)據(jù)量?；ミB網(wǎng)絡(luò)：一種由開關(guān)元件按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中結(jié)點(diǎn)之間的相互連接。在拓?fù)渖?，互連網(wǎng)絡(luò)是輸入結(jié)點(diǎn)到輸出結(jié)點(diǎn)之間的一組互連或映象。分布式共享多處理機(jī)：它的共享存儲(chǔ)器分布在各臺(tái)處理機(jī)中，每臺(tái)處理機(jī)都帶有自己的本地存儲(chǔ)器，組成一個(gè)“處理機(jī)-存儲(chǔ)器”單元。但是這些分布在各臺(tái)處理機(jī)中的實(shí)際存儲(chǔ)器又合在一起統(tǒng)一編址， 在邏輯上組成一個(gè)共享存儲(chǔ)器。這些處理機(jī)存儲(chǔ)器單元通過互連網(wǎng)絡(luò)連接在一起 ，每臺(tái)處理機(jī)除了能訪問本地存儲(chǔ)器外，還能通過互連網(wǎng)絡(luò)直接訪問在其他處理機(jī)存儲(chǔ)器單元中的 “遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器”。機(jī)群：是一種價(jià)格低廉、易于構(gòu)建、可擴(kuò)放性極強(qiáng)的并

6、行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由多臺(tái)同構(gòu)或異構(gòu)的獨(dú)立計(jì)算機(jī)通過高性能網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)互連在一起，協(xié)同完成特定的并行計(jì)算任務(wù)。從用戶的角度來看，機(jī)群就是一個(gè)單一、集中的計(jì)算資源。2、 填空1. 單機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)中并行性發(fā)展的技術(shù)途徑有：（時(shí)間重疊）、（資源重復(fù)）、（資源共享)。2. 軟件兼容有(向上兼容)、(向下兼容)、(向前兼容)和(向后兼容)四種其中（向后兼容）是軟件兼容的根本特征。3. 說出三種對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展非常關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)技術(shù)（動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器）、（磁盤）、（網(wǎng)絡(luò)）。4. 同構(gòu)型和異構(gòu)型多處理機(jī)所采用的提高并行性的技術(shù)分別是5. 從處理數(shù)據(jù)的角度，并行性等級(jí)可以分為字串位串、（字串位并）、（字并位串）、和全并

7、行。6. 從執(zhí)行程序的角度看，并行性等級(jí)可以分為：（指令內(nèi)部并行）、（指令級(jí)并行）、（任務(wù)級(jí)或過程級(jí)并行）和作業(yè)或程序級(jí)并行。7. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有（時(shí)間重疊）、（資源重復(fù)）和（資源共享）三種。在高性能單處理機(jī)的發(fā)展中，起主導(dǎo)作用的是（時(shí)間重疊原理）。8. 根據(jù)CPU內(nèi)部存儲(chǔ)單元類型，可將指令集結(jié)構(gòu)分為（堆棧型）指令集結(jié)構(gòu)、（累加器型）指令結(jié)構(gòu)、（通用寄存器型）指令集結(jié)構(gòu)。9. 在處理機(jī)中，若指令序列完成的順序總是與它們開始執(zhí)行的順序保持一致，則只可能出現(xiàn)（名）相關(guān),否則就有可能出現(xiàn)（名相關(guān)）、（數(shù)據(jù)相關(guān)）和（控制）相關(guān)。10. 流水線中的相關(guān)有（數(shù)據(jù)）相關(guān)、（名）相關(guān)、（控

8、制）相關(guān)三種。11. 數(shù)據(jù)相關(guān)有三種，分別是：（寫后讀）、（讀后寫）和（寫后寫）。12. 對(duì)向量的處理有（水平處理）方式、（垂直處理）方式、（分組處理）方式。13. 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的基本依據(jù)是程序的（訪問的局部性原理）。14. 在存儲(chǔ)層次中映像規(guī)則有15. 在存儲(chǔ)層次中，常用的替換算法有（隨機(jī)法）、（先進(jìn)先出法）、（最近最少使用法）。16. 設(shè)有一個(gè)“Cache-主存”層次，Cache為4塊，主存為8塊；試分析對(duì)于以下2種情況，計(jì)算訪存塊地址為5時(shí)的索引（index）。1） ：組相連，每組兩塊：索引為2） 直接映像：索引為17. 地址映像方法有（直接映像）、（組相連映像）和（全相連映像

