计算机系统结构复习资料1
计算机系统结构复习
计算机系统结构复习计算机系统结构是计算机科学中的重要概念，它涉及到计算机的硬件和软件组成部分以及它们之间的相互关系。
本文将回顾计算机系统结构的主要概念和原理，以便读者能够全面理解计算机系统的运行和设计。
一、计算机系统简介计算机系统由硬件和软件两个主要组成部分构成。
硬件包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，软件则包括操作系统、应用程序等。
计算机系统通过硬件和软件的协同工作来完成各种计算任务。
二、计算机系统的层次结构计算机系统可以被划分为多个层次，这种层次结构可以帮助我们理解计算机系统的各个组成部分以及它们之间的联系。
常见的计算机系统层次结构包括：硬件层、指令集架构层、操作系统层、应用层。
1. 硬件层硬件层是计算机系统中最底层的层次，它包括中央处理器、内存、输入输出设备等硬件组件。
这些硬件组件通过电子信号的传递来完成计算和数据存储等任务。
2. 指令集架构层指令集架构层是一个抽象的层次，它定义了计算机系统的指令格式和操作方式。
指令集架构是硬件和软件之间的接口，它规定了软件如何与硬件进行交互。
3. 操作系统层操作系统层负责管理计算机系统的资源，包括处理器的分配、内存的管理、文件的管理等。
操作系统为应用程序提供了一个运行的环境。
4. 应用层应用层是计算机系统中最高层的层次，它包括各种应用程序，如文字处理、网页浏览器、数据库管理等。
应用程序通过操作系统层与硬件进行交互，完成特定的计算任务。
三、计算机系统的设计原则计算机系统的设计需要遵循一些基本原则，以保证系统的高性能、可靠性和可扩展性。
1. 完整性原则计算机系统应当包括所有必要的硬件和软件组件，以满足用户的需求。
2. 一致性原则计算机系统的各个组成部分应当保持一致性，以便用户能够更加容易地理解和使用系统。
3. 性能原则计算机系统应当具有良好的性能，包括处理速度、响应时间等方面。
4. 可靠性原则计算机系统应当具有高度的可靠性，能够在故障发生时进行恢复并保证数据的安全性。
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n
2
pi (pi 表示第 i 种操作码在程序中出现的概率)
4
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© 计 081
固定长编码相对于 Huffman 编码的信息冗余量： R 1 必须知道每种操作码在程序中出现的概率
pi log i
1
n
2
pi
log n
2
扩展编码法
Huffman 操作码的主要缺点： 操作码长度很不规整，硬件译码困难 与地址码共同组成固定长的指令比较困难 扩展编码法：由固定长操作码与 Huffman 编码法相结合形成
存在的问题
以硬件为主固件为辅 固件的主要缺点是： 执行速度低。目前，ROM 的速度低于 SRAM 一条机器指令通常要多条微指令解释执行 固件的主要优点是： 便于实现复杂指令，便于修改指令系统 以硬联逻辑为主来实现指令系统 对于少数复杂的指令，目前的许多处理机也用微程序技术实现。 RISC 对编译器造成的困难主要有： (1)必须精心安排每一个寄存器的用法，以便充分发挥每一个通用寄存器的效率，尽量减少访问主存储器的次数。 (2)做数据和控制相关性分析，要调整指令的执行序列，并与硬件相配合实现指令延迟技术和指令取消技术等。 (3)要设计复杂的子程序库，RISC 的子程序库通常要比 CISC 的子程序库大得多。
2. 数据表示的含义及与数据结构的关系
数据表示的定义： 数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。 例如：定点、逻辑、浮点、十进制、字符、字符串、堆栈和向量等 数据类型：文件、图、表、树、阵列、队列、链表、栈、向量、串、实数、整数、布尔数、字符等 确定哪些数据类型用数据表示实现，是软件与硬件的取舍问题
02325计算机系统结构复习资料
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 。
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《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计算机系统结构：计算机系统结构是指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。
扩容性：扩容性就是可以升级的程度，扩容性越高能升级的空间就越大。
Amdahl定律：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。
软件兼容是指一台计算机上的程序不加修改就可以搬到另一台计算机上正常运行。
内存又叫主存、基本单位是字节存储系统的理论依据是：局部性原理，局部性包括时间局部性和空间局部性什么是流水线技术：把多个处理在时间上错开，依次通过各功能段，这样，每个子过程就可以与其他的子过程并行进行。
P268互连网络：是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方法式构成的网络，用来实现计算机系统中节点之间的相互连接。
顺序流水线：在顺序流水线中，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流入的顺序可以不同，允许后进入的流水线的任务先完成。
强制性不命中：当第一次访问一个块时，该块不在cache中，需从下一级存储器中调入cache。
容量不命中：如果程序执行时所需的块不能全部调入cache中，则当某些块被替换后，若又重新被访问，就会发生不命中。
冲突不命中：在组相联或直接映像cache中，若太多的块映像到同一组中，则会出现改组中某个块被别的块替换，然后又被重新访问的情况。
实现可移植性的三种方法：统一高级语言、系用系列机、模拟和仿真并行性有哪两个方面：（填空）同时性和并发性提高并行性的技术途径：（填空）时间重叠、资源重复、资源共享P74流水线冲突（相关）有哪三种：结构冲突、数据冲突、控制冲突P55流水线的分类：根据功能分（填空+选择）。
按照线性和非线性（填空+选择）。
以及乱序和顺序（名词解释）常用的调度方法有三种：从前调度、从目标处调度、从失败处调度P114指令的动态调度：依靠硬件的叫动态调度，依靠编译器的叫静态调度P142多流出处理机有两种基本风格：超标量（superscalar）、超长指令字（Very Long Instruction Word，VLIW）P191三级存储系统由什么构成：Cache（告诉缓冲存储器）、主存储器、磁盘存储器（辅存）P207三种类型的不命中：（填空+名词解释）强制性不命中、容量不命中、冲突不命中P259通道有三种类型：（填空）字节多路通道、选择通道、数组多路通道P269交换函数和均匀洗牌P275了解静态互连网络P225Cache优化技术总结P18冯诺依曼结构的主要特点：（简答）1)计算机以运算器为中心2)在储存器中，指令和数据同等对待3)储存器是按地址访问、按顺序线程编程的一堆结构，每个单元的位数是固定的4)指令的执行是顺序的5)指令由操作码和地址码组成6)指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算P45设计RISC机器一般应当遵循哪些原则：（简答）1)指令条数少，指令功能简单2)采用简单而统一的指令格式，并减少寻址方式，指令字长都为32位或64位3)指令的执行在单周期内完成4)采用load-store结构5)大多数指令都采用硬连逻辑来实现6)强调优化编译器的使用，为高级语言程序生成优化的代码7)充分利用流水技术来提高性能P54流水线技术有哪些特点：(简答)1)流水线可以把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。
