Ogijsj計算機標準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小抄

1、生命是永恒不斷的創(chuàng)造，因為在它 內(nèi)部蘊含著過剩的精力，它不斷流溢， 越出時間和空間的界限，它不停地追求， 以形形色色的自我表現(xiàn)的形式表現(xiàn)出 來。泰戈爾0.從（使用語言的）角度可以將系統(tǒng)看成是 按（功能） 劃分的多個機器級組成的層次結(jié) 構(gòu)1、從計算機系統(tǒng)執(zhí)行程序的角度看，并行 性等級由低到高分為 （ 指令內(nèi)部）、（ 指令 之間）、（任務(wù)或進程之間 ）和（ 作業(yè)或程 序之間）四級。2、從計算機系統(tǒng)中處理數(shù)據(jù)的并行性 看，并行性等級從低到高分為 （位串字串 ）、 （ 位并字串）、（ 位串字并） 和（全并行 ）。3、存儲器操作并行的典型例子是 （ 并 行存儲器系統(tǒng)和相聯(lián)處理機 ），處理機操作 步驟并行

2、的典型例子是（流水線處理機 ）， 處理機操作并行的典型例子是（陣列處理 機 ），指令、任務(wù)、作業(yè)并行的典型例子 是（多處理機 ）。4、開發(fā)并行的途徑有（ 時間重疊） ， 資源重復(fù)和資源共享。5、計算機系統(tǒng)多級層次中，從下層到 上層，各級相對順序正確的應(yīng)當是 （微程序 機器級， 傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機 器級 ）。6、對系統(tǒng)程序員透明的應(yīng)當是 （CACHE 存儲器 、系列機各檔不同的數(shù)據(jù) 通路寬度 、指令緩沖寄存器 ）7、對機器語言程序員透明的是 （ 主存 地址寄存器 ）8、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括（機器工作狀態(tài) 、信息保護 、數(shù)據(jù)表示 ）9、對匯編語言程序員透明的是 （ I/O 方 式中的 D

3、MA 訪問 ）10、屬計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮的是（主存容量和編址方式 ）11、從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，機器語言 程序員所看到的機器屬性是（ 編程要用到的硬件組織 ）12、計算機組成設(shè)計考慮（專用部件設(shè)置 、控制機構(gòu)的組成 、緩沖技術(shù)）13、在多用戶機器上，應(yīng)用程序員能使 用的指令是（ “執(zhí)行”指令 、“訪管”指令、 “測試與置定”指令）14、軟硬件功能是等效的，提高硬件功 能的比例會（提高解題速度、提高硬件成 本 、減少所需存儲器用量）15、下列說法中正確的是 （軟件設(shè)計費 用比軟件重復(fù)生產(chǎn)費用高、 硬件功能只需實 現(xiàn)一次，而軟件功能可能要多次重復(fù)實現(xiàn)、 硬件的生產(chǎn)用比軟件的生產(chǎn)費用高）16、在計算

4、機系統(tǒng)設(shè)計中，比較好的方 法是（ 從中間開始向上、向下設(shè)計） 。17、推出系列機的新機器， 不能更改的是 （ 原有指令的尋址方式和操作碼） 。18、不同系列的機器之間， 實現(xiàn)軟件移植 的途徑包括（用統(tǒng)一的高級語言 、模擬 、 仿真）。19、在操作系統(tǒng)機器級，一般用（機器語言）程序（ 解釋 ）作業(yè)控制語句。20 、高級語言程序經(jīng)（ 編譯程序）的 （ 翻譯）成匯編語言程序。21、傳統(tǒng)機器語言機器級，是用（微指 令程序 ）來（ 解釋）機器指令。22、匯編語言程序經(jīng)（ 匯編程序）的 （解釋 ）成機器語言程序。23、微指令由（ 硬件 ）直接執(zhí)行。24、系列機軟件必須保證 （向后兼容 ）， 一般應(yīng)做到（向

5、上兼容 ）25、在計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中， 機器 被定義為（能存儲和執(zhí)行相應(yīng)語言程序的算 法和 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ）的集合體26、優(yōu)化性能價格比指（在某種價格情 況下盡量提高性能 ）或（在滿足性能前提 下盡量降低價格 ）。27、目前，MO由（硬件）實現(xiàn)，M1用（固 件）實現(xiàn)， M2 至 M5 大多用（ 軟件） 實現(xiàn)。28、系列機中（ 中檔機）的性能價格 比通常比（低檔機、高檔機 ）的要高29、（ 計算機組成） 著眼于機器級內(nèi)各 事件的排序方式， （計算機體系結(jié)構(gòu) ）著眼 于對傳統(tǒng)機器級界面的確定， （計算機組 成 ）著眼于機器內(nèi)部各部件的功能， （ 計 算機實現(xiàn)）著眼于微程序設(shè)計。30、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6、也稱 （計算機體系 結(jié)構(gòu) ），指的是（傳統(tǒng)機器級 ）的系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)。31、用微程序直接解釋另一種機器指令 系統(tǒng)的方法稱為 （仿真 ），用機器語言解釋 實現(xiàn) 軟件移植的方法稱為 （ 模擬）。虛擬機是指 （被模擬的機器 ），目標機是指 （被仿真的 機器 ）32、同時性指兩個或多個事件在 （同一 時刻 ）發(fā)生，并發(fā)性指兩個或多個事件在 （同一時間間隔 ）發(fā)生。33、除了分布處理、 MPP 和機群系統(tǒng)外， 并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為 流水線計算機，陣列處理機，多處理機和 （ 數(shù)據(jù)流計算機）四種不同的結(jié)構(gòu)。34、費林分類發(fā)能反映出大多數(shù)計算機 的并行工作方式或結(jié)構(gòu)特點， 但只能對（ 控 制流）機