9、）等三中，其中（全相連）的沖突率最低。18. 按照產(chǎn)生失效的原因不同，Cache失效可以分為（強(qiáng)制性失效）、（容量失效）和（沖突失效）三種。19. 2:1Cache經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是指大小為N的（直接映像）Cache的失效率約等于大小為1/2的（兩路組相連）Cache的失效率。20. 相連度越高，（沖突）失效就越少：（強(qiáng)制性）失效不受Cache容量的影響，但（容量）失效卻隨著容量的增加而減少。（強(qiáng)制性失效和容量失效不受相連度的影響）21. 在虛擬存儲(chǔ)器中，一般采用（全相連）地址映像方法和（LRU）更新策略。22. 設(shè)計(jì)I/O系統(tǒng)的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)()、()和()。23. 輸入/輸出系統(tǒng)包括（外部設(shè)備（I/O設(shè)

10、備，輔助存儲(chǔ)器）和（其與主機(jī)之間的控制部分）。24. 通道分為（字節(jié)多路）通道、（選擇）通道和（數(shù)組多路）通道三種類型。3 簡(jiǎn)答題1.什么叫軟件兼容？軟件兼容有哪幾種?其中哪一種是軟件兼容的根本特征？軟件兼容：一個(gè)軟件可以不經(jīng)修改或者只需少量修改就可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)移植到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。差別只是執(zhí)行時(shí)間的不同。向上（下）兼容：按某檔計(jì)算機(jī)編制的程序，不加修改就能運(yùn)行于比它高（低）檔的計(jì)算機(jī)。向后（前）兼容：按某個(gè)時(shí)期投入市場(chǎng)的某種型號(hào)計(jì)算機(jī)編制的程序，不加修改地就能運(yùn)行于在它之后（前）投入市場(chǎng)的計(jì)算機(jī)。向后兼容是一定要保證的，它是系列機(jī)的根本特征。2. 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析中最常使用的三

11、條基本原則是什么？并說出它們的含義。以經(jīng)常性事件為重點(diǎn)：對(duì)經(jīng)常發(fā)生的情況進(jìn)行優(yōu)化，使分配更多的資源，達(dá)到更高的性能或者分配更多的電能。Amdahl定律：加快某部件執(zhí)行速度所能獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件的執(zhí)行事件占系統(tǒng)中總執(zhí)行事件的百分比。程序的局部性原理：程序執(zhí)行時(shí)所訪問的存儲(chǔ)器地址分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)的簇聚。3. 在進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮哪些因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響？在進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮到如下三個(gè)方面因素的影響：l技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；l計(jì)算機(jī)使用的發(fā)展趨勢(shì)；l計(jì)算機(jī)價(jià)格的發(fā)展趨勢(shì)。4. 從執(zhí)行程序的角度看，并行等級(jí)從低到高可分為哪幾級(jí)？從執(zhí)行程序的角度來看

12、，并行性等級(jí)從低到高可分為：（1）指令內(nèi)部并行：?jiǎn)螚l指令中各微操作之間的并行；（2）指令級(jí)并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令；（3）線程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位；（4）任務(wù)級(jí)或過程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的過程或任務(wù)（程序段），以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元；（5）作業(yè)或程序級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的作業(yè)或程序。5.從處理數(shù)據(jù)的角度，并行性等級(jí)從低到高可分為哪幾級(jí)？從處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級(jí)從低到高可分為：（1）字串位串：每次只對(duì)一個(gè)字的一位進(jìn)行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在并行性；（2）字串位并：同時(shí)對(duì)一個(gè)字的全部位

