计算机硬件-高速缓冲存储器的程序访问局部性原理上机报告
辽宁工程技术大学上机实验报告
运行时间
行列数局部变量静态变量
行优先列优先行优先列优先
M=100、N=1000000.0700000
00.020000
00
0.0200000
0.03000000
M=1000、N=100000.0500000
00.030000
00
0.0300000
0.06000000
M=100000、N=1000.0100000
00.160000
00
0.0300000
0.15000000
(完整版)计算机组成原理简答题
计算机组成原理简答题 第四章 1、存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU 访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。 2. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 3. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。 解：刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程； 刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。 集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。 分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。 异步式：是集中式和分散式的折衷。 4. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？ 解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。 线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材； 重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。这种方法通过行、列译码信号的重合来选址，也称矩阵译码。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式。 5. 什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？ 解：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。存储系统中Cache—主存层次采用了程序访问的局部性原理。 6. Cache做在CPU芯片内有什么好处？将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处？ 答：Cache做在CPU芯片内主要有下面几个好处：
计算机系统结构简答。填空
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。 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。 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JSJ 软件兼容：一个软件可以不经修改或者只需少量修改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。 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。 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。 流水线技术：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。 Victim Cache：位于Cache和存储器之间的又一级Cache，容量小，采用全相联策略。用于存放由于失效而被丢弃（替换）的那些块。每当失效发生时，在访问下一级存储器之前，先检查Victim Cache中是否含有所需块。 机群：由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网络或局域网互连在一起，协同完成特定的并行计算任务的并行计算机网络。 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。 多处理机系统：两个或两个以上CPU通过高速互联网连接，在统一的OS管理下实现指令以上级并行的计算机系统叫处理机系统 并行计算是指同时对多个任务或多条指令、或对多个数据项进行处理。完成此项处理的计算机系统称为并行计算机系统，它是将多个处理器通过网络以一定的连接方式有序地组织起来。结构相关：当硬件资源满足不了同时重叠执行的指令的要求，而发生资源冲突时，就产生了结构相关。 数据相关：当一条指令需要用到前面某条指令的结果，而这些指令都在流水线中重叠执行时，就称为数据相关。 控制相关：当流水线遇到分支指令和其他能够改变PC值的指令时，就会发生控制相关。 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。 互连网络：一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统中结点之间的相互连接。在拓扑上，互连网络是输入结点到输出结点之间的一组互连或映象。存储器的三个主要指标：速度，容量，价格 CPU 中存储操作数的存储单元：堆栈型机器，累加器型机器，通用寄存器型机器 对指令系统的基本要求：完整性，规整性，正交性，高效性，兼容性 解决流水线瓶颈问题：细分瓶颈段，重复设置瓶颈段 通道：字节多路通道，数组多路通道，选择通道 输入出系统：输入输出设备，集中式共享存储器设备，输入输出操作有关的分布式存储器设备云计算特点：可定制，弹性，虚拟化 机群系统特点：系统开发周期短，可靠性高，可扩放性强，性能价格比高，用户编程方便。 总线监听协议解决cache一致性问题衡量流水线性能主要指标：吞吐率，加速比，效率 减少流水线分支延迟的静态方法：冻结或排空流水线，预测分支失败，预测分支成功，延迟分支
