自考计算机系统结构考前复习资料
02325自考计算机系统结构重点提纲已排版
第一章概论第一节计算机系统的多级层次结构机器：指能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体。
翻译技术：指先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后在低一级机器上实现的技术。
解释技术：指在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条指令或指令的功能，是通过对机器语言指令程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
固件：指一种具有软件功能的硬件。
虚拟机器：指以软件为主实现的机器。
第二节计算机系统结构、计算机组成和计算机实现系统结构：是对计算机系统中的各级界面的定义及其上下的功能分配。
透明：即如果客观存在的事物或属性从某个角度看不到，则称对它是透明的。
计算机系统结构：也称为计算机系统的体系结构（Computer Architecture），是系统结构中的一部分，它指的是层次结构中传统机器级的系统结构，是软件和硬件的交界面。
通用机计算机系统结构的属性包括：（书大纲）确定数据表示、确定寻址方式、设置寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、机器级的管态用户态定义、I/O系统、信息保护机构计算机组成（Computer Organization）：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机组成设计应包括：数据通路宽度、专用部件的设置、各种操作对部件的共享程度功能部件的并行度、控制机构的组成方式、缓冲和排队技术、预估预判技术、可靠性技术计算机实现：指的是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，器件、模块、插件、底板的划分等。
计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响：1.相同系统结构，可以采用不同的组成；2.一种组成可以有多种不同的实现方法；3.采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异；4.组成也会影响结构，例如微程序影响机器指令。
第三节计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理软、硬取舍的基本原则：1.在现有硬、器件的条件下，系统要有高的性能价格比。
自考计算机系统结构复习题参考答案
02325计算机系统结构复习题参考答案1.评价储存系统的指标包括价格、命中率、等效访问时间。
2.计算机硬件和软件在逻辑功能上是等效大，在性能价格实现上是不同滴。
3.cache块大调度算法常有堆栽法和比较发。
4.计算机系统设计方法有由上而下、由下而上、由中间开始。
其中，软硬结合较好是由中间开始。
5.系列机大软件兼容可分为向上、向下、向前、向后兼容；其中之一向上兼容是软件大根本特性。
6.在通到方式i/o传输过程中，用户由管态指令来使用外设，进管后cpu要编制通道程序。
Cpu在执行完通道启动指令后，通道就能并行工作。
7. i/o控制方式分为：程序控制i/o、直接储存器访问dma和i/o处理机。
8.主存有1024页，分为s组，s=1024时成为全相联映像，s=1时则为直接映像。
9.解决cache与主存内容一致的算法是写回法和写直达法。
10.并行性的途径有资源共享、时间重叠和资源重叠。
二、1.冷启动时效率从cache为空开始到cache全满装满这一时期的失效率.2.动态再定位:在程序执行时，通过地址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的程序基点地址形成物理地址后进行访存的方法.3.Huffman压缩概念:将出现概率最大的事件用最少的位来表示，而概率最小的事件用较多位表示达到平均速度缩短.4.Mimd：它使用多个控制器来异步地控制多个处理器，从而实现空间上的并行性.5.Lru替换算法:即最近最少使用页面置换算法，是选择近期最少访问页作为被替换的页.6.仿真:用微程序直接解释另一种指令系统的方法.7.并行算法:并行计算中非常重要的问题。
并法研究应该确立一个“理论－设计－实现－应用”的系统方法，形成一个完善的“架构—算法—编程” 方法论，这样才能保证并行算法不断发展并变得更加实用8.中断：在运行一个程序的过程中，断续地以“插入”方式执行一些完成特定处理功能的程序段三、解答题简述开发并行性的三种途径（1）时间重叠是引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转使用来赢得速度（2）资源重复是引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高性能（3）资源共享是用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源，来提高其利用率，相应也就提高了系统的性能2.改进指令系统的方法有：1进一步增进原指令的功能以及设计更为复杂的新指令取代原先软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化，CISC它可以面向目标程序，面向高级语言，面向操作系统的优化；2减少指令的种数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行数的RISC。
自考计算机系统结构必考试题
一．填空题：12、计算机系统（广义说法）：由人员，数据，设施，程序，规程五部分构成。
1、推进计算机系统构造发展的主要动力是（把计算机系统当作是由多个机器级构成的层次构造）。
2、提升计算机系统并行性的主要的主要技术门路有（时间重叠）、（资源重复）、（资源共享）。
3、数据表示是指能由（机器硬件）直接辨别和引用的（数据种类）。
4、定义数据表示详细又有（带标记符数据表示）和（数据描绘符）两类。
5、I/O设施获得I/O总线后，所传递的数据总量，称为（数据宽度），数据通路宽度是数据总线的（线数）。
6、中断系统软件功能分派本质是中断（办理程序）软件和中断（响应）硬件的功能分派。
7、页面替代是发生于（虚构空间比主存空间大的多），同时又发生于（页面无效）的时候。
8、由四位经ROM查表舍入法下溢办理成三位结果，设计出的ROM表中应该有（16）个单元，此中地点为1101的单元储存内容为1111）。
9、程序接见局部性包含（时间上局部性）和（空间上局部性）两个方面，此中前者是指（在近来的将来要用到的信息很可能是此刻此刻正在使用的信息），后者是指（在近来的将来要用到的信息很可能与此刻正在使用的信息在程序空间上是相邻的或是邻近的）。
10、模拟是采纳（机器语言程序）解说履行方式，其运转速度比仿真方法（慢），仿真是采纳（微程序）解说，所过去常将使用频次较高的指令尽可能用（仿真）方法提升运转速度，而对使用频次低的指令则用（模拟）方法加以实现。