13、進(jìn)行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)并行性；（3）字并位串：同時(shí)對(duì)許多字的同一位（稱為位片）進(jìn)行處理。這種方式具有較高的并行性；（4）全并行：同時(shí)對(duì)許多字的全部位或部分位進(jìn)行處理。這是最高一級(jí)的并行。6.試以系列機(jī)為例，說明計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。如在設(shè)計(jì)主存系統(tǒng)時(shí)，確定主存容量、編址方式、尋址范圍等屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。確定主存周期、邏輯上是否采用并行主存、邏輯設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)組成。選擇存儲(chǔ)芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實(shí)現(xiàn)。

14、7. 從目的、技術(shù)途徑、組成、分工方式、工作方式等5個(gè)方面對(duì)同構(gòu)型多處理機(jī)異構(gòu)型多處理機(jī)做一比較（列表）。8. 指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中表示尋址方式的主要方法有哪些？簡(jiǎn)述這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。表示尋址方式有兩種常用的方法：（1）將尋址方式編于操作碼中，由操作碼在描述指令的同時(shí)也描述了相應(yīng)的尋址方式。這種方式譯碼快，但操作碼和尋址方式的結(jié)合不僅增加了指令的條數(shù)，導(dǎo)致了指令的多樣性，而且增加了CPU對(duì)指令譯碼的難度。（2）為每個(gè)操作數(shù)設(shè)置一個(gè)地址描述符，由該地址描述符表示相應(yīng)操作數(shù)的尋址方式。這種方式譯碼較慢，但操作碼和尋址獨(dú)立，易于指令擴(kuò)展。9. 在指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮哪些主要問題？在進(jìn)行指令機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

15、中，應(yīng)該考慮如下主要問題：l指令集功能設(shè)計(jì)：主要有RISC和CISC兩種技術(shù)發(fā)展方向；尋址方式的設(shè)計(jì)：設(shè)置尋址方式可以通過對(duì)基準(zhǔn)程序進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)，察看各種尋址方式的使用頻度，根據(jù)適用頻度設(shè)置相應(yīng)必要的尋址方式；操作數(shù)表示和操作數(shù)類型：主要的操作數(shù)類型和操作數(shù)表示的選擇有，浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型（可以采用IEEE754標(biāo)準(zhǔn)）、整型數(shù)據(jù)類型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十進(jìn)制數(shù)據(jù)類型（壓縮十進(jìn)制和非壓縮十進(jìn)制數(shù)據(jù)表示）等等。l尋址方式的表示：可以將尋址方式編碼與操作碼中，也可將尋址方式作為一個(gè)單獨(dú)的域來表示。l指令集格式的設(shè)計(jì)：有固定長(zhǎng)度編碼方式、可變長(zhǎng)編碼方式和混合編碼方式三種選擇。

16、10.計(jì)算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容有哪些？答： (1) 指令集功能設(shè)計(jì)：主要有RISC和CISC兩種技術(shù)發(fā)展方向； (2) 尋址方式的設(shè)計(jì)：設(shè)置尋址方式可以通過對(duì)基準(zhǔn)程序進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)，察看各種尋址方式的使用頻率，根據(jù)適用頻率設(shè)置必要的尋址方式。 (3) 操作數(shù)表示和操作數(shù)類型：主要的操作數(shù)類型和操作數(shù)表示的選擇有：浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型、整型數(shù)據(jù)類型、字符型、十進(jìn)制數(shù)據(jù)類型等等。 (4) 尋址方式的表示：可以將尋址方式編碼于操作碼中，也可以將尋址方式作為一個(gè)單獨(dú)的域來表示。 (5) 指令集格式的設(shè)計(jì)：有變長(zhǎng)編碼格式、固定長(zhǎng)度編碼格式和混合型編碼格式3種。11.RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是什么？答（

