自考计算机系统结构问答题汇总

1、简述哈夫曼压编概念的基本思想。

答:哈夫曼压缩概念的基本思想是:当各种事件发生的概率不均等时，采用优化技对发

生概率最高的事件用最短的位数(时间)来表示（处理)，而对出现概率较低的，允许用较长的位位(时间)来表示(处理)，就会导致表示(处理〕的平均位教(时间)的缩短。

2.简述标志符数据表示的主要优点。

答:（1）简化了指令系统和程序设计; (2)简化了编译程序; (3)便于实现一致性校验: (4)能由硬件自动变换数据类型; (5)支持数据库系统的实现与数据类型无关的要来（6）为软件调试和应用软件开发提供了支持。

3.按CISC方向. 面向操作系统的优化实现来改进指令系统有哪些思路?

答：按CISC方向. 面向操作系统的优化实现来改进指令系统的思路有: （1）通过对操作系统中常用指令和指令串的使用频度进行统计分析来改进；（2)如何增设专用操作系统的新指令; (3)把操作系统中频繁使用的，对速度影响大的某些软件子程序硬化或固化，改为直接用硬件或微程序序解释实现;（4）发展让操作系统由专门的处理机来执行的功能分布处理系统结构。

4、自定义数据表示可分为哪两类?有何特点? 答:自定义数据表示是为缩短高级语言和机器语言的语义差距引出来的。它又分为标志符数据表示和数据描述符两类。标志符数据表示是让数据字本身带有数据或信息的类型标志，标志符由编译程序建立，对高级语言程序透明。数据描述符主要用于描述向量、数组、记录等成块的教据。它与标志符数据表示的差别是:标志符与数据合存于一个存储单元中，用于描述单个数据的类型和属性的;描述符则是与数据分开存放，主要用于描述成块数据特征的。

5、什么是RISC计算机?

答：RISC计算机是精筒指令系统计算机，即减少指令种数，简化指令功能，使指令系统规整，指今执行时间尽可能短。

6、简述采用RISC技术的超级标量机的主要特点。

答:采用RISC技术的超级标量机的主要特点是: (1)配置多个性能不同的处理部件，采用多条流水线并行处理；（2)能同时对若干条指令进行译码. 将可并行执行的指令送往不同的执行部件；（3)从而达到在每个时钟周期启动多条指令的目的；（4）在程序运行期间由硬件完成指令调度。

7.简述RISC机采用的延迟转移技术的特点。

答:R1SC机采用的延迟转移技术的特点是：通过软件实现。设法使后继指今变得有用。一般采用三种调度策略: (1)将转移不发生时应该执行的那条指今调度到l 延迟槽中；（2)有转移不发生的那条指令调度到延迟槽中；（3）将转移指令前的那条指令调度到廷迟槽中。最后一种方法的效果最好.总能使性能得得改善。8.简述三种面向的寻址方式的关系。

答：三种寻址方式各有特点但又不相互排斥。

面向寄存器的寻址速度最快，但需增大寄存器的硬件开销。面向主存的寻址速度比面向寄存器的寻址速度慢，，但可使用少量的寄存器。面向堆找的寻址可减轻编译的负担，不用考虑寄存器的优化分配，很好地支待，子程序的调用，可省去命令中的地址字段，但建度慢，甚至比面向主存的寻址慢。

三种面向的寻址不互相排斥。在同一系统结构中，应选一种面向的寻址为主，辅以其它面向的寻址，互相取长补短。例如，在堆栈型机器中，可增设面向寄存器

的寻址方式; 除直接访问栈顶外，还能访问栈中任意单元; 可增设硬堆栈或增设栈顶寄存器组来提高运算速度。

9.简要叙述面向操作系统优化实现来改进机器指令系统要达到的目标和四个主要的改进思路。

答:目标是缩短操作系统与计算机系统结构之间的语义差距，进一步减少运行操作系统的时间和节省操作系统软件所占用的存储空间。四个主要的改进思路是: （1）通过分析统计操作系统中的常用指今和指令串的使用频度来改进。（2）增设专用于操作系统的新指令。(3）把操作系统中频繁使用且对速度影响大的软件子程序硬化或固化. 改为直接用硬件或微程序来解释实现。（4）用专门处理机来执行的功能分布处理系统结构。

10、何为数据表示和数据结构，它们之间有什么关系?