11、并行性主假如指解题中同时进行（运算）或（操作）的特征。
12、计算机系统构造中数据表示是指可由（机器硬件）直接辨识的数据种类，若要直接辨别某一种数据种类，一定有相应的（运算硬件）及相应的（逻辑运算硬件）。
13、地点的编址往常可采纳（按高位地点区分）、（按地位地点区分）和（按混淆区分）三种不一样方式。
14、指令系统依据设计风格可分为CISC）和（RISC），此中（RISC）更优。
15、评论储存器性能的基本要求是（：大容量）、（高速度）和（低价钱）。
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第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看，并行级别有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有：相联处理机STARAN，MPP。
全并行的例子有：阵列处理机ILLIACIV。
从加工信息的角度看，并行级别有存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的，采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统，进而采用按内容访问方式，位片串字并或全并行方式，在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统，以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interl eaving )，资源重复(Resou rceReplication)，资源共享(ResourceSharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率，从而提高系统性能。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件，实现一条指令对一个数据的操作。
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1.6某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS（3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s1.7 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？解 由题可知： 可改进比例 = 40% = 0.4 部件加速比 = 10根据Amdahl 定律可知：()5625.1104.04.011=+-=系统加速比采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。
1.8 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：∑∑+-=iii n S F F S )1(1已知S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，S n ＝10，F 1＝0.3，F 2＝0.3，得：）（）（10/20/0.330/0.30.30.3-111033F F +++++=得F 3＝0.36，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：（0.3+0.3+0.2）T = 0.8T ，不可改进部分的执行时间为0.2T 。
计算机系统结构复习资料1
《计算机系统结构》复习资料一、名词解释1.计算机系统结构2.存储器带宽3.云计算4.缺页5.静态流水线6.多核CPU7.动态互连网络8.动态流水线二、选择题1,对计算机系统结构，下列(D)是透明的。
A.浮点数据表示B.指令系统C.访问方式保护D,阵列运算部件2.假设对A机器指令系统的每条指令的解释执行可直接由B机器的一段微程序解释执行，则A称为(D)。
A,仿真机B.宿主机C,虚拟机D.目标机3.对汇编语言程序员，下列(A)不是透明的。
A,中断字寄存器B,乘法器C,移位器D,指令缓冲器4.在采用基准测试程序来测试评价机器的性能时，下列方法按照评价准确性递增的顺序排列是(D)。
(1)、实际的应用程序方法(2)、核心程序方法(3)、玩具基准测试程序(小测试程序)(4)、综合基准测试程序A.(1)(2)(3)(4)B.(2)(3)(4)(1)C.(3)(4)(1)(2)D.(4)(3)(2)(1)5.设主存和辅存的平均访问时间分别为10-6秒和10-2秒，若要使虚拟存储器的主存-辅存层平均时间达到10-4,问至少应保证主存访问命中率为多少？CA)0,97B)0.98C)0,99D)16.SIMD是指(B)A,单指令流单数据流B,单指令流多数据流C.多指令流单数据流D,多指令流多数据流7,下列那种存储设备不需要编址？DA,通用寄存器B,主存储器C,输入输出设备D,堆栈8.按照计算机系统层次结构，算术运算、逻辑运算和移位等指令应属于(A)级机器语言。
A,传统机器语言机器B,操作系统机器C,汇编语言机器D,高级语言机器9,对输入输出系统的组织产生决定性影响的是哪些基本要求？D1)异步性2)同步性3)分时性4)实时性5）设备相关性6）设备无关性A.2,3,5B.1,4,6C.2,4,6D.1,3,510.下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的？DA.随机页面替换算法B.先进先出替换算法C.最久没有使用算法D.最优替换算法11.为了提高向量处理机的性能，会采用一些特殊的技术，下面那一项不是提高向量处理机性能而采用的技术？DA.链接技术B.向量递归技术C.Cache缓存技术D.稀疏矩阵的处理技术12.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为A t、2担和3At,顺序执行n条指令至少需要花费的时间为：CA.3n：tB.2nAtC.6n.：tD.n寸13.指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？CA.固定长度编码B.扩展编码法C.huffman编码法D.以上编码都不是14.在早期冯〃诺依曼计算机特征中，机器以（C）为中心。
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计算机系统结构复习资料1.6某台主频为400MHz 的计算机执⾏标准测试程序，程序中指令类型、执指令类型指令执⾏数量平均时钟周期数整数 45000 1 数据传送 75000 2 浮点 8000 4 分⽀ 1500 2解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS（3）程序执⾏时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s1.7 将计算机系统中某⼀功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运⾏时间的40%，则采⽤此增强功能⽅法后，能使整个系统的性能提⾼多少？解由题可知：可改进⽐例 = 40% = 0.4 部件加速⽐ = 10根据Amdahl 定律可知：()5625.1104.04.011=+-=系统加速⽐采⽤此增强功能⽅法后，能使整个系统的性能提⾼到原来的1.5625倍。