17、1） 選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令；（2）每條指令的功能應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；（3）所有指令長(zhǎng)度均相同；（4）只有Load和Store操作指令才訪問存儲(chǔ)器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行； (5) 以簡(jiǎn)單有效的方式支持高級(jí)語言。12.表示尋址方式的主要方法有哪些？簡(jiǎn)述這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：表示尋址方式有兩種常用的方法：（1）將尋址方式編于操作碼中，由操作碼在描述指令的同時(shí)也描述了相應(yīng)的尋址方式。這種方式譯碼快，但操作碼和尋址方式的結(jié)合不僅增加了指令的條數(shù)，導(dǎo)致了指令的多樣性，而且增加了CPU對(duì)指令譯碼的難度。（2）為每個(gè)操作數(shù)設(shè)置一個(gè)地址描述符，由該地址描述符

18、表示相應(yīng)操作數(shù)的尋址方式。這種方式譯碼較慢，但操作碼和尋址獨(dú)立，易于指令擴(kuò)展。13. 造成流水線斷流的主要原因是哪三種相關(guān)？簡(jiǎn)述三種相關(guān)的基本思想。數(shù)據(jù)相關(guān)，名相關(guān)，控制相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)：指令j使用指令i產(chǎn)生的結(jié)果，或者指令j與指令k數(shù)據(jù)相關(guān)，指令k又與指令i書記相關(guān)。名相關(guān)：兩條指令使用相同的名，但他們之間并沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)。控制相關(guān)：由分支指令引起的，需要根據(jù)分支指令的執(zhí)行結(jié)果來確定后續(xù)指令是否執(zhí)行。14. 數(shù)據(jù)相關(guān)有哪幾種類型？解決數(shù)據(jù)相關(guān)有哪些主要方法？15.簡(jiǎn)述先行控制的基本思想。答：先行控制技術(shù)是把緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)相結(jié)合。緩沖技術(shù)是在工作速度不固定的兩個(gè)功能部件之間設(shè)置緩沖器，用以平滑

19、它們的工作。預(yù)處理技術(shù)是指預(yù)取指令、對(duì)指令進(jìn)行加工以及預(yù)取操作數(shù)等。采用先行控制方式的處理機(jī)內(nèi)部設(shè)置多個(gè)緩沖站，用于平滑主存、指令分析部件、運(yùn)算器三者之間的工作。這樣不僅使它們都能獨(dú)立地工作，充分忙碌而不用相互等待，而且使指令分析部件和運(yùn)算器分別能快速地取得指令和操作數(shù)，大幅度地提高指令的執(zhí)行速度和部件的效率。這些緩沖站都按先進(jìn)先出的方式工作，而且都是由一組若干個(gè)能快速訪問的存儲(chǔ)單元和相關(guān)的控制邏輯組成。采用先行控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多條指令的重疊解釋執(zhí)行。16. 簡(jiǎn)述定向技術(shù)的基本思想。定向：用來解決寫后讀沖突的。在發(fā)生寫后讀相關(guān)的情況下，在計(jì)算結(jié)果尚未出來之前，后面等待使用該結(jié)果的指令并不見得是

20、馬上就要用該結(jié)果。如果能夠?qū)⒃撚?jì)算結(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停頓。17.試舉例說明DLX流水線中存在不能依靠定向技術(shù)解決的數(shù)據(jù)相關(guān)及其解決方法。18.有哪幾種向量處理方式？它們對(duì)向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)要求有何不同？1)水平處理方式：不適合對(duì)向量進(jìn)行流水處理。(2)垂直處理方式：適合對(duì)向量進(jìn)行流水處理，向量運(yùn)算指令的源/目向量都放在存儲(chǔ)器內(nèi)，使得流水線運(yùn)算部件的輸入、輸出端直接與存儲(chǔ)器相聯(lián)，構(gòu)成MM型的運(yùn)算流水線。(3)分組處理方式：適合流水處理?？稍O(shè)長(zhǎng)度為n的向量寄存器，使每組向量運(yùn)算的源/目向量都在向量寄存器中，流水線的運(yùn)算部件輸入、輸出端與向量寄存器相聯(lián)，構(gòu)成