7、器分類，不能對（數(shù)據(jù)流 ）機器 分類，而且對（流水線處理機 ）的分類不 確切。35、費林按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性把 計算機系統(tǒng)分類， 這里的多倍性指 （系統(tǒng)瓶 頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù) 的最大可能個數(shù) ）。36、1TFLOPS 計算機能力， 1TBYTE/S 的 I/O 帶寬和（ 1TBYTE 主存容量）稱為 計算機系統(tǒng)的 3T 性能目標。37、向上兼容指的是 （某檔機器編制的 軟件能不加修改地運行于比它高檔的機器 上 ），向下兼容指的是（ 某檔機器編制的 軟件能不加修改地運行于比它低檔的機器 上），向前兼容指的是 （ 個時期投入市場的 該型號機器上編制的軟件能不加修改地運 行于在

8、它之前投入市場的機器上） ，向后兼 容指的是 （某個時期投入市場的該型號機器 上編制的軟件能不加修改地運行于在它之 后投入市場的機器上 ）。38、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)按照由高到 低的順序分別為 （高級語言機器級，匯編語 言機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級， 微程序機 器級 ）。39. 微型計算機的發(fā)展有兩個趨勢：一是 （維持價格提高性能，向小型機靠攏） ，另 一是維持性能降低價格， 發(fā)展更低檔的計算 機）。40. 確定軟、硬件功能分配的基本原則是 （在現(xiàn)有硬件條件下，系統(tǒng)要有高的性價 比），（應(yīng)避免過多或不合理地限制各種組 成、實現(xiàn)技術(shù)的采用和發(fā)展）和（不僅要利 用組成技術(shù)的成果，發(fā)揮器件技術(shù)的進展

9、， 應(yīng)把如何為編譯和操作系統(tǒng)的實現(xiàn)以及為 高級語言程序的設(shè)計提供更多更好的支持 放在首位）。40.作業(yè)或程序之間的并行關(guān)鍵在于（并 行算法），任務(wù)或進程之間的并行主要涉及 （任務(wù)分解和同步） ，指令之間的并行主要 應(yīng)（處理好指令間的相互關(guān)聯(lián)） ，指令內(nèi)部 主要取決于（硬件和組成的設(shè)計） 。41. 時間重疊是指（在并行概念中引入時 間因素，讓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(shè)備的各個 部分，加快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度） ，其最典 型的例子是 （指令內(nèi)各操作步驟采用重疊流 水），時間重疊基本上（不必重復(fù)增加硬設(shè) 備）就可以提高計算機系統(tǒng)的性能價格比 .42. 資源共享指（用軟件

10、方法讓多個用戶按一 定時間順序輪流使用同一套資源來提高其 利用率，提高系統(tǒng)性能） ，其最典型的例子 是（多道程序分時系統(tǒng)） ，資源共享不僅是 （硬件 資源的共享） ，而且是（軟件信息資源的共 享）。43. 費林按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性把計 算機系統(tǒng)分成 （單指令單數(shù)據(jù)流 SISD ），（單 指 令多數(shù)據(jù)流 SIMD ），（多指令單數(shù)據(jù)流 MISD ）和（多指令多數(shù)據(jù)流 MIMD ）四大 類。傳統(tǒng)的單處理機屬于（SISD）,陣列處 理機和相聯(lián)處理機屬于（SIMD ）,處理機間的宏流水屬于 MISD ）,緊密耦合和松散耦合 多處理機屬于（ MIMD ）。44. 庫克按指令流和執(zhí)行流及其多倍性將 計

11、算機系統(tǒng)分成（單指令單執(zhí)行流 SISE）， （單指令多執(zhí)行流 SIME ）（多指令單執(zhí)行 流 MISE ）和（多指令多執(zhí)行流 MIME ）四 類。單處理機屬于（SISE）,帶多操作部件 的處理機屬于（ SIME ） ，帶指令級多道程序 的單處理機屬于（MISE ）,多處理機系統(tǒng)屬 于（ MIME ）。45. 一般用耦合度反映（多機系統(tǒng)中各機 間物理連接的緊密度和交叉作用能力的強 弱），它分為（最低耦合） ，（松散耦合） ，和（緊密耦合） 。46. 資源重復(fù)指（在并行概念中引入空間 因素，通過重復(fù)設(shè)置硬件資源來提高可靠性 或性能），其最典型的例子是（雙工系統(tǒng)） ， 資源重復(fù)不僅可（提高可靠性）