答：数据表示指的是能由机器硬件直接识别和引用的数据类型，它主要表现在机器中配置有哪些数据运算类指令和相应的运算部件。数据结构指的是软件在处理和应用中要用到的各种数据元素或信息单元之间的结构关系。数据表示是数据结构的构成元素。教据结构要通过软件映象变换成机器中所具有的各种数据表示来实现。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性上不同。因此，教据结构和教据表示是软件和硬件之间的一个主要的交界面。

11.向量数组数据表示的计算机为向量数组数据结构的实现和处理提供了哪些主要的硬件支持?

答：向量数组数据表示的计算机为向量数组数据结构的实现和运算提供了很多的硬件支特。它表现在: (1）硬件上设置有丰富的向量或数组运算和处理的指令. 只需用一条向量、数组类指令就可实现对整个向量或数组中各元素进行访问、运算和处理。(2)配有流水线或处理单元阵列等高速的运算部件，直接支持向量和数组的高速运算和处理。(3）用硬件实现元素地址的快速形成、下标越界判断、元素的成块预取等.且让越界利断和元素的运算同时并行。(4)有许多用于对释疏向量、数组进行压缩存储、还原、运算等指令和硬件。(5)有对阵列中每个元素又是一个子阵列的相关型交叉阵列进行高速处理的硬件等。

12、当浮点数尾数基值减小时，对机器数的表示会产生哪些影响? 答:（1）数的可表示范围变小; (2l可表示数的总个数减少;

(3)数在数轴上的分布变密，机器数的精度提高;

（4)运算过程中的精度损失增大;

(5)运算速度有所降低。

13.以浮点数数据表示为例，说明什么是数的可表示精度，什么是运算中的精度损失?浮点数尾数基值取小时，对上述二者，哪个有利?哪个不利?

答:数的可表示精度是数在数轴上离散的程度，分布越密，在数轴上两个可表示数的差越小，精度越高。它与尾数实际可表示值的有效数位多少有关。尾数有效数位越多，精度越高。

运算中的精度损失指的是由于运算中尾数超出或右移出机器字长，使有效数字丢失后造成的精度损失。

若浮点数尾数基值取小，则精度可以提高，但运算中的精度领失可能增大，即对前者有利，对后者不利。14.简述程序的静态再定位的方法及存在的问题。答:程序的静态再定位是在目的程序装入主存时，通过调用系统配备的装入程序，运行此装入程序把目的程序的逻辑地址用软的方法逐一修改成物理地址。程序执行时，物理地址就不能再改变了。静态再定位方法存在的问题有:

(1)不利于多道程序的运行环境;

(2)不利于操作系统对主存空间的分配和利用;

(3)不利于程序的可重入(即无论程序重新进入多少次，其功能应保持不变〕;

(4)程序出错时，难以进行故障定位和调试;

(5)不利于重叠、流水技术的使用。15、在满足寻址范围前提下，列举缩短指令字中地址码长度的方法(至少答出6种)。答:使用各种寻址方式可列举如下:

(1)加基址:

(2)加变址; (3)相对寻址; (4）访存地址空间分成段，指令中只给出段号与段内位移字段之一; (5)寄存器寻址;

（6)寄存器间接寻址等等。

l 6.简述面向目标程序优化实现改进机器指令系统要达到的目标和两个主要的改进思路。

答:面向目标程序优化实现改进机器指今系统要达到的目标是希望普遍提高包括系统软件和应用软件在内的各种机器语言目标程序的实现效率，即缩短目标程序的长度，加快目标程序的执行速度。并使实现起来方便可行。两个主要的改进思路是: （1）通过统计机器语言目标程序中各种指令和指令串的静态使用频度和程序在执行过程中的动态使用频度来改进。对高频的指令可以增强其功能，加快其执行速度，缩短其指令字长;对频度很低的指令可将其功能合并到某些高频的指令中去，或在搞新的系列机时，将其取消二对高频的指令串可增设功能更强的新指令或复合指令来取代。(2）将常用的宏指令和子程序的功能改成为强功能复合指令，由徽程序来解释实现。维持软件的向后兼容.减少非功能型指令所占的比例，增大功能型指令所占的比例。