21、RR型運(yùn)算流水線。19.簡(jiǎn)述Tomasulo算法的基本思想。答：核心思想是： 記錄和檢測(cè)指令相關(guān)，操作數(shù)一旦就緒就立即執(zhí)行，把發(fā)生RAW沖突的可能性減小到最少； 通過寄存器換名來消除WAR沖突和WAW沖突。寄存器換名是通過保留站來實(shí)現(xiàn)，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作數(shù)?；舅枷耄褐灰僮鲾?shù)有效，就將其取到保留站，避免指令流出時(shí)才到寄存器中取數(shù)據(jù)，這就使得即將執(zhí)行的指令從相應(yīng)的保留站中取得操作數(shù)，而不是從寄存器中。指令的執(zhí)行結(jié)果也是直接送到等待數(shù)據(jù)的其它保留站中去。因而，對(duì)于連續(xù)的寄存器寫，只有最后一個(gè)才真正更新寄存器中的內(nèi)容。一條指令流出時(shí)，存放操作數(shù)的寄存器名被換成為對(duì)應(yīng)于該寄存器

22、保留站的名稱（編號(hào)）。20. 簡(jiǎn)述前瞻執(zhí)行的基本思想。對(duì)分支指令的結(jié)果進(jìn)行猜測(cè)，并假設(shè)這個(gè)猜測(cè)總是對(duì)的，然后按這個(gè)猜測(cè)結(jié)果繼續(xù)取、流出和執(zhí)行后續(xù)的指令。只是執(zhí)行指令的結(jié)果不是寫回到寄存器或存儲(chǔ)器，而是放到一個(gè)稱為ROB的緩沖器中。等到相應(yīng)的指令得到“確認(rèn)”（即確實(shí)是應(yīng)該執(zhí)行的）后，才將結(jié)果寫入寄存器或存儲(chǔ)器。21. 調(diào)度分支延遲指令有哪三種常用方法？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。從前調(diào)度：可以有效提高流水線性能，但分支必須不依賴于被調(diào)度的指令。從目標(biāo)處調(diào)度：分支轉(zhuǎn)移成功時(shí)，可以提高流水線性能，但由于復(fù)制指令，可能加大程序空間。從失敗處調(diào)度：分支轉(zhuǎn)移失敗時(shí)，可以提高流水線性能。但如果分支轉(zhuǎn)移成功，必須保證

23、被調(diào)度的指令對(duì)程序的執(zhí)行沒有影響。22.在Tomasulo算法中，進(jìn)入”流出“段的條件是什么？對(duì)于浮點(diǎn)操作來說，要進(jìn)行哪些動(dòng)作和記錄工作？進(jìn)入“流出”段的條件：有空閑保留站r 動(dòng)作和記錄工作：寫出算法或者文字描述均可。要點(diǎn)： （1）判斷第一操作數(shù)是否就緒；如果是，就把操作數(shù)讀到保留站，否則就把寄存器狀態(tài)表中的標(biāo)識(shí)送給保留站。 （2）判斷第二操作數(shù)是否就緒；如果是，就把操作數(shù)讀到保留站，否則就把寄存器狀態(tài)表中的標(biāo)識(shí)送給保留站。 （3）把保留站置為忙。 （4）把操作碼送保留站。 （5）把保留站號(hào)r送到與該指令的結(jié)果寄存器對(duì)應(yīng)的寄存器狀態(tài)表項(xiàng)。23. 簡(jiǎn)述“Cache主存”層次與“主存輔存”層次的區(qū)