12、，而且可以 進一步（用多計算機或機群系統(tǒng)來提高系統(tǒng) 的速度性能 ） 。47. 并行性的開發(fā)和并行處理技術(shù)的研究 實際上是 （硬件），（軟件），（語言），（算法） 和（性能評價研究）的綜合。48、開發(fā)并行性的途徑有 （時間重疊） ， （資源重復(fù)）和（資源共享） 。49、 開發(fā)并行性是為了并行處理，并行 性包括有（同時）性和并發(fā)性二重含義。54、沿時間重疊技術(shù)途徑發(fā)展的異構(gòu)型多 處理機系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)代表是 （流水線） 處 理機。55、操作級并行的陣列機，按指令流、數(shù) 據(jù)流及其多倍性劃分屬（ SIMD ）類型的計 算機。56、沿資源重復(fù)技術(shù)途徑發(fā)展的同構(gòu)型多處 理機系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)代表是（并行 （陣列

13、） 處理機。57、陣列機開發(fā)并行性的途徑是（資源重 復(fù)），是利用并行性中的（同時）性。 向上（下）兼容：是指按某檔機器編制的軟 件，不加修改就能運行于比它高（低）檔的 機器上。5 向前（后）兼容？：指的是，在按 某個時期投入市場的該型號機器上編制的 軟件，不加修改就能運行在它之前（后）投 入市場的機器上。6 兼容機（ Compatible Machine ）？： 具有同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機稱為。采用兼容機的思想與采用系列機的思想實際上是 一致的。7模擬（ Simulation ）：用機器語言程序 解釋實現(xiàn)軟件移植的方法稱為 。8仿真（ Emulation ）：用微程序直接解 釋另一種機器指令系統(tǒng)

14、的方法稱為。9現(xiàn)場片：使用戶可根據(jù)需要改變器件內(nèi) 部的功能或內(nèi)容， 以適應(yīng)結(jié)構(gòu)和組成變化的 需要10全用戶片：完全按用戶要求設(shè)計的用 戶片稱為全用戶片4. 什么是并行性？只要在同一時刻或是在同 一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相 同或不同的工作，它們在時間上能相互重 疊，都體現(xiàn)了并行性。5. CISC 指令系統(tǒng)的含義 ?復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機， 即機器指令系統(tǒng)變 得越來越龐雜，這就是所謂的 CISC 指令系 統(tǒng)。6. 什么是頁式存貯管理？ 頁式存貯管理是把主存空間和程序空間都 機械地等分成固定大小的頁，按頁順序編 號。（頁面大小隨機器而異，一般在 512 到 幾 KB ）。7. 什么是向量流水處

15、理機？ 向量流水處理機是將向量數(shù)據(jù)表示和流水 線技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)成向量流水處理機， 簡稱向量流水處理機。8. 什么是相聯(lián)處理機？ 相聯(lián)處理機是以相聯(lián)存貯器為核心， 配上必 要的中央處理部件、指令存貯器、 控制器和 I/O 接口，就構(gòu)成一臺以存貯器操作并行為 特點的相聯(lián)處理機。9 控制驅(qū)動的控制流方式的特點是：通過 訪問共享存儲單元讓數(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 地使用專門的控制操作符來實現(xiàn)并行處理， 指令執(zhí)行 順序受程度計數(shù)器的控制， 即受控制令牌所 支配。10. 模擬與仿真的主要區(qū)別在于解釋用 的語言。 仿真是用微程序解釋，其解釋程序 存在控制存儲器中，

16、而模擬是用機器語言程 序解釋，其解釋程序存在主存中。 模擬靈活， 可實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移植， 但結(jié)構(gòu)差異 太大時，效率、速度會急劇下降。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， 否則效率也會過低且難以仿 真，需與模擬結(jié)合才行。(1) 馮?諾依曼結(jié)構(gòu)：馮？諾依曼等人于1 946年提出了一個完整的現(xiàn)代計算機雛 型，它由運算器、控制器、存儲器和輸入輸 出設(shè)備組成， 這種結(jié)構(gòu)稱為馮 ?諾依曼結(jié)構(gòu)。(2) 數(shù)據(jù)表示： 數(shù)據(jù)表示研究的是計算機 硬件能夠直接識別， 可以被指令系統(tǒng)直接調(diào) 用的那些數(shù)據(jù)類型。 數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)類型中 最常用， 也是相對比較簡單， 用硬件實現(xiàn)相 對比較

17、容易的幾種。如定點數(shù)(整數(shù)) 、邏 輯數(shù)(布爾數(shù)) 、浮點數(shù)(實數(shù))、十進制數(shù)、 字符、字符串、堆棧和向量等。(3) CISC ：復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(4) 存儲系統(tǒng)： 兩個或兩個以上速度、 容 量和價格各不相同的存儲器用硬件、軟件、 或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來成為 一個系統(tǒng)，這就是存儲系統(tǒng)。(5) 時空圖：描述流水線的工作，最常 用的方法是采用“時空圖” 。在時空圖中， 橫坐標表示時間， 也就是輸入到流水線中的各個 任務(wù)在流水線中所經(jīng)過的時間。 當流水線中 的各 個功能部件的執(zhí)行時間都相等時， 橫坐標被 分割成相等長度的時間段。縱坐標表示空 間，即 流水線的各個子過程。 在時空圖中，流水