17、简述面向高级语言优化实现改进机器指令系统要达到的目标和五个主要的改进思路。

答:面向高级语言优化实现改进机器指令系统要达到的目标是缩短高级语言和机器语言语义差距。缩短编译程序的长度，减少编译程序所占的主存空间，节省运行编译程序时运行所需的时间。五个主要改进思路是:

(1)统计高级语言源程序的语句使用频度，增设与高频语句的语义差别小的新指令。

（2)面向编译，优化代码生成，增强结构的规整性和对称性来改进指令。(3)让指令改进后.使它与各种高级语言之间的语义差都有同等程度的缩小。

扭)设计有分别面向多种高级语言优化实现的多种指今系统，并让他们能动态地切换，发展自适应系统。(5）发展高级语言计算机。

18，数据结构和机器的数据表示之间是什么关系?确定和引入数据表示的基本原

则是什么?

答:数据表示是数据结构的组成元素.数据结构要通过软件映象变换成机器所具有的各种数据表示来实现。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性上不数据结构和数据表示是软件和硬件之间的交界面。确定和引入数据表示的基本原则: 一是看系统效率有否提高，即是否减少了实现的时间存储的空间，实现时间是否减少又主要看在主存和处理机之间传送的信息量有否减少；二是看引入这种数据表示的通用性和利用率是否高。

19.标志符数据表示与描迷符数据表示有何区别?描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同?

答:在标志符数据表示中，标志符是与每个数据相连的，并且合存在同一个存储单元中，用于描述单个数据的类型和属性;在描述符数据表示中，数据描述符是与数据分开独立存放的，主要是用于描述成块数据的类型属性、地址及其它信息的。描述符数据表示在实现向量、阵列数据元素的索引上要比用变址方法的方便，能更快地形成元素的地址，从而可以迅速进行访问，同时也有利于检查程序中的向量、数组在使用中是否越界。因此，它为向量、数组数据结构的实现提供了一定的支持，有利于简化编译中的代码生成。但是。描述符数据表示并没有向量、数组的运算类指令，也没有采用流水或处理单元阵列形式的高速运算硬件。没有使阵列中每个元素又是一个子阵列的相关型交叉阵列进行处理的硬件。也没有使大量元素是零的稀疏向量和数据进行压缩存储、还原、运算等指令和硬件。因此、它对向量和数组的数据结构提供的支持不够强，所以并不是向量数据表示。

20、堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么?堆找型机器系统结构为程序调用的哪些操作提供了支持?

答:通用寄存器型机器对堆栈数据结构的实现支持较差。这表现在:堆栈操作用的机器指令数少，一般只是些简单的压入〔PUSH）和弹出(PUF)之类的指令，功能单一;堆栈被放置于主存中.因此每次访问堆栈都要进行访存，速度低;堆栈一般只用于保存程序调用时的返回地址.只有少量参数经堆栈来传递，大部分参数都是通过寄存器或内存区来传递的。

堆栈型机器则不同.它主要表现在:有高速寄存器型的硬件堆栈，附加有控制电路让它与主存中的堆栈区在逻辑上构成一个整体，从而使堆栈的访问速度接近于寄存器的速度，容量却是主存的;有对堆栈的栈顶元素或次栈顶元素进行各种操作和运算处理的丰富的堆栈操作指令，且功能很强;有力地支持高级语言程序的编译，由逆波兰表达式作为编译的中间语言，就可以直接生成堆栈指令构成的程序，进行多元素表达式的计算，有力地支持子程序的嵌套和递归调用。堆栈型机器系统结构为程序的嵌套和递归调用提供了很强的支持，表现在:在程序调用时。不仅用堆栈保存返回地址，还保存条件码等多种状态信息和某些关键寄存器的内容，如全局性参数、局部性参数，以及为被调用的程序在堆栈中建立一个存放局部变量。中间结果等现场信息的工作区。堆栈机器在程序调用时.将这些内容全部用硬件方式压入堆栈。当子程序返回时。返回地址、运算结果、返回点现场信息均通过子程序返回指令用硬件方式从堆栈中弹出。只需修改堆栈指针内容就可删去堆栈中不用的信息。堆栈机器能及时释放不用的单元，访问堆栈时大量使用零地址指令.省去了地址码字段。即使访问主存，也采用相对寻址，使访存的地址位数较少，从而使堆栈型机器上运行的程序较短，程序执行时所用的存储