24、別。 存儲(chǔ)層次比較項(xiàng)目“Cache主存”層次“主存輔存”層次目的為了彌補(bǔ)主存速度的不足為了彌補(bǔ)主存容量的不足存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)全部由專用硬件實(shí)現(xiàn)主要由軟件實(shí)現(xiàn)訪問速度的比值（第一級(jí)比第二級(jí)）幾比一幾萬比一典型的塊（頁）大小幾十個(gè)字節(jié)幾百到幾千個(gè)字節(jié)CPU對(duì)第二級(jí)的訪問方式可直接訪問均通過第一級(jí)不命中時(shí)CPU是否切換不切換切換到其它進(jìn)程24. 試從3C失效的關(guān)系分析增加塊大小對(duì)Cache性能的影響。降低失效率最簡(jiǎn)單的方法是增加塊大小。（1）對(duì)于給定的Cache容量，當(dāng)塊大小增加（從16字節(jié)開始）時(shí)，失效率開始是下降，后來反而上升了。(2)Cache容量越大，使失效率達(dá)到最低的塊大小就越大。導(dǎo)致上述失

25、效率先下降后上升的原因，在于增加塊大小會(huì)產(chǎn)生雙重作用。一方面它減少了強(qiáng)制性失效，因?yàn)榫植啃栽碛袃煞矫娴暮x：時(shí)間局部性和空間局部性，增加塊大小利用了空間局部性；另一方面，由于增加塊大小會(huì)減少Cache中塊的數(shù)目，所以有可能會(huì)增加沖突失效。在Cache容量較小時(shí)，甚至還會(huì)增加容量失效。剛開始增加塊大小時(shí)，由于塊大小還不是很大，上述的第一種作用超過第二種作用，從而使失效率下降。但等到塊大小較大時(shí)，第二種作用超過第一種作用，使失效率上升。0簡(jiǎn)述減小Cache失效開銷的幾種方法答：讓讀失效優(yōu)先于寫、寫緩沖合并、請(qǐng)求字處理技術(shù)、非阻塞Cache或非鎖定Cache技術(shù)、采用二級(jí)Cache。25.寫出三級(jí)

26、Cache的平均訪問時(shí)間的公式。解：平均訪存時(shí)間 命中時(shí)間失效率失效開銷只有第I層失效時(shí)才會(huì)訪問第I1。設(shè)三級(jí)Cache的命中率分別為HL1、 Hl2、 HL3，失效率分別為Ml1、Ml2、ML3，第三級(jí)Cache的失效開銷為PL3。 平均訪問時(shí)間TA HL1Ml1Hl2Ml2(HL3ML3PL3)26.降低Cache失效率有哪幾種方法？（至少寫出5種）（簡(jiǎn)述其基本思想。）答：常用的降低Cache失效率的方法有下面幾種：（1） 增加Cache塊大小。增加塊大小利用了程序的空間局部性。（2） 增加Cache的容量。（3） 提高相聯(lián)度，降低沖突失效。（4） 偽相聯(lián)Cache，降低沖突失效。當(dāng)對(duì)偽相

27、聯(lián)Cache進(jìn)行訪問時(shí)，首先是按與直接映象相同的方式進(jìn)行訪問。如果命中，則從相應(yīng)的塊中取出所訪問的數(shù)據(jù)，送給CPU，訪問結(jié)束。如果不命中，就將索引字段的最高位取反，然后按照新索引去尋找“偽相聯(lián)組”中的對(duì)應(yīng)塊。如果這一塊的標(biāo)識(shí)匹配，則稱發(fā)生了“偽命中”。否則，就訪問下一級(jí)存儲(chǔ)器。（5） 硬件預(yù)取技術(shù)。在處理器提出訪問請(qǐng)求前預(yù)取指令和數(shù)據(jù)。（6） 由編譯器控制的預(yù)取，硬件預(yù)取的替代方法，在編譯時(shí)加入預(yù)取的指令，在數(shù)據(jù)被用到之前發(fā)出預(yù)取請(qǐng)求。（7） 編譯器優(yōu)化，通過對(duì)軟件的優(yōu)化來降低失效率。（8） “犧牲”Cache。在Cache和其下一級(jí)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)通路之間增設(shè)一個(gè)全相聯(lián)的小Cache，存放因沖突而被替換出去的那些塊。每當(dāng)發(fā)生不命中時(shí)，在訪