18、線 的一個子過程通常稱為“功能段” 。(6) 多 功能流 水線： 多功能 流水 線 ( Multifunction Pipelining )是指流水線的各 段可以進行不同的連接。 在不同時間內(nèi)， 或在同一 時間內(nèi)， 通過不同的連接方式實現(xiàn)不同的功 能。(7) 加速比： 完成一批任務(wù)， 不使用流水 線所用的時間與使用流水線所用的時間之 比稱為流水線的加速比( Speedup ratio)。(8) 鏈接技術(shù)： 鏈接是當從一個流水線部 件得到的結(jié)果直接送入另一個功能流水線 的操作數(shù)寄存器時所發(fā)生的連接過程。 換句 話說，中間結(jié)果不必送回存儲器， 而且甚至 在向量操作完成以前就使用。 鏈接允許當?shù)?一

19、個結(jié)果一變成可用的操作數(shù)時就馬上發(fā) 出相繼的操作。(9) 存儲轉(zhuǎn)發(fā)尋徑：存儲轉(zhuǎn)發(fā)尋徑 (store and forward) 在存儲轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中包是信息流 的基本單位。每個結(jié)點有一個包緩沖區(qū)。 包從 源結(jié)點經(jīng)過一系列中間結(jié)點到達目的結(jié)點。( 1 0)蟲蝕尋徑 (wormhole) ：新型的多計 算機系統(tǒng)很多采用的是蟲蝕尋徑方式， 把包 進一 步分成更小的片。 與結(jié)點相連的硬件尋徑器 中有片緩沖區(qū)。 消息從源結(jié)點傳送到目的結(jié) 點要 經(jīng)過一系列尋徑器。1 、軟件和硬件在什么意義上是等效的?在什么意義上是不等效的 ? 邏輯上等效，性能、價格、實現(xiàn)難易程度上 不一樣。2、為什么將計算機系統(tǒng)看成是多級機

20、器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu) ?可以調(diào)整軟、 硬件比例； 可以用真正的實處 理機代替虛擬機器； 可以在 1 臺宿主機上仿 真另一臺3、 說明翻譯和解釋的區(qū)別和聯(lián)系. 區(qū)別：翻譯是整個程序轉(zhuǎn)換， 解釋是低級機 器的一串語句仿真高級機器的一條語句。 聯(lián)系： 都是高級機器程序在低級機器上執(zhí)行 的必須步驟。4、就目前的通用機來說計算機系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的屬性主要包括那些 ? 數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器組織、指令系 統(tǒng)、存儲系統(tǒng)組織、中斷系統(tǒng)、管態(tài)目態(tài)定 義與轉(zhuǎn)換、 IO 結(jié)構(gòu)、保護方式和機構(gòu)。5、 試以實例簡要說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 計算機組成 ,與計算機實現(xiàn)的相互關(guān)系與影 響.結(jié)構(gòu)相同，可用不同的組成。 如系列機中不 同

21、型號的機器結(jié)構(gòu)相同， 但高檔機往往采用 重疊流水等技術(shù)。組成相同， 實現(xiàn)可不同。 如主存可用雙極型， 也可用 MOS 型等。結(jié)構(gòu)不同組成不同， 組成的進步會促進結(jié)構(gòu) 的進步，如微程序控制。結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合應(yīng)用和可能采用的組成。組成上面決定于結(jié)構(gòu)，下面受限于實現(xiàn)。 組成與實現(xiàn)的權(quán)衡取決于性價比等；結(jié)構(gòu)、 組成、實現(xiàn)的內(nèi)容不同時期會不同。6、簡述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用軟件實現(xiàn)和用 硬件實現(xiàn)各自優(yōu)缺點 硬件優(yōu)點：速度快，節(jié)省存儲時間；缺點： 成本高，利用率低，降低靈活性、適用性。 軟件優(yōu)點：成本低，提高靈活性、適用性； 缺點：速度慢， 增加存儲時間、 軟件設(shè)計費。7、試述由上往下設(shè)計思路 ,由下往上設(shè)計

22、思路和他們所存在的問題 由上往下：先考慮應(yīng)用要求， 再逐級往下考 慮怎樣實現(xiàn)。適用于專業(yè)機 由下往上：根據(jù)已有器件，逐級往上。六七 十年代通用機設(shè)計思路。 以上方法存在的問題是軟、硬件脫節(jié)。8、試述由中間開始的設(shè)計思路及其優(yōu)點 既考慮應(yīng)用也考慮現(xiàn)有器件， 由軟硬件分界 面向兩端設(shè)計。 優(yōu)點：并行設(shè)計， 縮短周期。9、問什么要進行軟件移植 ? 軟件的相對成本越來越高，應(yīng)重新分配軟、 硬件功能。但： 成熟軟件不能放棄；已有軟件修改困難；重 新設(shè)計軟件經(jīng)濟上不劃算。10 、簡述采用統(tǒng)一高級語言方法 ,適用場合 , 存在問題和應(yīng)采取的策略 . 定義：是指為所有程序員使用的完全通用的 高級語言。適用場合