计算机体系结构习题答案解析
第1章计算机系统结构的基本概念 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。 透明性：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
计算机体系结构试题库—简答题
计算机体系结构试题库 简答题（100题） 1．简述CISC结构计算机的缺点。 答： ●在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。据统计，有20％的指 令使用频率最大，占运行时间的80％。也就是说，有80％的指令在20％的运行时 间内才会用到。 ●CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制 时间和成本，而且还容易造成设计错误。 ●CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 ●CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 ●在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计 算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。 2．RISC结构计算机的设计原则。 答： A.选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令； B.每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成； C.所有指令长度均相同； D.只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行； E.以简单有效的方式支持高级语言。 3．影响现代微处理器主频提升的主要原因由哪些？ 答：线延迟、功耗。 4．指令集格式设计时，有哪三种设计方法？ 答：固定长度编码、可变长编和混合编码）三种设计方法。
5．简述存储程序计算机（冯·诺依曼结构）的特点。 答： （1）机器以运算器为中心。 （2）采用存储程序原理。 （3）存储器是按地址访问的、线性编址的空间。 （4）控制流由指令流产生。 （5）指令由操作码和地址码组成。 （6）数据以二进制编码表示，采用二进制运算。 6．在进行计算机系统设计时，一个设计者应该考虑哪些因素对设计的影响？ 答： 在进行计算机系统设计时，设计者应该考虑到如下三个方面因素的影响： ●技术的发展趋势； ●计算机使用的发展趋势； ●计算机价格的发展趋势。 7．简述程序翻译技术的特点。 答： 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。 8．简述程序解释技术的特点。 答： 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，然后再去取下一条N+1级的指令，依此重复进行。 9．经典体系结构的定义是什么？ 计算机体系结构是机器级程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。10．“线延迟墙”指的是什么？
组成原理
第三章复习 一、名词解释： 1.RAM：随机访问存储器，能够快速方便的访问地址中的内容，访问的速度与存储位置无关。 2.ROM：只读存储器，一种只能读取数据不能写入数据的存储器。 3.SRAM：静态随机访问存储器，采用双稳态电路存储信息。 4.DRAM：动态随机访问存储器，利用电容电荷存储信息。 5.EDO DRAM：增强数据输出动态随机访问存储，采用快速页面访问模式并增加了一个数据锁存器以提高数据传输速率。 6.PROM：可编程的ROM，可以被用户编程一次。 7.EPROM：可擦写可编程的ROM，可以被用户编程多次。靠紫外线激发浮置栅上的电荷以达到擦除的目的。 8.EEPROM：电可擦写可编程的ROM，能够用电子的方法擦除其中的内容。 9.SDRAM：同步型动态随机访问存储器，在系统时钟控制下进行数据的读写。 10.快闪存储器：一种非挥发性存储器，与EEPROM类似，能够用电子的方法擦除其中的内容。 11.相联存储器：一种按内容访问的存储器，每个存储单元有匹配电路，可用于是cache中查找数据。 12.多体交叉存储器：由多个相互独立、容量相同的存储体构成的存储器，每个存储体独立工作，读写操作重叠进行。 13.访存局部性：CPU的一种存取特性，对存储空间的90%的访问局限于存储空间的10%的区域中，而另外10%的访问则分布在90%的区域中。 14.直接映象：cache的一种地址映象方式，一个主存块只能映象到cache中的唯一一个指定块。 15.全相联映象：cache的一种地址映象方式，一个主存块可映象到任何cache块。 16.组相联映象：cache的一种地址映象方式，将存储空间分成若干组，各组之间用直接映象，组内各块之间用全相联映象。 17.全写法（写直达法）：cache命中时的一种更新策略，写操作时将数据既写入cache又写入主存，但块变更时不需要将调出的块写回主存。 18.写回法：cache命中时的一种更新策略，写cache时不写主存，而当cache数据被替换出去时才写回主存。 19.层次化存储体系：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。 20.访问时间：从启动访问存储器操作到操作完成的时间。 21.访问周期时间：从一次访问存储的操作到操作完成后可启动下一次操作的时间。 22.带宽：存储器在连续访问时的数据吞吐率。 成若干页。 23.固件：固化在硬件中的固定不变的常用软件。 二、选择填空题：典型例题分析
