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1、计算机系统结构(张晨曦) 题目汇总 华南师范大学计算机学院荣誉出品1、多处理机结构的特点是什么多处理机实现并行的主要类型是哪种多机系统的耦合度有哪些分类 书上找不到答案：多处理机系统的特点: 1. 结构灵活, 程序并行性，3. 并行任务派生4. 进程同步5. 资源分配和进程调度P26：多处理机的隅合度分为紧密耦合和松散耦合两大类：紧密耦合系统又称直接耦合系统。在这种系统中，计算机之间的物理连接的带宽比较高，一般是通过总线或高速开关互连，可以共享主存。由于具有较高的信息传输率，因而可以快速地并行处理多个作业或任务。松散耦合系统又称间接耦合系统，一般是通过通道或通信线路实现计算机之间的互连，可以共
2、享外存设备（磁盘、磁带等）。2、同构型多处理机和异构型多处理机的特点是什么它们所采用的提交并行性的技术途径有哪些 P:26 异构型多处理机系统由多个不同类型、至少负担不同功能的处理机组成，它们按照作业要求的顺序，利用时间重叠原理，依次对它们的多个任务进行加工，各自完成规定的功能动作。同构型处理机系统由多个类型或至少负担同等功能的处理机组成，它们同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。3、跳转与分支的定义及作用 P:36 当指令是无条件改变控制流时，称之为跳转指令；而当指令是有条件改变控制流时，则称之为分支指令。 作用：用来改变控制流。4、指令系统编码格式有哪些（P41图）（a）变长编码格式操作
3、码地址描述符1地址码1地址描述符n地址码n（b）固定长度编码格式操作码地址码1地址码2地址码3（c）混合型编码格式操作码地址描述符地址码 操作码地址描述符1地址描述符2地址码 操作码地址描述符地址码1地址码2 5、什么是流水线的深度该指标是否越大越好为什么 流水线中的每个子过程及其功能部件称为流水线的级或段，流水线的段数称为流水线的深度。（题解P44）不是。流水线深度的增加可以让处理器时钟频率进一步提高，但带来的反面影响就是处理器的单周期执行效率降低、发热量上升，同时容易产生分支预测等问题 6、流水线的瓶颈的定义一般来说，产生瓶颈的原因是什么流水线中各段的时间应尽可能相等，否则讲引起流水线堵塞
4、和断流，因为时间最长的段将成为流水线的瓶颈。（P54） 7、流水线的最大吞吐率是如何定义的影响线性流水线最大吞吐率有哪些答：当任务数趋向无限大时，吞吐率的极限即是最大吞吐率（书上没具体定义，这是个人的理解）。流水线的最大吞吐率由时间最长的那个段决定。（P59） 8、延迟分支方法有哪几种策略各个策略的主要思想是什么答：向前调度、从目标处调度、从失败处调度。向前调度：它把位于分支指令之前的一条独立的指令移到延迟槽。从目标处调度：把目标处的指令拷贝到延迟槽。同时，还要修改分支指令的目标地址。从目标处调度实际上是猜测了分支是成功的。从失败处调度：当猜测错误时，要保证调度到延迟槽中的指令的执行不会影响程
5、序的正确性。（P82） 9.什么是向量指令的一个编队编队有什么优点答：我们把能在同一个时钟周期内一起开始执行的几条向量指令称为一个编队。（P103）同一个编队中的向量指令之间一定不存在流水功能部件的冲突、Vi冲突或数据的相关性。 10、在向量流水处理机上，向量指令序列执行的特点是什么编队执行时间如何确定我们把能在同一时钟周期内一起开始执行的几条向量指令称为一个编队。同一编队中的向量指令之间不存在流水功能部件的冲突、i冲突或数据的相关性。编队后，这个微量指令序列的总的执行时间为各编队的执行时间的和，即： (书本P103) 11、“主存辅存”层次的目的是什么“cache主存”层次的目的是什么“主存
6、辅存”层次的目的是为了弥补主存容量的不足。（书本192）“cache主存”层次的目的是为了弥补主存速度的不足 12、在“Cache主存”层次中，CPU的访存地址分为哪几部分CPU是按块进行管理的。Cache和主存均被分割成大小相同的块。信息是以块为单位调入Cache。相应地，CPU的访存地址被分割成两部分：块地址和块内位移。 13、cache存储器采用组相联映像的基本原理是什么答：cache存储器采用组相联映像是指组间直接映像，组内各块之间是全相联映像。 14、增加块大小的方法在降低不命中率以及提高相联度等方面的特点是什么答：增加块大小的方法在降低不命中率的同时会增加不命中开销，而提高相联度会
7、增加命中时间。 15、消息传递机器的原理是什么答：在消息传递机制中，消息一般是由若干个包组成，包的长度是固定的，但一条消息中所包含的包的个数可变的。包又可以进一步分成一些更小的固定长度的单位，称为片。消息寻径方式可以分为线路交换和包交换两大类。包交换又分为存储转发、虚拟直通和虫蚀3种方式。 16、从计算机系统结构来看，机器语言程序员看到机器属性是什么属性是编程要用到的硬件组织。（习题册P10、习题，选择题） 17、流水处理机，多处理机，阵列处理机，机群系统能够实现并行处理吗它们的工作原理是什么它们都能够实现并行处理。流水处理机原理：利用流水线技术（将一个重复的时序过程，分解成为若干子过程，而每
8、一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行）处理计算机任务的处理机。（自己概括的）多处理机原理：具有多个处理机的计算机。（百度百科）阵列处理机原理: 其核心是由多个处理单元构成的阵列，用单一的控制部件来控制多个处理单元对各自的数据进行相同的运算和操作（习题册P250）机群系统原理：有多台同构或异构的的独立计算机通过高性能网络连接在一起而构成的高性能并行计算机系统。构成机群的计算机都有自己独立的存储器、IO设备和操作系统，他们在机群操作系统的控制下协同完成特定的并行计算任务。（习题册P241） 18、信息按整数边界存储的主要优点有哪些为了避免出现一个信息字被截断存储在两个存储字中的