23、：軟件移植方便。 存在問題： 目前語言的語法、 語義結(jié)構(gòu)不同； 人們的看法不同； 同一語言在不同機器上不 通用；程序員的習慣 應(yīng)采取的策略：可一定范圍內(nèi)統(tǒng)一匯編語 言，結(jié)構(gòu)相同機器間搞系列機。11、簡述采用系列機方法 ,適用場合 ,好處 , 存在問題和應(yīng)采取的策略 . 定義：根據(jù)軟硬件界面的系列結(jié)構(gòu)，設(shè)計軟 件和不同檔次的系列機器。 適用場合：同一系列內(nèi)軟件兼容 好處：呼應(yīng)“中間開始”設(shè)計思路；緩解軟 件要求穩(wěn)定環(huán)境和硬件發(fā)展迅速的矛盾。 存在問題： 軟件兼容有時會阻礙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 變革。 策略：堅持這一方法，但到一定時候要發(fā)展新系列，還可采用模擬仿真。12、簡述采用模擬與仿真方法 ,適用場合

24、, 好處 ,存在問題和應(yīng)采取的策略 . 模擬：用機器語言解釋另一指令系統(tǒng) 適用場合 :運行時間短，使用次數(shù)少，時間 上無限制。好處：可在不同系統(tǒng)間移植。 存在問題：結(jié)構(gòu)差異大時，運行速度下降， 實時性差。策略：與仿真結(jié)合 仿真：用微程序解釋令一指令系統(tǒng) 適用場合：結(jié)構(gòu)差別不大的系統(tǒng) 好處：運行速度快 存在問題：結(jié)構(gòu)差別大時，很難仿真。 策略：與模擬結(jié)合，發(fā)展異種機連網(wǎng)。13、模擬與仿真區(qū)別是什么 ? 模擬：機器語言解釋，在主存中；仿真：微 程序解釋，在控制存儲器中。14、器件的發(fā)展如何改變邏輯設(shè)計的傳 統(tǒng)方法 ? 一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)為采用組成技術(shù)規(guī)模生 產(chǎn)，規(guī)模集成，并盡量采用通用器件 二是由全

25、硬設(shè)計轉(zhuǎn)為微匯編、微高級語言、 CAD 等軟硬結(jié)合和自動設(shè)計。15、為什么說器件的發(fā)展是推動結(jié)構(gòu)和 組成前進的關(guān)鍵因素 ?器件集成度提高， 促使機器主頻、 速度提高； 可靠性提高，促使采用流水技術(shù)； 高速、 廉價的半導(dǎo)體促使 CACHE 和虛擬內(nèi) 存的實現(xiàn)； 現(xiàn)場型 PMOS 促使微程序技術(shù)的 應(yīng)用；性價比提高使新的組成下移到中小型 機上。16、除了分布處理 ,MPP 和機群系統(tǒng)以外 , 并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為 那幾種不同的結(jié)構(gòu) ?例舉他們要解決的主要 問題 流水線處理機：多個部件時間上并行執(zhí)行。 擁塞控制，沖突防止，流水線調(diào)度。 陣列處理機：空間上并行。處理單元靈活， 規(guī)律的互

26、連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計， 數(shù)據(jù)在存 儲中的分布算法。 多處理機： 時間和空間上 的異步并行。多 CPU 間互連，進程間的同 步和通訊，多 CPU 間調(diào)度。 數(shù)據(jù)流計算機： 數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)令牌在指令間傳 遞。硬件組織和結(jié)構(gòu)，高效數(shù)據(jù)流語言。17、簡單說明多計算機系統(tǒng)和多處理機系 統(tǒng)的區(qū)別都屬于多機系統(tǒng)，區(qū)別： 多處理機是多臺處理機組成的單機系統(tǒng)， 多 計算機是多臺獨立的計算機。 多處理機中各處理機邏輯上受統(tǒng)一的 OS 控 制，多計算機的 OS 邏輯上獨立。 多處理機間以單一數(shù)據(jù)、向量、數(shù)組、文件 交互作用， 多計算機經(jīng)通道或通信線路以數(shù) 據(jù)流形式進行。 多處理機作業(yè)、 任務(wù)、 指令、 數(shù)據(jù)各級并行，多

27、計算機多個作業(yè)并行。18、簡述幾種耦合度的特征 最低：無物理連接，如脫機系統(tǒng)。松散：通 信線路互連，適于分布處理。緊密：總線或 數(shù)據(jù)開關(guān)互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)、作業(yè)級并 行。19、軟件移植的途徑，各受什么限制？ 統(tǒng)一高級語言：只能相對統(tǒng)一系列機： 只能 在結(jié)構(gòu)相同或相近的機器間移植 模擬：機器語言差別大時，速度慢 仿真：靈活性和效率差， 機器差異大時仿真 困難。20、并行處理數(shù)據(jù)的四個等級，給出簡 單解釋，各舉一例 位串字串：無并行性，如位串行計算機。 位并字串：一個字的所有位并行， 如簡單并 行的單處理機。位片串字并： 多個字的同一位并行，如相連 處理機。全并行： 同時處理多個字的多個位，如全