计算机体系结构课后习题
第1章 计算机系统结构的基本概念 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。 答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是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实现。 计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？并说出它们的含义。 答：（1）以经常性事件为重点。在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。（2）Amdahl 定律。加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。（3）CPU 性能公式。执行一个程序所需的CPU 时间 = IC ×CPI ×时钟周期时间。（4）程序的局部性原理。程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为： 部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10 （1） 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？ （2） 如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？ 解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展： ∑∑+-= i i i n S F F S )1(1 已知S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，S n ＝10，F 1＝，F 2＝，得： ） （）（10/20/0.330/0.30.30.3-11 1033F F +++++= 得F 3＝，即部件3的可改进比例为36%。 （2）设系统改进前的执行时间为T ，则3个部件改进前的执行时间为：（++）T = ，不可改进部分的执行时间为。 已知3个部件改进后的加速比分别为S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，因此3个部件改进后的执行时间为： T T T T T n 045.010 2.020 3.0303.0'=++= 改进后整个系统的执行时间为：Tn = + = 那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是： 82.0245.02.0=T T 假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据如下表所示： 操作类型 程序中的数量 （百万条指令） 改进前的执行时间 （周期） 改进后的执行时间 （周期）
(完整版)计算机系统结构考试题目及参考答案
一：名词解释 1：虚拟机：由软件实现的机器。 2：CPI：是衡量CPU执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟 周期数。 3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月 便会增加一倍，性能也将提升一倍。 4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。 5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整 个程序的执行仅限于程序中的某一部分。相应地，执行所访问的存储空间也局限 于某个内存区域。局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。 6：CISC/RISC：CISC：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的 指令，来提高操作系统效率的计算机。RISC：即精简指令系统计算机，指在系统 中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。 7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。 8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件， 按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同 要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。 9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。 10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。 11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。 12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部 被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。[由于主存中的 块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该 块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被 迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。] 