1.8 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：∑∑+-=iii n S F F S )1(1已知S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，S n ＝10，F 1＝0.3，F 2＝0.3，得：）（）（10/20/0.330/0.30.30.3-111033F F +++++=得F 3＝0.36，即部件3的可改进⽐例为36%。
计算机系统结构复习材料
考试题型一、单项选择题（本题共10小题，每小题2分，共20分）二、名词解释（本题共4小题，每小题3分，共12分）三、判断题（本题共13小题，每小题1分，共13分）四、简答（本题共5小题，每小题5分，共25分）五、应用题（本大题共3小题,每小题10分，共30分）第一章计算机系统结构概论一、系统结构(名词解释)：从计算机系统的层次结构定义，系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。
每级都有其自己的系统结构。
二、透明性(名词解释)：客观存在的事物或属性从某个角度看不到，简称透明。
不同机器级程序员所看到的计算机属性是不同的，它就是计算机系统不同层次的界面。
三、组成(名词解释)1.计算机组成的定义：计算机组成（又称计算机设计）是指计算机系统的逻辑实现。
包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
它着眼于机器内各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能以及各部件间的联系。
2.计算机组成的设计是按所希望达到的性能价格比，最佳、最合理的把各种设备和部件组成计算机，以实现所确定的计算机系统结构。
对传统机器程序员来说，计算机组成的设计内容一般是透明的。
3.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)数据通路宽度：数据总线上一次并行传送的信息位数。
(2)专用部件的设置：是否设置乘除法、浮点运算、字符处理、地址运算等专用部件，设置的数量与机器要达到的速度、价格及专用部件的使用频度等有关。
(3)各种操作对部件的共享程度：分时共享使用程度高，虽限制了速度，但价格便宜。
设置部件多降低共享程度，因操作并行度提高，可提高速度，但价格也会提高。
(4)功能部件的并行度：是用顺序串行，还是用重叠、流水或分布式控制和处理。
(5)控制机构的组成方式：用硬联还是微程序控制，是单机处理还是多机或功能分布处理。
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第一章计算机系统结构的基本概念
从处理数据的角度看，并行级别有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有：相联处理机STARAN，MPP。
全并行的例子有：阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看，并行级别有存储器操作并行，处理器操作步骤并行，处理器操作并行，指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指能够在一个存储周期内并行读出多个CPU字的，采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统，进而采用按内容访问方式，位片串字并或全并行方式，在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统，以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制
多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interleaving)，资源重复(Resource Replication)，资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率，从而提高系统性能。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件，实现一
条指令对一个数据的操作。
例子有传统的单处理机 SIMD:一个指令部件同时控制多个处理单元，实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机，相联处理机。
MIMD:多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业，实现指令、任务、作业并行的多机系统，是多个SISD的集合，也称多倍SISD系统(MSISD)。
例子有多处理机，计算机网络，分布处理系统。
exercises:
1.有一台经解释实现的计算机，能够按功能划分成4级，每一级为了执行一条指令，需要下一级的N 条指令来解释。
如果执行第1级的一条指令要Kns 时间，那么执行第2、第3和第4级的一条指令各需要用多少时间？
解答：执行第2、第3和第4级的一条指令各需要KNns、KN^2ns、KN^3ns的时间。
1.有一个计算机系统可按功能分成4级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段第1级的程序
需要运行Ks，问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间？
答：第2级上等效程序需运行：(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*Ks。
第4级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。
note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
而现在第i级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就能够用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。
因此，当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推
2.硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。
可是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的。