28、并 行陣列機。21、設(shè)計乘法指令時，結(jié)構(gòu)、組成、實 現(xiàn)各考慮什么？ 結(jié)構(gòu)：是否設(shè)計乘法。組成：是否配置高速 乘法器。 實現(xiàn)： 考慮器件集成度類型數(shù)量及 微組裝技術(shù)。1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機器的數(shù)據(jù)表示之間是什么關(guān) 系？確定和引入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什 么？ 答： 數(shù)據(jù)表示是能由硬件直接識別和引用 的數(shù)據(jù)類型。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或 信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過軟件映象變換成機器 所具有的各種數(shù)據(jù)表示實現(xiàn)， 所以數(shù)據(jù)表示 是數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)的組成元素。 不同的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)提供不同的支持， 表現(xiàn)在實現(xiàn)效 率和方便性不同。 數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟 件、硬件的交界面。除基本數(shù)據(jù)表示

29、不可少外， 高級數(shù)據(jù)表 示的引入遵循以下原則：( 1)看系統(tǒng)的效率有否提高，是否養(yǎng) 活了實現(xiàn)時間和存儲空間。 (2)看引入這 種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否高。2. 標志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示 有何區(qū)別？描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表 示對向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的支持有什么不 同？ 答：標志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的差 別是標志符與每個數(shù)據(jù)相連， 合存于同一存 儲單元，描述單個數(shù)據(jù)的類型特性;描述符是與數(shù)據(jù)分開存放，用于描述向量、數(shù)組等 成塊數(shù)據(jù)的特征。描述符數(shù)據(jù)表示為向量、 數(shù)組的的實現(xiàn)提供了支持， 有利于簡化高級 語言程序編譯中的代碼生成， 可以比變址法 更快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。 但描

30、述符數(shù)據(jù) 表示并不支持向量、 數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的高效實 現(xiàn)。而在有向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示的向量處理 機上，硬件上設(shè)置有豐富的賂量或陣列運算 指令，配有流水或陣列方式處理的高速運算 器，不僅能快速形成向量、 數(shù)組的元素地址， 更重要的是便于實現(xiàn)把向量各元素成塊預(yù) 取到中央處理機， 用一條向量、數(shù)組指令流 水或同時對整個向量、 數(shù)組高速處理 如讓 硬件越界判斷與元素運算并行。 這些比起用 與向量、陣列無關(guān)的機器語言和數(shù)據(jù)表示串 行實現(xiàn)要高效的多。 3.堆棧型機器與通用寄 存器型機器的主要區(qū)別是什么？堆棧型機 器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)用的哪些操作提供了 支持？ 答： 通用寄存器型機器對堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實 現(xiàn)的支持是較

31、差的。 表現(xiàn)在： (1)堆棧操作的 指令少， 功能單一； (2)堆棧在存儲器內(nèi)， 訪 問堆棧速度低； (3)堆棧通常只用于保存于程 序 調(diào)用時的返回地址， 少量用堆棧實現(xiàn)程序間 的參數(shù)傳遞。而堆棧型機器則不同， 表現(xiàn)在： (1)有高 速寄存器組成的硬件堆棧， 并與主存中堆棧 區(qū)在邏輯上組成整體， 使堆棧的訪問速度是 寄存器的， 容量是主存的； (2) 豐富的堆棧指 令可對堆棧中的數(shù)據(jù)進行各種運算和處理； (3) 有力地支持高級語言的編譯； (4) 有力地 支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。堆棧型機器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有力地支持子程序的 嵌套和遞歸調(diào)用。在程序調(diào)用時將返回地 址、條件碼、關(guān)鍵寄存器的內(nèi)容等全部壓

32、入 堆棧，待子程序返回時，再從堆棧中彈出。7. 變址尋址和基址尋址各適用于何種場合？ 設(shè)計一種只用 6 位地址碼就可指向一個大地 址空間中任意 64 個地址之一的尋址機構(gòu)。 答：基址尋址是對邏輯地址空間到物理地址 空間變換的支持， 以利于實現(xiàn)程序的動態(tài)再 定位 。變址尋址是對數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運算的支持， 以利于循環(huán)。 將大地址空間 64 個地址分塊， 用基址寄存器指出程序所在塊號， 用指令中 6 位地址碼表示該塊內(nèi) 64 個地址之一，這 樣基址和變址相結(jié)合可訪問大地址任意 64 個地址之一。 比如地址空間很大， 為 0-1023， 只用 6 位地址碼就可以指向這 1024 個地址 中的任意 64

33、個。剖析： 比如地址空間很大， 1024，就是分 成 16 個塊，塊號放在寄存器中，塊內(nèi)地址 放在地址位中，寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合， 就能達到要求了。11.何謂指令格式的優(yōu)化 ?簡要列舉包括操作 碼和地址碼兩部分的指令格式優(yōu)化可采用 的各種途徑和思路。答： 指令格式的優(yōu)化指如何用最短位數(shù)表 示指令的操作信息和地址信息， 使程序中指 令的平均字長最短。操作碼的優(yōu)化 采用 Huffman 編碼和 擴展操作碼編碼。 對地址碼的優(yōu)化： 采用多種尋址方式 ;采用 0、 1、 2、3 等多種地址制 ; 在同 種地址制內(nèi)再采用多種地址形式， 如寄存器 -寄存器型、寄存器 -主存型、主存 -主存 型等 ; 在