二：选择题 1，直接执行微指令的是（C） A 汇编程序 B 编译程序 C 硬件D微指令程序 2，对汇编语言程序员不透明的是（C） A 程序计数器B主存地址寄存器C条件码寄存器D指令寄存器 3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（B）为中心的 A运算器B控制器C存储器 D I/O设备 4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（C ） A 计算机软件所要完成的功能 B 计算机硬件的全部组成 C 编程要用到的硬件组织D计算机各部分硬件的实现 5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（B ） A 采用统一的高级语言B采用统一的汇编语言 C 模拟D仿真 6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（A） A流水处理机B多处理机 C 阵列处理机D集群系统 7，多处理机实现的并行主要是（B） A指令级并行 B 任务级并行C 操作级并行D操作步骤的级并行
1-4测验 (2)组成原理
1.用二进制代码表示的计算机语言称为①机器语言，用助记符编写的语言称为②汇编语言。 2.计算机系统的三个层次结构由内到外分别是①硬件系统、系统软件和②应用系统。 3.编译方式是使用编译程序把源程序编译成机器代码的①目标程序，并以②机器程序的形式保留。 4.计算机系统的层次结构中，位于硬件系统之外的所有层次统称为虚拟机 5.现在主要采用总线结构作为计算机硬件之间的连接方式。 6.存储①程序，并按②地址顺序执行，这是③冯.诺依曼型计算机的工作原理。计算机中有①两股信 息在流动：一股是②控制信息，即操作命令，其发源地是③控制器，它分散流向各个部件；另一股是 ④数据信息，它受⑤控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，边流动边加工处理。 7. 假定基准程序A在某计算机上的运行时间为100s，其中90s为CPU时间，其余为I/O时间。若CPU速度提高50%,I/O速度不变，则运行基准程序A所耗费的时间是（70s）。 8. 至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示，其理由是______。 A节约元件 B. 运算速度快C. 物理器件性能决定 D. 信息处理方便 9. 对计算机的软、硬件资源进行管理，是的功能。 A. 操作系统 B. 数据库管理系统 C. 语言处理程序 D. 用户程序 10. 冯诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（） A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元
11. 存储字长是指（）。 A.存放在一个存储单元中的二进制代码的组合 B.存放在一个存储单元中二进制代码位数 C.存储单元的个数 D.机器指令的位数 12. 当前设计高性能计算机的重要技术途径是（） A.提高CPU主频 B.扩大主存容量 C.采用非冯诺依曼 D.采用并行处理技术 13.兼容性是计算机的一个重要性能，通常是指向上兼容，即旧型号计算机的软件可以不加修改地在新型号计算机上运行。系列机通常具有这种兼容性。（错） 14.计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令（对） 15.利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫做单片机（错）是cpu 16.冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？它们各起什么作用？ (1)计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本 部分. (2)计算机内部应采用二进制来表示指令和数据.每条指令一般具有一个操作码和一个地址码.其中操作码表示运算性质,地址码指出操作数在存储器中的地址. (3)将编好的程序送入内存储器中,然后启动计算机工作,计算机无需操作人员干预,能自动逐条取出指令和
微机原理及接口技术
微机原理及接口技术 第一部分客观题 一、单项选择题（每小题2分，共10分） 1. 寄存器ECX的低16位部分可以用_____________表达。 A EX B CX C CH D CL 2. 8086处理器执行“OUT DX,AL”指令时，AL的数据出现在__________上输出给外设。 A 控制总线 B 地址总线 C 电源和地线 D 数据总线 3. 与DRAM相比，SRAM的特点是_____________。 A 集成度高、存取周期长 B 集成度低、存取周期长 C 集成度高、存取周期短 D 集成度低、存取周期短 4. 使用语句“var dword 3721”定义的变量var在主存占用_________个字节存储空间。 A 1 B 2 C 4 D 8 5. 用8K×8结构SRAM芯片构成64000H～6FFFFH地址范围的存储器，需要使用__________片。 A 4 B 6 C 8 D 10 二、对错判断题（每小题2分，共10分）（说明：正确的选“A”,错误选“B”） 6. IA-32处理器设置的中断标志IF＝0是关中断，表示禁止内部中断和外部中断的所有中断请求。X 7. 已知var是一个变量，语句“add esi,byte ptr var”没有语法错误。X 8. DMA传输由DMA控制器控制，无需处理器执行I/O指令。V 9. 高性能计算机中常使用Cache（高速缓冲存储器）提高主存性能。V 10. 向某个I/O端口写入一个数据，一定可以从该I/O端口读回这个数据。V 第二部分主观题 一、填空题（每空2分，共10分） 1. 8086处理器引脚有3个最基本的读写控制信号，它们是M/IO* ，_RD* ________和_____W/R* _____。 2. 逻辑地址由___段基地址_______和偏移地址两部分组成。代码段中下一条要执行的指令由CS和_____指针IP_____寄存器指示，后者在实地址模型中起作用的仅有_____指针_____寄存器部分。 二、问答题（每小题6分，共30分） 1. 什么是JMP指令的近（near）转移和远（far）转移？ jmp指令的近转移是指在同一个段里面的转移，也叫做段内近转移，用汇编编码就是这样的jmp near ptr 标号 jmp指令的远转移是指段与段之间的转移，就是说不在同一个段的转移，用汇编编码就是这样的jmp far ptr 标号
