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1、1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机 语言从低级到高级的次序，把计算机系统 按功能划分成多级层次结构，每一层以一 种不同的语言为特征。这些层次依次为： 微程序机器级，传统机器语言机器级，汇 编语言机器级，高级语言机器级，应用语 言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程 序转换为低一级机器上等效的程序，然后 再在这低一级机器上运行，实现程序的功 能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一 条语句或指令，都是转去执行低一级机器 上的一段等效程序。执行完后，再去高一 级机器取下一条语句或指令，再进行解释 执行，如此反复，直到解释执行完整个程 序。 计算机系
2、统结构：传统机器程序员所看到 的计算机属性，即概念性结构与功能特 性。 在计算机技术中，把这种本来存在的事物 或属性，但从某种角度看又好像不存在的 概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现， 包含物理机器级中的数据流和控制流的组 成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包 括处理机、主存等部件的物理结构，器件 的集成度和速度，模块、插件、底板的划 分与连接，信号传输，电源、冷却及整机 装配技术等。系统加速比：对系统中某部分进行改进时， 改进后系统性能提高的倍数。Amdahl 定律：当对一个系统中的某个部件 进行改进后，所能获得的整个系统性能的 提高，受限于该部件的执
3、行时间占总执行 时间的百分比。程序的局部性原理：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。包括时间局部性和空间局部性。CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程 序构成的一组测试程序，用来测试计算机 在各个方面的处理性能。存储程序计算机：冯诺依曼结构计算机。 其基本点是指令驱动。程序预先存放在计 算机存储器中，机器一旦启动，就能按照 程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动 完成由程序所描述的处理工作。 系列机：由同一厂家生产的具有相同系统 结构、但具有不同组成和实现的一系列不 同型号的计算机。软件兼容：一个软件可以不经修改或者只 需少量修改
4、就可以由一台计算机移植到另 一台计算机上运行。差别只是执行时间的 不同。向上（下）兼容：按某档计算机编制的程 序，不加修改就能运行于比它高（低）档 的计算机。向后（前）兼容：按某个时期投入市场的 某种型号计算机编制的程序，不加修改地 就能运行于在它之后（前）投入市场的计 算机。兼容机：由不同公司厂家生产的具有相同 系统结构的计算机。模拟：用软件的方法在一台现有的计算机 （称为宿主机）上实现另一台计算机（称 为虚拟机）的指令系统。仿真：用一台现有计算机（称为宿主机） 上的微程序去解释实现另一台计算机（称 为目标机）的指令系统。并行性：计算机系统在同一时刻或者同一 时间间隔内进行多种运算或操作。只
5、要在 时间上相互重叠，就存在并行性。它包括 同时性与并发性两种含义。时间重叠：在并行性概念中引入时间因素， 让多个处理过程在时间上相互错开，轮流 重叠地使用同一套硬件设备的各个部分， 以加快硬件周转而赢得速度。资源重复：在并行性概念中引入空间因素， 以数量取胜。通过重复设置硬件资源，大 幅度地提高计算机系统的性能。资源共享：这是一种软件方法，它使多个 任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件 设备。耦合度：反映多机系统中各计算机之间物 理连接的紧密程度和交互作用能力的强 弱。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频带 较高，一般是通过总线或高速开关互连， 可以共享主
6、存。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，可以共享外存设备（磁盘、磁带等）。 计算机之间的相互作用是在文件或数据集 一级上进行。异构型多处理机系统：由多个不同类型、 至少担负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。同构型多处理机系统：由多个同类型或至 少担负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。2.1 解释下列术语 堆栈型机器： CPU 中存储操作数的单元是堆 栈的机器。累加器型机器： CPU 中存储操作数的单元是 累加器的机器。通用寄存
7、器型机器： CPU 中存储操作数的单 元是通用寄存器的机器。CISC :复杂指令集计算机 RISC :精简指令集计算机 寻址方式：指令系统中如何形成所要访问 的数据的地址。一般来说，寻址方式可以 指明指令中的操作数是一个常数、一个寄 存器操作数或者是一个存储器操作数。 数据表示：硬件结构能够识别、指令系统 可以直接调用的那些数据结构。3.1 解释下列术语 流水线：将一个重复的时序过程，分解成 为若干个子过程，而每一个子过程都可有 效地在其专用功能段上与其它子过程同时 执行。单功能流水线：指流水线的各段之间的连 接固定不变、只能完成一种固定功能的流 水线。多功能流水线：指各段可以进行不同的连 接
8、，以实现不同的功能的流水线。静态流水线：指在同一时间内，多功能流 水线中的各段只能按同一种功能的连接方 式工作的流水线。当流水线要切换到另一 种功能时，必须等前面的任务都流出流水 线之后，才能改变连接。动态流水线：指在同一时间内，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。它允许在某 些段正在实现某种运算时，另一些段却在 实现另一种运算。部件级流水线：把处理机中的部件进行分 段，再把这些部件分段相互连接而成。它 使得运算操作能够按流水方式进行。这种 流水线也称为运算操作流水线。处理机级流水线：又称指令流水线。它是 把指令的执行过程按照流水方式进行处 理，即把一条指