34、維持指令字在存儲器內(nèi)按整數(shù)邊 界存儲的前提下， 使用多種不同的指令字長 度13.設(shè)計 RISC 機器的一般原則及可采用的基本技術(shù)有那些 ? 答： 一般原則： (1)確定指令系統(tǒng)時，只選 擇使用頻度很高的指令及少量有效支持操 作系統(tǒng)，高級語言及其它功能的指令； (2) 減少尋址方式種類，一般不超過兩種； (3) 讓所有指令在一個機器周期內(nèi)完成；(4) 擴大通用寄存器個數(shù)，一般不少于 32 個，盡 量減少訪存次數(shù)； (5)大多數(shù)指令用硬聯(lián)實 現(xiàn)，少數(shù)用微程序?qū)崿F(xiàn) (6) 優(yōu)化編譯程序， 簡 單有效地支持高級語言實現(xiàn)。基本技術(shù)： (1) 按 RISC 一般原則設(shè)計， 即確定指令系統(tǒng)時，選最常用基本指

35、令，附 以少數(shù)對操作系統(tǒng)等支持最有用的指令， 使 指令精簡。編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到 1、2 種 (2)邏輯實現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。 即大多數(shù)簡單指令用硬聯(lián)方式實現(xiàn)， 功能復(fù) 雜的指令用微程序?qū)崿F(xiàn)。 (3) 用重疊寄存器 窗口。即：為了減少訪存，減化尋址方式和 指令格式， 簡單有效地支持高級語言中的過 程調(diào)用，在 RISC 機器中設(shè)有大量寄存囂， 井讓各過程的寄存器窗口部分重疊。(4) 用流水和延遲轉(zhuǎn)移實現(xiàn)指令， 即可讓本條指令 執(zhí)行與下條指令預(yù)取在時間上重疊。另外， 將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對換位置， 讓成功轉(zhuǎn)移總是在緊跟的指令執(zhí)行之后發(fā) 生， 使預(yù)取指令不作廢， 節(jié)省一個機器周期

36、 (5)優(yōu)化設(shè)計編譯系統(tǒng)。 即盡力優(yōu)化寄存器分 配， 減少訪存次數(shù)。 不僅要利用常規(guī)手段優(yōu) 化編譯， 還可調(diào)整指令執(zhí)行順序， 以盡量減 少機器周期等。簡要比較 CISC 機器和 RISC 機器各自的結(jié) 構(gòu)特點，它們分別存在哪些不足和問題?為什么說今后的發(fā)展應(yīng)是 CISC 和 RISC 的結(jié) 合?答： CISC 結(jié)構(gòu)特點：機器指令系統(tǒng)龐大復(fù) 雜。 RISC 結(jié)構(gòu)特點：機器指令系統(tǒng)簡單， 規(guī)模小，復(fù)雜度低。CISC 的問題： (1)指令系統(tǒng)龐大，一般 200 條以上； (2)指令操作繁雜，執(zhí)行速度 很低； (3)難以優(yōu)化生成高效機器語言程序， 編譯也太長，太復(fù)雜 (4) 由于指令系統(tǒng)龐大， 指令的

37、使用頻度不高，降低系統(tǒng)性能價格 比，增加設(shè)計人員負擔。RISC 的問題： (1) 由于指令少，在原CISC 上一條指令完成的功能現(xiàn)在需多條 RISC 指令才能完成，加重匯編語言程序設(shè) 計負擔， 增加了機器語言程序長度，加大指 令信息流量。 (2) 對浮點運算和虛擬存儲支 持不很強。 (3)RISC 編譯程序比 CISC 難寫。由于 RISC 和 CISC 各有優(yōu)缺點 ,在設(shè)計 時，應(yīng)向著兩者結(jié)合，取長補短方向發(fā)展。1. 簡要舉出集中式串行鏈接，定時查詢和獨 立請求 3 種總線控制方式的優(yōu)缺點。 同時分 析硬件產(chǎn)生故障時通訊的可靠性。 答：串行鏈接 :優(yōu)： (1)選擇算法簡單。 (2)控 制線數(shù)

38、少，只需要 3 根，且不取決于部件數(shù) 量。(3) 可擴充性好。缺： (1)對“總線可用”線 及其有關(guān)電路失效敏感。 (2)靈活性差， 如果 高優(yōu)先級的部件頻繁要求使用總線， 離總線控制 器遠的部件就難以獲得總線使用權(quán)。 (3)“總 線可用” 信號順序脈動地通過各個部件，總 線的分配速度慢。 (4) 受總線長度的限制， 增 減和移動部件受限制定時查詢：優(yōu)： 1)靈活性強，部件的優(yōu)先 次序由程序控制。 (2)可靠性高， 不會因某個 部件失效而影響其它部件使用總線。 缺：(1) 總線 的分配速度不能很高。 (2) 控制較為復(fù)雜。 (3) 控制線數(shù)多，需要 2+log2N 根。(4) 可擴充性差。 獨