系统结构题库(含答案) (6)
第一章计算机系统结构的基本概念 知识点汇总 计算机系统的层次结构、虚拟机、解释/翻译、计算机系统结构/组成/实现、冯氏分类法、Flynn分类法、以经常性事件为重点原理、Amdahl定律、CPU性能公式、程序局部性原理、计算机系统性能评测指标（执行时间、吞吐率）、基准测试程序、冯诺依曼结构、冯诺依曼结构特点及改进、软件可移植性、系列机、软件兼容（向上、向下、向前、向后）、兼容机、模拟、仿真、并行性含义、并行性等级、提高并行性的途径（包括时间重叠、资源重复、资源共享）、单机系统中的并行性发展、多机系统中的并行性发展、耦合度、松散耦合、紧密耦合 简答题 1.简述计算机系统的层次结构。（知识点：计算机系统的层次结构） 答：从下到上分成微程序机器级、机器语言、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机、应用语言虚拟机 2.什么是翻译？什么是解释？（知识点：翻译、解释） 答：翻译是将L+1级程序全部转成L级程序后，再执行产生的L级程序； 解释是每当一条L+1级程序被译码后执行，再解释下一条L+1级指令。 3.计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系，并举例说明。（知识点：计算机系统结构/ 组成/实现） 答：计算机系统结构是指计算机的软硬界面，即机器语言程序员看到的传统机器具有的属性。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。 计算机实现是计算机组成的物理实现。 如，确定指令集中是否有乘法指令属于计算机系统结构内容，乘法指令是否由专门的乘法部件实现是计算机组成，乘法器的物理实现是计算机实现。 4.Flynn分类法将计算机系统结构分成哪四类？请简述。 答：SISD，SIMD，MISD，MIMD 5.请简述程序局部性原理。（知识点：程序局部性原理） 答：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；程序的空间局部性是指，程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息空间上临近。 6.简述Amdahl定律。（知识点：Amdahl定律） 答：加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速比，受限于该部件的执行时间战系统中总执行时间的百分比。
计算机系统结构-课后答案
第1章计算机系统结构的基本概念 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。
计算机原理平时作业讲解学习
平时作业 1．请简要概述冯。诺伊曼计算机的主要设计思想、主要组成部分及各部分的功能。 答：主要设计思想是：数字计算的数制采用二进制，计算机应该按照程序顺序执行，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备 2．请给出下列数的原码，补码，反码和移码。 a.27/64 b.-27/64 答：a. 27/64的原码是0.011011，补码是0.011011，反码是0.011011，小数无移码（正数的原码补码反码都不变） b. -27/64的原码是1.011011，补码是1.100101，反码是1.100100，小数无移码（负数反码=原码除符号位外每位取反；补码=反码+1；反码=补码-1） 3．已知x和y,用变形补码计算x+y,同时指出结果是否溢出。 a.x=11001，y=01011; b.x=11001, y=-01011; c.x=-11001, y=-01011; 答：a. 0011001+0001011=0100100 正溢出 b. 0011001+1101011=0000100 没有溢出 c. 1111001+1101011=1100100 没有溢出 4．请概要描述进行浮点算术运算的几个主要步骤。 答： 1、浮点加减法的运算步骤 ①对阶操作：小阶向大阶看齐 ②进行尾数加减运算 ③规格化处理 ④舍入操作 ⑤判结果的正确性 2、浮点乘除法的运算步骤 ①阶码运算：阶码求和（乘法）或阶码求差（除法） ②浮点数的尾数处理：浮点数中尾数乘除法运算结果要进行舍入处理 5．请概要描述计算机多级存储体系结构的工作原理。在多级存储体系中，如何进行字容量扩充？如何进行位宽扩充？ 答：计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统，主要是由高速缓冲存储器cache，主存储器，和辅助存储器组成。主存储器用来存放需CPU运行的程序和数据。 可由CPU直接编程访问，采取随机存取方式。Cache位于CPU与主存之间(有些Cache 集在CPU芯片之中)，高速缓冲存储器（Cache）设置在CPU和主存之间，可以放在CPU 内部或外部。用来存放当前运行的程序和数据，它的内容是主存某些局部区域(页)的复制品。其作用也是解决主存与CPU的速度匹配问题，辅助存储器用来存放暂不运行但需联机存放的程序和数据。从CPU看来，这个整体的速度接近于Cache和寄存器的操
操作系统简答题试题及答案