单元数少，存储效率较高。

第三章

1、输入输出系统有哪几种基本方式?

答:输入输出系统有三种基本方式。它们分别是: （l)由CPU直接执行I/O 程序的程序控制输入输出方式(其中又有全软件方式的、程查询方式的和中断驱动方式的三种);

(2)全部由“DMA控制器”硬件执行的直接存储器访问(DMA)方式;

（3）由专门设计的I/O处理机来执行I/O程序，软硬结合实现的I/O处理机方式。

2简述专用总线的定义、优点和缺点。

答:只连接一对物理部件或只用于一种功能的总线称专用总线。

专用总线的优.点是:

(1)多个部件可同时收发信息，不会争用总线，

(2)通讯时不用指明“源”和“目的”，控制简单;

(3）总线失效不会使系统瘫痪，可靠性高。

专用总线的缺点是:

(1）总线的线数多，成本高;

（2）总线的时间利用率低;

〔3)不利于系统的模块化，可扩充性差。

3.简述非专用总线的定义、优点和缺点。

答:可以被多种功能或多个部件分时共享的总线称非专用总线。

非专用总线的优点是:

（1）总线线数少;

(2)成本低;

(3)总线接口标准，模块性好; (4)可扩充性好; (7)易于用多重总线来提高总线的带宽和可靠性。

非专用总线的缺点是:

(1)系统流量小，常会因总线争用而降低系统效率;

（2)总线失效，易使系统瘫痪，可靠性差。

4.总线控制方式有哪三种?各需要增加几根用于总线控制的控制线?总线的优先级是

否用程序改变? 答;总线控制方式有串行涟接、定时查询和独立请求三种。

串行链接需增加3根控制线，优先级连线固定，无灵活性，总线控制优先级不能用程序改变。

定时查询需增加2+log2Nl根控制线，，优先级可用程序改变，灵活。

独立请求需增加2N十1根控制线，优先级可用程序改变。灵活。

5.对中断进行分类的根据是什么?这样分类的目的是什么?IBM370将计算机中断分为哪几类?

答:中断分类是把中断源按性质相近、中断处理过程类似的归为同一类。

分类的目的是为了减少中断处理程序的入口，每一类给一个中断服务程序总入口，可以减少中断服务程序入口地址形成的硬件数量。IBM370计算机将中断类分为机器校验、访管、程序性、外部、输入/输出、重新启动六类。

6.为什么要对中断类分成优先级?如何分级?IBM370的中断响应优先序是什么?

答:各中断源是相互独立而随机地发出中断请求。当多个中断源同时发出中断请未时，cpu只能先响应和处理其中相对优先级高的中断请求，因此需要对中断源的响应和处理安排一个优先序。

中断分成类后，同一类内部各中断请求的优先序一般由软件或通道来管理。这里，主要是对不同类的中断就要根据中断的性质、紧迫性、重要性及软件处理的方便性分成若干优先级，以便cpu'可以有序对这些中断请求进行响应和处理。