9、情况，可以要求信息宽度不超过主存宽度的信息必须存储在一个存储字内，不能跨边界。（习题册P25） 19、RISC执行程序的速度比CISC要快的原因采用寄存器窗口重叠技术对于RISC有何好处RISC执行程序的速度比CISC要快是因为RISC指令平均执行周期数较少。好处：大大减少了程序调用引起的访存次数P32 20、线性流水线、动态流水线、静态流水线的特点是什么线性流水线：各段串行连接，没有反馈回路，数据通过流水线各段时，每段最多只流过一次动态流水线：指同一时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能的流水线。它允许某些段正在实现某种运算时，另一些段在实现另一种运算。静态流水
10、线：同一时间内，多功能流水线中的各段只能按同一种功能的的连接方式工作。当流水线要切换另一种功能时，必须等到前面的任务都流出流水线之后，才能改变连接（P61，根据定义回答的） 21、程序的局部性原理的定义是什么它又分哪些局部性这些局部性各有什么特点（P10，名词解释或填空题）程序的局部性原理是指程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。局部性原理包括时间局部性和空间局部性。时间局部性是指：程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。空间局部性是指：程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者邻近。 22、指令系统的完整性与正交性是如何进行定义的习题册P34
11、答:完整性:在一个有限可用的存储空间内,对于任何可解的问题,编制计算机程序时,指令系统提供的指令足够使用.正交性:指在指令中各个不同含义的字段,如操作类型,数据类型,寻址方式字段等,在编码时应互不相关,相互独立. 23、排空时间指的是那段时间习题册P60答:流水线中最后一个任务从进入流水线到流出结果所需懂得时间 24、流水线冲突是如何定义的 习题册P61答:指对于具体的流水线来说,由于相关的存在,使得指令流的下一条指令不能在指定的时钟周期开始执行 25、分段开采技术，循环开采技术，链接技术的定义分别是什么答:分段开采技术（循环开采技术）当向量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
12、的段，然后循环分段处理，每一次循环只处理一个向量段。 链接技术当前一个向量功能部件长生第一个结果并送到结果向量寄存器的入口时，将该结果立即送往下一个功能部件的入口，开始后续的向量处理操作。 26、采用动态分支预测技术的目的是什么在所采用的方法中，需要解决哪些关键问题答:目的有两个：分支预测是否成功和尽快找到分支目标地址（或指令），从而避免控制相关造成流水线停顿。需要解决的两个关键问题：如何记录分支的历史信息；如何根据这些信息来预测分支的去向，甚至提前取出分支目标地址（或指令）。 27、基于硬件的前瞻执行是把哪三种思想结合在一起的答:（1）动态分支预测。用来选择后续执行的指令。 （2）在控制相关
13、的结果尚未出来之前，前瞻地执行后续指令。 （3）用动态调度的基本快=块的各种组合进行跨基本块的调度。 28、指令多流出处理器的流出能力受哪些因素的影响P148程序所固有的指令级并行性。硬件实现上困难。超标量和超长指令字处理器固有的技术限制。其中，第一个限制是最简单的也是最根本的因素。第二个限制，是多留出的处理器需要大量的硬件资源。（其他剩下的都是浮云，请明察） 29、什么是共享数据的迁移和复制这么做的原因是什么共享数据的迁移是把远程的共享数据项拷贝放在本处理器局部的Cache中使用，从而降低了对远程共享数据的访问延迟。共享数据的复制是把多个处理器需要同时读取的共享数据项的拷贝放在各自局部Cac
14、he中使用，复制不仅降低了访存的延迟，也减少了访问共享数据所产生的冲突。共享数据的迁移和复制对于提高访问共享数据的性能来说是非常重要的。30、增加块大小导致Cache不命中率先下降后上升的原因是什么 P208-209导致不命中率先下降后上升的原因，在于增加块大小会产生双重作用。(1)增强了空间局部性，减少了强制性不命中。(2)减少了Cache中块的数目，所以有可能会增加冲突不命中。在块大小比较小的情况下，上述的第一种作用超过第二种作用，从而使不命中率下降。但等到块大小较大时，第二种作用超过了第一种作用，就反而使不命中率上升了。 31、降低cache不命中率有哪几种方法简述其基本思想(题解：P1
15、58 题 题型：问答题)答：常用的降低cache不命中率的方法有下面几种： (1)、增加cache块大小，增加块大小利用了程序的空间局部性。 (2)、增加cache的容量。 (3)、提高相联度，降低冲突不命中。 (4)、伪相联cache，降低冲突不命中。当对伪相联cache进行访问时，首先是按与直接映像相同的方式进行访问。如果命中，则从相应的块中取出所访问的数据，送给CPU，访问结束。如果不命中，就将索引字段的最高位取反，然后按照新索引去寻找“伪相联组”中的对应块。如果这一块的标识匹配，则称发生了“伪命中”。否则，就访问下一级存储器。 (5)、硬件预取技术。指令和数据都可以在处理器提出访问请求前进行预取。 (6)、由编译器控制的预取。硬件预取的替代方法，在编译时加入预取的指令，在数据被用到之前发出预取请求。 (7)、编译器优化。通过对软件的优化来降低不命中率。 (8)、“牺牲”cache。在cache和其下一级存储器的数据通路之间增设一个全相联的小cac