9、令的执行过程分解为若干 个子过程，每个子过程在独立的功能部件 中执行。处理机间流水线：又称为宏流水线。它是 把多个处理机串行连接起来，对同一数据 流进行处理，每个处理机完成整个任务中 的一部分。前一个处理机的输出结果存入 存储器中，作为后一个处理机的输入。线性流水线：指各段串行连接、没有反馈 回路的流水线。数据通过流水线中的各段 时，每一个段最多只流过一次。非线性流水线：指各段除了有串行的连接 外，还有反馈回路的流水线。顺序流水线：流水线输出端任务流出的顺 序与输入端任务流入的顺序完全相同。 乱序流水线：流水线输出端任务流出的顺 序与输入端任务流入的顺序可以不同，允 许后进入流水线的任务先完成
10、。这种流水 线又称为无序流水线、错序流水线、异步 流水线。吞吐率：在单位时间内流水线所完成的任 务数量或输出结果的数量。流水线的加速比：使用顺序处理方式处理 一批任务所用的时间与按流水处理方式处 理同一批任务所用的时间之比。流水线的效率：即流水线设备的利用率， 它是指流水线中的设备实际使用时间与整 个运行时间的比值。数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的 前面，如果下述条件之一成立，则称指令 j 与指令 i 数据相关：（1）指令 j 使用指令 i 产生的结果；（2）指令j与指令k数据相关，而指令k 又与指令 i 数据相关。 名相关：如果两条指令使用了相同的名， 但是它们之间并没有数据流动，则称
11、这两 条指令存在名相关。 控制相关：是指由分支指令引起的相关。 它需要根据分支指令的执行结果来确定后 面该执行哪个分支上的指令。反相关：考虑两条指令i和j，i在j的前 面，如果指令 j 所写的名与指令 i 所读的 名相同，则称指令i和j发生了反相关。 输出相关：考虑两条指令i和j，i在j的 前面，如果指令 j 和指令 i 所写的名相同， 则称指令i和j发生了输出相关。 换名技术：名相关的两条指令之间并没有 数据的传送，只是使用了相同的名。可以 把其中一条指令所使用的名换成别的，以 此来消除名相关。结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠 执行的要求而发生的冲突。数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时
12、， 因需要用到前面指令的执行结果而发生的 冲突。控制冲突：流水线遇到分支指令或其它会 改变 PC 值的指令所引起的冲突。定向：用来解决写后读冲突的。在发生写 后读相关的情况下，在计算结果尚未出来 之前，后面等待使用该结果的指令并不见 得是马上就要用该结果。如果能够将该计 算结果从其产生的地方直接送到其它指令 需要它的地方，那么就可以避免停顿。 写后读冲突：考虑两条指令i和j，且i 在j之前进入流水线，指令j用到指令i 的计算结果，而且在 i 将结果写入寄存器 之前就去读该寄存器，因而得到的是旧值。 读后写冲突：考虑两条指令i和j，且i 在j之前进入流水线，指令j的目的寄存 器和指令i的源操作数
13、寄存器相同，而且j 在i读取该寄存器之前就先对它进行了写 操作，导致i读到的值是错误的。写后写冲突：考虑两条指令i和j，且i 在j之前进入流水线，指令j和指令i的 结果单元（寄存器或存储器单元）相同， 而且 j 在 i 写入之前就先对该单元进行了 写入操作，从而导致写入顺序错误。这时 在结果单元中留下的是 i 写入的值，而不 是 j 写入的。链接技术：具有先写后读相关的两条指令， 在不出现功能部件冲突和 Vi 冲突的情况 下，可以把功能部件链接起来进行流水处 理，以达到加快执行的目的。分段开采：当向量的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的 段，然后循环分段处理，每一次循环只
14、处 理一个向量段。半性能向量长度：向量处理机的性能为其 最大性能R的一半时所需的向量长度。 向量长度临界值：向量流水方式的处理速 度优于标量串行方式的处理速度时所需的 向量长度的最小值。4.1解释下列术语 指令级并行:简称ILP。 是指指令之间存在的一种并行性，利用它， 计算机可以并行执行两条或两条以上的指 令。指令调度：通过在编译时让编译器重新组 织指令顺序或通过硬件在执行时调整指令 顺序来消除冲突。指令的动态调度：是指在保持数据流和异 常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺 序进行重新安排，以提高流水线的利用率 且减少停顿现象。是由硬件在程序实际运 行时实施的。指令的静态调度：是指依靠编译器
15、对代码 进行静态调度，以减少相关和冲突。它不 是在程序执行的过程中、而是在编译期间 进行代码调度和优化的。保留站：在采用 Tomasulo 算法的 MIPS 处 理器浮点部件中，在运算部件的入口设置 的用来保存一条已经流出并等待到本功能 部件执行的指令（相关信息）。CDB :公共数据总线。动态分支预测技术：是用硬件动态地进行 分支处理的方法。在程序运行时，根据分 支指令过去的表现来预测其将来的行为。 如果分支行为发生了变化，预测结果也跟 着改变。BHT：分支历史表。用来记录相关分支指令 最近一次或几次的执行情况是成功还是失 败，并据此进行预测。 分支目标缓冲：是一种动态分支预测技术。 将执行过
16、的成功分支指令的地址以及预测 的分支目标地址记录在一张硬件表中。在 每次取指令的同时，用该指令的地址与表 中所有项目的相应字段进行比较，以便尽 早知道分支是否成功，尽早知道分支目标 地址，达到减少分支开销的目的。 前瞻执行：解决控制相关的方法，它对分 支指令的结果进行猜测，然后按这个猜测 结果继续取指、流出和执行后续的指令。 只是指令执行的结果不是写回到寄存器或 存储器，而是放到一个称为 ROB 的缓冲器 中。等到相应的指令得到“确认”（即确实 是应该执行的）后，才将结果写入寄存器 或存储器。ROB： ReOrder Buffer。前瞻执行缓冲器。 超标量：一种多指令流出技术。它在每个 时钟周期流出的指令条数不固定，依代码 的具体情况而定，但有个上限。 超流水：在一个时钟周期内分时流出多条 指令。超长指令字：一种多指令流出技术。 VLIW 处理机