IBM370系统的中断响应优先序由高到低依次为:紧急的机器校脸、管理程序调用和程序性、可抑制的机器校验、外部、输入/输出、重新启动。

7、现代计算机系统中.中断系统的软硬件功能是怎样分配的?为什么要这样分配? 答:中断响应的速度要求快.所以一般用硬件实现。中断的处理过程比较多样化，有的可

能比较复杂.所以一般用软件来实现。但可以增加某些硬件支持。

在中断响应过程中，中断现场的保存和恢复用硬件实现(只保存最重要、最基本通用的硬件状态)，以保证有较快的中断响应速度。

另一部分现场，需要根据中断处理要求保存的内容及中断的具体处理等软件实现，以提高灵活性。

8.通道分为哪三种类型?各适合连接什么类型的设备?满负荷时，设备对通道要求的实际流量与所连的设备有什么关系? 答:通道分字节多路、数组多路、选择三类通道。

字节多路通道适合于连接大量低速的字符设备。满负荷时，设备时通道要求的实际流量应是所连各设备的流量之和。

数组多路通道适合于连接高速的设备，满负荷时.设备时通道要求的实际流全应是所连得设备中，流量最大的那个。

选择通道适合于连接中、高速的高优先级的设备。满负荷时，设备对通道要求的实际流量应是所连各设备中，流量最大的那个。

9.列举通道处理机宏观和微观上不丢失所接各设备接收或发送的信息应满足的基本条件和采取的补充措施。答:宏观上不丢失设备信息的基本条件应当让通道所设计的极限流量应大于等于设备对通道要求的最大流量。

为使微观上也不丢失设备的信息，还应在设备或设备控制器中设置一定容量的缓冲器以

缓冲一时来不及处理的信息，或是采用可动态提高低速设备的响应优先级的措施来解决。

第四章、存储体系

1、主存实际频宽与模数m的关系是什么?出现这种现象的原因是什么?

答:并行主存系统的实际频宽随模数m的增加会提高，但不是线性增加，随棋数m增大，其实际频宽的增量越来越小。这是因为程序中的指令和数据并不是完全顺序放置和被访问的。程序会有转移，数据分布有一定的随机性。

2、cpu写入cache时，会发生Cache与主存的对应内容不一致的现象，简述解决

这个问题的两种方法及各需要增加什么开销。

答:（1）回写法:cPu只写入Cache，不写入主存，仅当Caehe块替换时，才先写回主存后再替换。这种方法要求对每个Cache块增加一个修改位的资源开销。

（2)写直达法:CPU每次写Cach的同时，也通过直接通路写入主存。这种方法要增加写主存的时间开销。

3.如何评价一个替换算法的好坏?

答:要想评价一个替换算法的好坏，一般可使用典型程序运行时所产生的页地址流来对该算法进行模拟其页面的替换过程，通过统计出的页面命中率的高低来分析。

页面命中率的高低与所用的页面替换算法、页地址流、所分配到的实页数、页面的大小等多种因素有关。

4.什么是cache它是如何组织的? 答:如果把程序在一段时间内集中访问的部分数据存放在高速的存储器中，访问存储器的平均时间就可以大大减少，从而减少程序的执行时间，这种高速、小容童的存储器扰是Cache。

cache放在cpu与主存的中间，访问时间通常是主存的1/4到1/10。在层次化的存储器系统中。它是速度最快的存储器。

Cache的基本思想是把程序执行时最频繁访问的指令和数据存放在速度较高的Cache存储中，使得访存的平均时间接近于Gache的访问时间，而存储的容量则是主存的容童。

Cache存储器的容量尽管很小，但是由于访存的局部性规律，绝大部分对存储器的访问数据都可以在Cache中发现，实际上不需要到主存中寻找，所以访存的平均时间可以接近于Cache的访问时间。

5，什么是虚拟存储器?它有什么特点和作用?

答:虚拟存储器足以主存与辅存为根据建立起来的一种存储体系，它使得程序能够像仿问主存储器一样访问外部存储器。虚拟存储器的地址空间可以大到CPU 的最大寻址范围，为了提高平均访存速度，将虚址空间中访问最频繁的一小部分寻址范围映像到主存储器，其余的地址空问映像到外存储器，这样使得存储系统既具有外存的容量。又有接近于主存的访问速度。

6.在有Cache的存储系统中，访存操作是如何进行的?