1.I/O软件一般分为哪几个层次？ 从硬件层到用户层分为中断处理程序；设备驱 动程序；与设备无关的I/O软件；用户空间的 I/O软件等4层。 2.操作系统有哪些基本类型？ 基本的操作系统类型有三种：多道批处理操作 系统，分时操作系统及实时操作系统。.各举 出一个实例？随着计算机体系结构的发展，先 后出现了个人计算机操作系统、嵌入式操作系 统、多处理机操作系统、网络操作系统和分布 式操作系统。 3.有几种I/O控制方式?各自的含义是什么？ 答：常用的I/O控制技术有4种：程序直接控 制方式、中断控制方式、DMA方式和通道控 制方式。 程序直接控制方式是由用户进程直接控制内 存或CPU和外围设备之间的信息传送。这种 方式控制者都是用户进程。 中断方式被用来控制外围设备和内存与CPU 之间的数据传送。这种方式要求CPU与设备 （或控制器）之间有相应的中断请求线，而且 在设备控制器的控制状态寄存器的相应的中 断允许位。 DMA方式又称直接存取(direct memory access)方式。其基本思想是在外围设备和内存 之间开辟直接的数据交换通道。 通道控制（channel control）方式与DMA方 式相类似，也是一种以内存为中心，实现设备 和内存直接交换数据的控制方式。与之不同的 是，在DMA方式中数据传送方向、存放数据 内存始址以及传送的数据块长度等都是由 CPU控制，而在通道方式中这些都是由专管 输入输出的硬件——通道来进行控制 4.常见的文件物理结构有哪些？各有什么特 点？各自与文件的存取方式的关系如何？ 常见的文件物理结构有顺序结构，链接结构， 索引结构。 顺序结构以编号连续的磁盘块存储文件内容， 适合于顺序存取和直接存取； 链接结构将逻辑上连续的文件块存放到不连 续的物理块中、然后在每一个物理块保存一个 存放下一个逻辑块的物理块的指针，以保持逻 辑块的连续性，此类结构顺序存取；以索引结 构存储的文件，适合于顺序存取、直接存取。 索引结构是在文件目录中设置一张文件物理 块的索引表，表中依文件逻辑块的顺序登记各 个逻辑块所在的物理块地址。该方式适合于顺 序存取、直接存取。以顺序结构存储的文 件，适合于顺序存取和直接存取，以链接结构 存储的文件，适合于顺序存取，以索引结构存 储的文件，适合于顺序存取、直接存取。 5.给出两种I/O调度算法，并说明为什么I/O调 度中不能采用时间片轮转法。 答：I/O调度程序通常采用（1）先来先服 务调度和（2）优先级调度两种调度算法。 由于I/O操作中一般会涉及通道操作，而通道 程序已经启动就不能停止，直至完成。在它完 成之前不会被中断，即通道程序不接受从 CPU来的中断。因此I/O调度程序不能采用时 间片轮转调度算法。 6.何谓缓冲区？为什么要引入缓冲？ 缓冲即是使用专用硬件缓冲器或在内存中划 出一个区域用来暂时存放输入输出数据的器 件。 引入缓冲是为了匹配外设和CPU之间的处理 速度，减少中断次数和CPU的中断处理时间，同时。解决DMA或通道方式时的数据传输瓶 颈问题 7.何谓进程通信？常见的进程通信方法有哪 些？ 进程之间的信息交换共享存储区，信息传 递，共享文件 8.何谓死锁？产生死锁的原因有哪些？ 若系统中存在一组进程（两个或多个），它们 中的每一个进程都占用了某种资源而又都在 等待其中另一进程所占用的资源，这种等待永 远不能结束，这种现象称为死锁。 产生死锁的原因包括竞争资源和进程推进顺 序不当。 9.何谓死锁？为什么将所有资源按类型赋予不 同的序号，并规定所有的进程按资源号递增 的顺序申请资源后，系统便不会产生死锁? 所谓死锁，是指多个进程在运行过程中因争夺 资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些
计算机组成原理
计算机组成原理答案 1.存储程序原理：计算机要自动完成解题任务，必须事先设计好，用以描述解决解题过程中的程序如同数据一样，利用二进制存储，计算机在工作时自动高速的从计算机提取指令执行. 2.中断：CPU暂时中止现行程序，转去执行“处理随机发生的紧急事件或特殊请求”的程序，处理完后自动返回被中止的程序继续运行的功能。 CPU响应中断的条件是什么？ 有中断源提出中断请求；“中断允许”有效；一条指令的执行结束 发生中断的条件： (1)中断源向处理器发出中断请求信号 (2)处理器的中断允许是开放的，而且时机是恰当的 3.计算机的五大部件：运算器，存储器，控制器，输入设备和输出设备，互连结构组成。冯诺依曼机的特点是以运算器为中心。 运算器：用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器中。 存储器：用来存放数据和程序。 控制器：控制，指挥程序和数据的输入，运行和处理运算结果。 4.计算机发展时代划分标准：电子器件。 计算机更新换代（依据是电子器件）主要体现在组成计算机基本电路的元器件。 5.总线：按传输信息不同，分为数据总线，地址总线，控制总线。 总线判优控制：集中式和分布式，前者将控制逻辑集中在一处，后者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件上。 总线是由传输线、三态门、I/O缓冲构成的是组共享信息传输线。 6.集中式仲裁方式：链式查询，计数器定时查询，独立请求方式。 7.总线周期/描述设备使用总线的过程：①申请分配阶段②寻址阶段③传数阶段④结束阶段。 总线仲裁： 一个总线系统中主设备获得总线控制权的过程称之为总线使用权的仲裁 8.通信方式：同步，异步，半同步，分离式 分析同步通信与异步通信各自的特点。 答：同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送。（来叫你吃饭就来吃，否则不离开）。 异步通信：通信双方不要求由统一时标，采用应答的方式——握手handshaking （叫你吃饭，叫完不等待，直接叫下一个） 9.总线宽度：数据总线的根数，用bit表示 总线带宽：总线的数据传输速率，即单位时间内总线上传输数据的位数。 MBps，如频率是33Mhz，总线宽度为32位，则为33*4=132MBps 10.存储器：存储矩阵，读写系统，选址系统，时序控制线路 11.运算器：ACC MQ ALU 控制器：CU PC IR ALU和CU是cpu的核心部件