39、立請求：優(yōu)： 1)靈活性強，部件的優(yōu) 先次序由程序控制。 (2)能方便地隔離失效部 件的請求。 (3) 總線的分配速度快缺： (1) 控制較 為復(fù)雜。 (2)控制線數(shù)多，要控制 N 個設(shè)備， 需要 有 2N+1 根控制線。 4.簡述字節(jié)多路，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù) 據(jù)傳送方式。答 : 字節(jié)多路通道適用于連接大量的像 光電機等字符類低速設(shè)備。 這些設(shè)備傳送一 個字符(字節(jié) )的時間很短，但字符 (字節(jié) )間的等待 時間很長。通道“數(shù)據(jù)寬度”為單字節(jié)，以 字節(jié) 交叉方式輪流為多臺設(shè)備服務(wù)，使效率提 高。字節(jié)多路通道可有多個子通道，同時執(zhí) 行多個通道程序。數(shù)組多路通道適合于連接多臺象磁盤 等高速設(shè)備

40、。 這些設(shè)備的傳送速率很高，但 傳送開 始前的尋址輔助操作時間很長。通道 “數(shù)據(jù) 寬度”為定長塊，多臺設(shè)備以成組交叉方式 工作 ，以充分利用并盡可能重疊各臺高速設(shè)備的 輔助操作時間。 傳送完 K 個字節(jié)數(shù)據(jù)， 就重 新選擇下個設(shè)備。 數(shù)組多路通道可有多個子 通道，同時執(zhí)行多個通道程序。 選擇通道 適合于連接象磁盤等優(yōu)先級高的高速設(shè)備， 讓它獨占通道，只能執(zhí)行一道通道 程序。通道“數(shù)據(jù)寬度”為可變長塊，一次 將 N 個字節(jié)全部傳送完， 在數(shù)據(jù)傳送期只選 擇一次設(shè)備。 1.多處理機在結(jié)構(gòu)、程序并行性、算法、進 程同步、資源分配和調(diào)試上與并行處理機有 什么 差別？ 答： 多處理機與并行處理機的主要差

41、別是 并行性的等級不同。 ( 1)結(jié)構(gòu)靈活性。多處 理機制結(jié)構(gòu)靈活性高于并行處理機。 ( 2)程 序并行性。并行處理機是操作級并行， 并行 性僅存在于指令內(nèi)部， 識別比較容易， 由程 序員掌握程序并行性的開發(fā);多處理是指令、任務(wù)、作業(yè)并行，并行性主要存在于指 令外部， 另外還存在于指令內(nèi)部， 識別比較 困難，必須利用多種途徑開發(fā)程序的并行 性。 (3)并行任務(wù)派生。并行處理機工作 能否并行工作由指令決定， 多處理機必須有 專門指令指明程序能否并行執(zhí)行， 派生的任 務(wù)數(shù)是動態(tài)變化的。 ( 4)進程同步。并行處 理機的進程同步是自然的， 而多處理機必須 采取同步措施。 (5)資源分配和任務(wù)調(diào)度。

42、多處理機的資源分配和任務(wù)調(diào)度比并行處 理機復(fù)雜得多。 2.多處理機有哪些基本特點？發(fā)展這種系統(tǒng) 的主要目的可能有哪些？多處理著重解決 哪些技術(shù)問題？答O多處理機的基本特點多處理機具有兩臺以上的處理機 ,在操作系統(tǒng)控制下通過 共享的主存或輸入 /輸出子系統(tǒng)或高速通訊網(wǎng)絡(luò)進行通訊 .結(jié)構(gòu)上多個處理 機用多個指令部件分別控制,通過機間互連網(wǎng)絡(luò)通訊 ;算法上不只限于處理向量數(shù)組,還要實現(xiàn)更多通用算法中的并行 ;系統(tǒng)管理上要更多 地靠軟件手段 ,有效解決資源分配和管理 ,特別是 任務(wù)分配 ,處理機調(diào)度 ,進程的同步和通訊等 問題.O使用多處理機的目的：一是用多臺處理進行多任務(wù)處理協(xié)同求解一個大而復(fù) 雜的

43、問題來提高速度 ,二是依靠冗余的處理 機及其重組來提高系統(tǒng)的可靠性,適應(yīng)性和可用性 .O多處理著重要解決的技術(shù)問題：（1）硬件結(jié)構(gòu)上， 如何解決好處理機、 存儲器模 塊及 I/O 子系統(tǒng)間的互連。 （2）如何最大限 度開發(fā)系統(tǒng)的并行性， 以實現(xiàn)多處理要各級 的全面并行。（ 3）如何選擇任務(wù)和子任務(wù)的 大小，即任務(wù)的粒度，使并行度高，輔助開 銷小。（ 4）如何協(xié)調(diào)好多處理機中各并行執(zhí) 行任務(wù)和進程間的同步問題。（ 5）如何將任務(wù)分配到多處理機上，解決好處理機調(diào)度、 任務(wù)調(diào)度、 任務(wù)調(diào)度和資源分配， 防止死鎖。（ 6）一旦某個處理發(fā)生故障，如何對系統(tǒng) 進行重新組織，而不使其癱瘓。 （ 7）多處理 機機數(shù)增多后， 如何能給編程者提供良好的 編程環(huán)境，減輕程序的復(fù)雜性。 4.說明 44 交叉開關(guān)組成的兩級 16*16 交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)雖 節(jié)省了設(shè)備，但它是一個阻塞式網(wǎng)絡(luò)。 答 16*16 交叉開