答:有了Cache之后,访存操作的过程是:当CPu要进行存储器访问时，首先察看Cache存储器，如果访问的字在Cache中找到，就从Cache中读取，如果访问的字在Cache中没有找到，就从主存中访问，并且为了使得以后访问同一个字或者相邻的字时能够在Cache中找找到，需要把存储器中包含这个字的数据块从主存储器中读出，放入Cache中。

7.简述IBM PC机的页式存储管理的特点。

答:IBM PC机的页式存储管理特点是:

（1)把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定大小的页;

（2〕各虚拟页可装入主存中不同的实际页面位置；

（3)在任一时刻，每个虚拟地址都时应一个实际地址;

（4）这个实际地址可能在主存中，也可能在外存中。

8.简述段页式存储管理的地址变换过程。

答:用户逻抖地址被分成:用户标志、段号、页号、页内偏移四部分。

过程如下: (1)由用户标志找到段表基址寄存器;

(2)由段表长与段号作是否越界检查;

(3)段表地址+段号找到段表中相应表项;

(4)做装入位，段长的检查;

(5)由页表始址+页号找到页表中相应表项;

(8)作装入位等检查;

(7)实页号十页内偏移形成有效地址。

9，什么是存储系统?什么是存储系统的层次结构?

答:存储系统是指各存储器硬件以及管理这些存储器的软硬件。

存储系统的层次结构是指把各种不同存储容量、不同访问速度、不同成本的存储器件按层次结构构成多层的存储器，并通过软硬件的管理将其组成统一的整体，使所存储的程序和数据按层次分布在各种存储器件中。典型的存储系统层次结构是Cache一主存一辅存构成的系统。

10、简要列举段式虚存管理系统的优点和问题。

答:段式存储管理的优点是:支持了程序的模块化设计和并行编程的要求，缩短了程序的编制时间;各个程序段的修改相互不会有影响;便于多道程序共享主存中某些段，从而可不必将他们在物理主存中重复存放;便于按退辑意义实现存储器的访问方式保护。

段式存储管理的问题是:段映象表太大，其地址字段和段长字段都太长.查表进行地地址变换的速度太慢;对主存各区域的存储管理十分麻烦;存储器内部的段间零头浪资大，有时难以利用。

11，简要列举页式虚存管理系统的优点和问题。

答:页式存储管理的优点是:所用映象表的硬件量少;地址变换的速度快;主存页内零头浪费小;主存空间的分配和管理简便。

问题是:不支持模块化程序设计和并行编程;程序修改不利;程序页面不能被多个程序所共享;页面是机械地分割;不能准确按逻择意义进行访问方式保护。

12、在页试虚拟存储器中什么叫页面失效?什么叫页面争用?什么时候两者同时发生? 什么时候两者不同时发生? 答:要访问的虚页不在实际主存中时，就会发生页面失效。当页面调入主存，主存中的页面位置全部已被其它虚页占用时，就会发生页面争用。

当分配给程序的内存区已被全部占用之后，只要发生页面失效，就一定会发生页面反之，发生页面失效，并不会发生页面争用。

13、什么是堆栈型的替换算法(用式子描述)?

答:能满足下列两个关系式的替换算法就是堆找型的替换算法。即

n

n≥Lt时,Bt(n)=Bt(n+1)

其中，n为分配给程序的实页数,Bt(n)为t时刻在n个实页中的页面集合,Lt为t 时刻已处理过的不同虚页的页面数。

14.简述页面失效频率（PFF）替换算法的思想及优点，该算法的依据是什么? 答:页面失效频率（PFF)替换算法是对LR U替换算法的改进。在程序的运行过程中，操系统不断都根据所统计出的各道程序的页面失效率来动态调节分配给各道程序的实页数。

