体系结构简答题

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1、四、简答题1、如何理解计算机系统中的层次概念？ 从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成多级层次结构。对计算机系 统的认识需要在某一层次上，从不同角度（层次）所看到的计算机属性是不同的。 2分计算机系统按功能通常从高到低可分成以下几个层次： 应用语言虚拟机、高级语言虚拟机、汇编语言级虚拟机、操作系统虚拟机、传 统机器级、微程序机器级共六级。 2 分在以上划分中，传统机器级以上的所有机器都称为是虚拟机。这种划分方法有 助于各级语言的实质及实现，分层后，处在某一级虚拟机的程序员只需要知道这一 级的语言及虚拟机，至于这一级语言是如何再逐层地经翻译或解释到下面的实际机 器级，就无需知道了。2、划分

2、多级层次结构的作用是什么？ 把计算机系统按功能划分成多级层次结构： 首先有利于正确地理解计算机系统的工作，明确软件、硬件和固件在计算机系 统中的地位相作用。 2 分其次有利于理解各种语言的实质及其实现。 1 分 最后还有利于探索虚拟机新的实现方法，设计新的计算机系统。 2 分3、语言实现的两种技术是什么，有何优缺点？翻译和解释是语言实现的两种技术。它们都是以执行一串 N级指令来实现N 1 级指令。翻译技术是先把N 1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N 级程序，在执行过程中 N 1 级程序不再被访问。 2 分解释技术是每当一条N 1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的 N级指 令，

3、然后再去取下一条 N 1 级的指令，依此重复进行。在这个过程中不产生翻译出 来的程序，因此，解释过程是边变换、边执行的过程。 2 分一般来说，解释执行比翻译花的时间多，但存储空间占用较少。 1 分4、什么是透明性？如何理解体系结构的概念？ 透明性是指本来存在的事物或属性，从某种角度看，似乎不存在。 1 分 计算机体系结构的定义是Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出 的：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 1 分 程序员可以是汇编语言、机器语言、编译语言、操作系统等程序员； 1 分 所看到的指编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解到的。按照计算机系 统的

4、多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。 1 分Amdahl提出的体系结构是传统机器级的体系结构。即一般所说的机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。其实质是计算机系统中软硬件界面的确 定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。1 分5、通用寄存器型计算机系统的功能特性有哪些？ 对于通用寄存器型机器，功能特性主要是指：(1) 数据表示：硬件能直接辩认和处理的数据类型；(2) 寻址规则：包括最小寻址单元、寻址方式及其表示；(3) 寄存器定义：包括各种寄存器的定义、数量和使用规则；(4) 指令集：包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等；(5)

5、 中断系统：中断的类型和中断响应硬件的功能等；(6) 机器工作状态的定义和切换：如管态和目态等(7) 存储系统：主存容量、程序员可用的最大存储容量、编址方式等；(8) 信息保护：包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持；(9) I/O 结构：包括 I/O 联结方式、处理机 / 存储器与 I/O 设备间数据传送的方式 和格式以及 I/O 操作的状态等。6、什么是系列机？采用系列机的计算机设计方法有何优缺点？ 在一个厂家内生产的具有相同的体系结构，但具有不同组成和实现的一系列不 同型号的机器。具体而言：就是在体系结构基本不变的情况下，根据不同的性能和 不同的器件，研制出多种性能和价格不同的计算机系统

6、。 2 分 采用系列机的主要优点 :每条优点 0.5 分(1) 系列机之间软件兼容，可移植性好。(2) 使用标准的总线规程，实现接插件和扩展功能卡的兼容，便于实现 ()EM( 由 各厂家生产功能卡，然后组装成系统 ) ；(3) 在统数据结构和指令系统的基础上，便于组成多机系统和网络；便于实现 机间通信。(4) 扩大计算机应用领域，提供用户在同系列的多种机型内选用最合适的机器的 可能性(5) 有利于机器的使用、维护和人员培训； (6) 有利于提高产量。降低成本，促进计算机的发展。 采用系列机的主要缺点 : 限制了计算机体系结构的发展。7、如何理解计算机体系结构和计算机实现技术、计算机应用之间关系

7、。计算机体系结构的定义是Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出 的：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。其实质是计算机系 统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的 功能。 2 分计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现，计算机组成的任务是在计算机系统 结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后，研究各组成部分的内部构造 和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。 1 分计算机实现是指计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种物理实现。随着技术、器 件和应用的发展，三者之间的界限越来越来模糊。 1

8、分8、存储程序计算机体系结构的特点有哪些？ 存储程序计算机体系结构的特点有 : 机器以运算器为中心。采用存储程序原理。程序 （指令） 和数据放在同一存储器中，并且没有对两者加以区 分。指令和数据一样可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序自身是可以修 改的。存储器是按地址访问的、线性编址的空间。 控制流由指令流产生。指令由操作码和地址码组成。操作码指明本指令的操作类型，地址码指明操作数和 操作结果的地址。数据以二进制编码表示，采用二进制运算。9、传统存储程序计算机体系结构存在的主要问题及改进方法有哪些？（ 1） I/O 处理能力 存储程序计算机以运算器为中心、所有部件的操作都由控制器集中控制