计算机组成原理作业
1．什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？ 答：程序的局部性原理，即程序的地址访问流有很强的时序相关性，未来的访问模式与最近已发生的访问模式相似。根据这一局部性原理，把主存储器中访问概率最高的。程序运行的局部性原理指在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问。在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区。在访问顺序上指令顺序执行比转移执行的可能性大(大约5:1 )。存储系统中Cache-主存层次和主存-辅存层次均采用了程序访问的局部性原理。 2．简要说明提高访存速度可采取哪些措施？ 答：右键单击我的电脑--属性---高级--性能设置----高级---虚拟内存更改---自定义大小。还有个办法是更换缓存大一点的硬盘 3．简述I/O接口的功能和基本组成。 答：功能： ·进行端口地址译码设备选择 ·向CPU提供I/O设备的状态信息和进行命令译码 ·进行定时和相应时序控制。 ·对传送数据提供缓冲或数据处理速度上的差异。 ·提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。提供有关电气的适配 ·还可以中断方式实现CPU与外设之间信息的交换 基本组成： 包括硬件电路和软件编程两部分。硬件电路包括基本逻辑电路、端口译码电路和供选电路等。软件编程包括初始化程序段、传送方式处理程序段，主控程序段程序终止与退出程序段及辅助程序段等. 4．D MA方式有何特点？什么样的I/O设备与主机交换信息时采用DMA方式，举例说明。答：DMA的英文拼写是“Direct Memory Access”汉语的意思就是直接内存访问,是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。PIO模式下硬盘和内存之间的数据传输是由CPU来控制的。而在DMA模式下CPU只须向DMA控制器下达指令DMA控制器来处理数据的传送CPU，这样就很大程度上减轻了CPU 资源占有率。DMA模式与PIO模式的区别就在于，DMA模式不过分依赖CPU可以大大节省系统资源。硬盘在交换信息时可以用DMA方式。举例：DMA 是所有现代电脑的重要特色，他允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依于CPU 的大量中断负载。否则CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器,然后把他们再次写回到新的地方。在这个时间中CPU 对于其他的工作来说就无法使用。 DMA 传输重要地将一个内存区从一个装置复制到另外一个。当CPU 初始化这个传输动作DMA 控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存去。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。举个例子:PC ISA DMA 控制器拥有8 个DMA 通道,其中的7 个通道是可以让PC的CPU所利用。每一个DMA 通道有一个16位元位址暂存器和一个16 位元计数暂存器。要初始化资料传输时装置驱动程式一起设定DMA 通道的位址和计数暂存器以及资料传输的方向读取或写入。然后指示DMA 硬件开始这个传输动作。
计算机系统结构复习题
1 【简答题】 传统的存储程序计算机的主要特征是什么？存在的主要问题是什么？目前计算机系统是如何 改进的？ 正确答案： 解： 主要特征： (1)机器以运算器为中心； (2)采用存储程序原理； (3)存储器是按地址访问的、线性编址的空间； (4)控制流由指令流产生； (5)指令由操作码和地址码组成； (6)数据以二进制编码表示，采用二进制运算。 主要问题和改进： (1)问题：以运算器为中心，所有部件的操作都由控制器集中控制，导致慢速输入输出操作占 用快速运算器矛盾，影响运算器效率发挥。 改进：各种分布式的I/O处理或输入输出方式如程序控制、DMA(直接存储器访问)方式、 I/O 处理机等。 (2)问题：数据和指令存放在同一存储器中，自我修改程序是难以编制、调试和使用的，不利 于指令执行的重叠和流水。 改进：通过存储管理硬件的支持，由操作系统控制在程序执行过程中不准修改程序。 (3)问题：访问存储器次数较多影响计算机系统性能。 改进：按内容访问的相联存储器CAM，大量使用通用寄存器，在CPU和主存之间设置高速 缓冲存储器cache。 (4)问题：受程序计数器控制，程序执行只能串行、顺序执行。 改进：改进CPU的组成，如采用重叠方式、先行控制、多操作部件甚至流水方式把若干条指令的操作重叠起来；采用向量处理技术、多机并行处理，总之通过并行处理技术进一步提升 计算机系统速度。 (5)问题：需要指令功能更加丰富，但实现困难；计算机存储器容量大增，采用直接寻址方式 指令中地址码位数不够。 改进：出现了CISC和RISC指令系统，CISC用硬件实现大量丰富功能，RISC只包含使用频 率高的少量指令；采用多种灵活的寻址方式，如间接寻址、相对寻址、变址寻址、基址寻址、页式寻址等。 2 【简答题】 通用寄存器型指令系统结构在灵活性和提高性能方面的优势主要体现在哪几个方面？ 正确答案： (1)寄存器的访问速度比存储器快很多； (2)对编译器而言，能更加容易、有效地分配和使用寄存器。在表达式求值方面，通用寄存器 型结构具有更大的灵活性和更高的效率。 3 【简答题】 简述指令系统结构中采用多种寻址方式的优缺点。
计算机系统结构 重点 题解 自考复习资料
计算机系统结构重点题解自考复习资料 1.1 解释下列术语 层次结构：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。 第1章计算机系统结构的基本概念 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。