给页面失效率很低的程序适当少分配一些实页，给页面失效率很高的程序适当增加一些实页。

优点是在实存总页数一定时，提高了整个虚拟存储器系统的总的实页命中率，也提高了主存空间的利用率。

该算法依据于LRU替换算法是堆找型的算法。

15.页式虚拟存储器的页面是如何划分的?这样划分使指令和数据，会发生什么情况，页面失效会在何时发生?如果将页面失效当做中断来对待，会发生什么间题?列举对此问题的几个解决办法。. 答：页式虚拟存储器的页面是按固定大小，机械等分的。这样划分，使按字节编址的多字节数据和指今可能跨在两个不同的页面上。使页面失效完全可能发生在取指令、指令分析或指令执行的任何一个过程中。如果页面失效仍按一般的中断来对待。安排在本条指令执行完，下条指令准备取的时刻来响应和调页，那么，因为页面失效不可能得到响应，就会死机。因此.页面失效不能按一般的中断来对待，应当作为一种故障，予以立即响应和处理。这样.就需要配置大量的后援寄存器来保存故障点的全部现场，以便在完成调页后，能恢复故障点的全部现场，继续运行。此外.为了避免程序的页面在主存中轮流被替换出去，应设计出好的页面替换算法，并给每道程序确定一个分配实存页面的下限值;适当增大页面大小来减少指令或教据跨页存放的概率。

16.分别说明Cache存储器的按需取进法、恒预取法、不命中时才预取法的定义。答:按需取进法:当访存第i块发生Cache块失效时，才将要访问的主存第i块调入Cache。恒预取法:只要访问到主存第i块。不论Cache是否命中，性预取主存第i十1块进入cache。

不命中时才预取法：只当在访问主存第i块时不命中cache时，才预取主存中的第i+1块。

17、发现组相连、LRU替换的Cache存储器的等效访问速度不够高此时增大主存容量

增大Cache容量，会对Cache存储器等效访问速度有何影响，并分析其原因。

答:Cache存储器的等效访问时间ta=Hc·tc+(1-Hc)tm，等效访问速度不高就是ta太长。要想偏短ta，在Cache命中率Hc低时，就应设法提高Hc;当Hc 很高时，就要减少tc.

增大主存容量，不会对Hc有显著影响，可能会因tm稍微增大，而使ta略有增大。

如果Hc很高时，tm的增大，也不会使ta有明显上升。由于LRU替换算法是堆栈型的算法。在增大Cache容量时.如果原Hc较低时，将会使Hc显著上升而显著缩短ta。如果原Hc已较高时，因Hc上升不明显而使其ta不会有明显缩短。

第五章、重叠流水和向量处理机

3、流水线的特点是什么?

答:（1）流水线处理的任务必须是连续的;

（2）流水线中子任务应有一个专门的部件来实现;

(3)在流水线的功能部件之后，需要有一个用于保存本功能段执行结果的缓冲寄存器;

（4）的流水线中各功能段执行时间应尽量相等;

(5)流水线需要有装入时间和排空时间。

4、向量运算为什么最适合流水处理?向量的处理有哪三种方式?CRAY-1采用的是什么方式?

答:向量内部各元素很少相关，又是执行同一种操作，最能发挥出流水的效能。向量的理有横向内部各元素(水平)、纵向(垂直)、分组纵横(水平垂直)三种处理方式。

CRAY-1采用分组纵横处理方式。

5.列举指令重叠解释对访主存冲突可采用的三种解决办法及其问题，目前多数机器采用的是什么办法?

答:指令重叠解释对访主存冲突可采用的解决办法，一是分别设呈各自独立编址的数据据存储器和指令存储器，让存、取操作数和取指今可同时访存;二是让主存用逻辑上统一编址的多分体交又访问的并行组成方式;三是在硬件上，增设有一定容量的指令缓冲器和数据缓冲器。让主存插空将预取的指令存入指令缓冲器，或将要写入的数据暂时存入教据缓冲器中。

第一种办法增加了总线控制和软件设计的负担。第二种办法可能会因发生分体冲突，而使并行度受到限制;第三种办法会增加硬件成本。

目前多采用第二、三种办法的组合。

6.在“一次重叠”解释时，会出现哪些指令之间的关联?如何处理?答:转移指令与后续指令的相关，减少使用转移指今，需要使用时可采用延迟转移技术。指令相关，允许程序在执行过程中修改指令，需要修改指令时，可用类似于IBM370的“执行”·，变指令相关为操作数相关，统一按操作数相关去处理。主存空间数相关在存储控制器中。让写数申请优先于续数申请被响应来推后后续指令的读数。通用寄存器组的数相关，专设相关专用通路。通用寄存器的变址值二次相关，设置变址值相关专用通路。通用寄存器组的变址值一次相关，设置变址值相关专用通路，并推后后续指令的分析。