9、，这 一特点带来了慢速输入输出操作占用快速运算器的矛盾。为了克服这一缺点，人们 先后提出各种输入 / 输出方式。（2）存储器空间 把指令和数据放在同一存储器中有优缺点。现在绝大多数计算机都规定：在 执行过程中不准修改程序。（3）存储器组织结构 按地址访问的存储器具有结构简单、价格便宜、存取速度快等优点。但是在 数据处理时，往往要求查找具有某种内容特点的信息。但由于访问存储器的次数较 多而影响计算机系统的性能。采用了通用寄存器的概念、设置高速缓冲存储器 Cache构成了以相联存储 器为核心的相联处理机。（4）并行处理技术 传统的存储程序计算机解题算法是顺序型的，即使问题本身可以并行处理， 由于程

10、序的执行受程序计数器控制，故只能是串行、顺序地执行。改进CPU的组成；在体系结构上使本来可以并行计算的题目能并行计算；多 机并行处理系统。（5）指令集的发展计算机系统指令的种类愈来愈多，这种计算机称为复杂指令集计算机CISCo日趋庞杂的指令集不但不容易实现，而且还可能降低计算机系统的性能 10、把指令和数据放在同一存储器中有何优缺点？ 把指令和数据放在同一存储器中， 优点：( 1)不必预先区分指令和数据，易实现存储管理软件；(2) 程序和指令在执行过程中可被修改，可以编写出灵活的可修改的程序；(3) 对于存取指令和数据仅需一套读写和寻址电路，硬件简单；(4) 数据可以分配于任何可用空间，从而可

11、更有效地利用存储空间等。2分 缺点：( 1)不利于进行程序调试诊断；( 2)不利于实现程序的可再入性和程序的递归调用；( 3)不利于重叠和流水方式的操作。2 分现在绝大多数计算机都规定，在执行进程中不准修改程序。 1 分11 衡量计算机性能的主要标准是什么 ?为什么它是最可靠的衡量标准 ? 衡量计算机系统性能可采用各种尺度，但最为可靠的衡量尺度是时间或速度。 因为用这两个指标可以反映出计算机对用户输入响应的快慢，以及机器中执行各种 操作的快慢，从整体上反映了系统的性能。 2分时间有多种多样，如CPU时间，系统CPU时间。系统CPU时间的统计很难做到 精确。当比较具有不同代码的机器时，由于系统

12、CPU时间是不一样的。因而误差较 大。故采用用户CPU时间作为衡量时间较为妥当。当然，衡量未加载系统的性能 时，采用前述的响应时间较为合适，而衡量量 CPU性能时，宜采用户CPU时间。3 分12计算机系统设计中应遵从哪些定量原理 ?分别叙述它们在计算机设计中的指导意 义。计算机系统设计中应遵从以下定量原理：1. 大概率事件优先原则，这是最重要也是最广泛采用的计算机设计准则。1 分2. 阿姆达尔定律。即系统中对某一部件采用某种更快的执行方式所能获得的系 统性能改进程度，取决于这种执行方式被使用的频率或所占总执行时间的比例。 2 分3. 程序访问的局部性规律。其主要反映在时间和空间局部性两个方面，

13、时间局 部性是指程序中近期被访问的信息项很可能马上被访问；空间局部性是指那些在访 问地址上相邻近的信息项很可能会被一同访问。 2分13 常用的基准测试程序有哪几种 ?叙述它们的主要内容。 常用的基准测试程序有：(1) 采用实际应用程序：如C语言的编译程序；如TEX正文处理软件以及 SPICE那样的CAD工具软件。1分(2) 采用核心程序。这是从实际程序中抽取少量关键循环程序段，并以此来 评估性能。 2 分(3) 合成测试程序。它类似于核心程序方法，但这种合成测试程序是人为编 制的，较流行的合成测试程序有 WHETSTONE DHRYSTOR6种。2分14 简述计算机体系结构中提高并行性的技术途

14、径。 计算机体系结构中提高并行性的技术途径：(1) 时间重叠：多个处理过程在时间上相互错开，轮流重迭地使用同一套硬件 设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。 2 分(2) 资源重复：根据“以数量取胜”的原则，通过重复地设置资源，尤其是硬 件资源，以大幅度提高计算机系统的性能。 2 分(3) 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。 1 分15 计算机指令集结构可根据哪些因素进行分类，这些因素中，最关键的因素是什 么？根据五个因素对计算机指令集结构进行分类：(1) 在CPU中操作数的存储方法(2) 指令中显式表示的操作数个数(3) 操作数的寻址方式(4

15、) 指令集所提供的操作类型(5) 操作数的类型和大小在这五个分类因素中，CPU中操作数的存储方法，即在 CPU中用来存储操作数 的存储单元的类型，是各种指令集结构之间最主要的区别所在。16比较CPU对操作数的不同存取方式。CPU对操作数的不同存取方式的比较如下表：CPU提供的暂存器每条ALU指令显式表示的操作数个数运算结果目的地访问显式操作数的过程堆栈 0堆栈 Push/Pop累加器1累加器Load/Store 累加器一组寄存器 2/3 寄存器或存储器 Load/Store 寄存器或存储器17试写出C=A B在不同类型指令集结构上的实现方法。C=A B表达式在这几种类型指令集结构上的实现方法如下表: 堆栈 累加器 寄存器( 寄存器存储器 ) 寄存器（寄存器寄存器）PUSH ALOAD ALOAD R1,A LOAD R1,APUSH BADD BADD R1,B LOAD R2,BADD Store CStore C,R1 Add R3,R1,R2POP CStore C,R318 通用寄存器指令集结构的分类是什么，分类依据是什么？两种主要的指令特性能够将通用寄存器指令集结构进一步分类：ALU指令到底有两个或是三个操作数？在 ALU指令中，有多少个操作数可以用存储器来寻址，也 即有多少个存储器操作数。 2 分通用寄存器指令集结构进一步细分为三种类