7、流水线按级别分成几类?线性流水线与非线性流水线有什么区别?动态流水线和静态流水线有什么区别?答:流水线按级别可分为部件级、处理机级和系统级三级。

线性流水线段间无反馈或越过的通路，非线性流水线则有反馈回路或前越通路。静态和动态流水都是多功能的流水。动态流水线按一种功能流水未完成之前，可重组开始另一种功能的流水。静态流水必须等流水线排空之后才可进行功能切换。8、流水处理的主要技术途径是什么?在cpu中可以有哪两类流水?在存储系统或存储体系中举出两个应用流水的例子。答:流水处理的主要技术途径是时间重叠和功能部件专用化。

CPU内部可以有指令流水线和运算操作流水线。在存储体系中，Cache存储器的查地址映象表和访物理Cache可以流水。.存储系统中，主存模m多体交叉对各分体的交叉访问也可以看成一种流水。9、什么是流水线的速度瓶颈?消除流水线速度瓶颈的方法有哪两种?举例示意说明。

答:流水线中经过时间最大的功能段就是流水线中的速度瓶颈。

消除流水线的速度瓶颈的方法有: （1）将瓶颈子过程再细分。例如，流水线瓶颈段为2⊿t,其他各段均为⊿t,则可将该瓶颈段再细分成两个子段，各子段经过时间为⊿t。

（2）将瓶颈子过程多套并联。如上例.将瓶颈段重复设置两个，各任务错开、一个△t时间分配给这两个段。10、简述流水机器处理全局性相关时，加快短循环程序的处理办法。

答:遇到分支时，判断是否是短循环。如果是短循环，将整个循环体指令一次性全部取入指令缓冲器，并暂停预取指令，以减少不必要的访存次数。

同时。让流水时的循环出口恒猜选循环分支。11、为处理流水机器的全局性相关，可以加快或提前形成条转指令所需的条件码，那么可从哪两方面考虑?举例说明。

答,（1)加快单条指今内部条件码的形成。如有的指令，像乘、除指令，只要取出操作数，利用其数的符号位是同号还是异号，就可以利断出结果的正或负。

（2)在一段程序内提前形成条件码。例如，循环程序中，将控制循环变童改值的指令提前到循环体开始处。在硬件上设置专用的条件码寄存器，以便在判断是否循环时，已提前产生了条件码。12、流水机器的中断处理有哪两种办法?各有什么优缺点?答:流水机器的中断处理有不精确断点法和精确断点法两种。

不精确断点法的好处是控制简单.缺点是不利于程序的排错。精确断点法好处是中断现场准确对应于发出中断的指令，有利于程序的排错，但不利之处是需要有大童的后援寄存器，硬件花费大。13.简述向量的流水处理所要解决的问题，以D=A*（B十C)的向量运算为例，可有哪些处理方式?其中哪些是向量的流水处理方式?

答:选择对向量、教组如何处理，才能最充分地发挥出流水线的效能，是向量流水处理要解决的问题。

以向t运算D=A*（B+C)为例，采用逐个求结果向量D的各个元素的横向（水平）处理方式，会引起流水线功能段的频繁切换及大量先写后读的操作数相关，不适合于流水处理。采用纵向(垂直)方式处理，不会产生大量的先写后读相关。也避免了功能的频繁切换，是一种向量的流水处理方式。

当向量长度较长时，可来用分组纵横处理方式，它也是一种向量的流水处理方式。

第六章、整列处理机

1、简述SIMD系统的互连网络的设计目标。

答:〔1）结构不要过分复杂，以降低成本;

(2)互连要灵活，以满足算法和应用的需要。

（3）处理单元间信息交换所禽传送步数要尽可能少，以提高速度性能;

（4）.用规模单一的基本构件组合而成，或者经多次通过或者经多级连接来实现复杂的互连，使模块性好，以便于用VLSI实现并满足系统的可扩充性。2、什么是阻塞式网络?以N个端的间接二进制n方体网络为例，说明它为什么是一。阻塞式网络。