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。
计算机系统结构 复习要点
计算机系统结构：第一章基本概念填空题、选择题复习：1、从使用语言角度，系统按功能划分层次结构由低到高分别为：微程序机器M0、传统机器M1、操作系统机器M2、汇编语言机器M3、高级语言机器M4、应用语言机器M5.2、计算机系统的设计思路：“从中间开始”设计的“中间”是指层次结构中的软硬件交界面，目前多数在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
3、翻译与解释的区别与联系：区别：翻译是整个程序转换，解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句；联系：都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。
4、模拟与仿真的区别：模拟：用机器语言解释实现软件移植的方法，解释的语言存在主存中；仿真用微程序解释，存储在控制存储器中。
5、解决好软件的可移植性方法有统一高级语言、采用系列机、模拟与仿真。
6、系列机必须保证向后兼容，力争向上兼容。
7、非用户片也称通用片，其功能是由器件厂生产时定死的，器件的用户只能用，不能改；现场片，用户根据需要改变器件内部功能；用户片是专门按用户的要求生产高集成度VLSI器件，完全按用户的要求设计的用户片称为全用户片。
一般同一系列内各档机器可分别用通用片、现场片或用户片实现。
8、计算机应用可归纳为向上升级的4类：数据处理、信息处理、知识处理、智能处理。
9、并行性开发的途径有：时间重叠、资源重复和资源共享。
10、并行性是指：同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，并行性包含同时性和并发性二重含义。
11、科学计算中的重大挑战性课题往往要求计算机系统能有1TFLOPS的计算能力、1TBYTE 的主存容量、1TBYTE/S的I/O带宽。
12、并行处理计算机的结构：流水线计算机——时间重叠，阵列处理机——资源重复，多处理机——资源共享。
13、多机系统分多处理机系统和多计算机系统，多处理机系统：多台处理机组成的单一系统，多计算机系统：多台独立的计算机组成的系统。
14、多机系统的耦合度可以分为最低耦合、松散耦合和紧密耦合。
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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 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。
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第二章
一概念与简答 Huffman编码与扩展操作码 RISC和CISC的原则，特点，比较。
第二章
1. 从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？ （1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性， 这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）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。 （4）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。 （5）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系统结构技术来提高系统的性能。
第一章
1. 什么是软件兼容？软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本 特征？ 同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器上，而且 它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。 软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后 兼容是软件兼容的根本特征。 2. 什么是系列机？它的出现较好地解决了什么矛盾？ 系列机是指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组 成和实现的一系列不同型号的机器。它的出现较好地解决了软件要求 环境稳定和硬件、器件技术迅速发展之间的矛盾。
第二章
经统计，某机13条指令的使用频度分别为：0.11, 0.02, 0.15, 0.12, 0.03, 0.02, 0.04, 0.02, 0.04, 0.13, 0.15, 0.14, 0.03。分别求出用等长码和Huffmam码的平均码长（要求 作图，并写出操作码）。
第三章
一、概念与简答 总线控制方式3种 中断分类、优先级、响应和屏蔽 通道处理机工作原理（画图） 通道类型及流量计算 通道流量分析原则
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《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）0.97 B）0.98C）0.99 D）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？D A.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？D A.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t ∆、t ∆2和t ∆3，顺序执行n 条指令至少需要花费的时间为：C A.t n ∆3 B.t n ∆2 C.t n ∆6D.t n ∆13. 指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？C A. 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。
A.存储器 B.输入输出设备 C.运算器D.控制器15. 按照Amdahl 定律，假设将某系统的某一部件的处理速度加快到原来的5倍，但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的20%，则采用加快措施后能使整个系统的性能提高到原来的（D ）倍。
A.1/0.36 B.1/0.24C.1/0.45D.1/0.8416.SISD 是指（A ） 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17.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18.下列（B ）兼容方式对系列机来说是必须做到的。
A.向前兼容 B.向后兼容 C.向上兼容 D.向下兼容19.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t ∆、t ∆2和t ∆3，顺序执行n 条指令至少需要花费的时间为：C A.t n ∆3 B.t n ∆2 C.t n ∆6D.t n ∆20. 一个二级虚拟存储器,CPU 访问主存和辅存的平均时间分别为1μs 和1ms.经实测,此虚存平均访问时间为100μs.下面那种方法不能够使得该平均值减小？A A.增加辅存的容量B.采用较好的页面替换算法C.增加主存的容量D.选择合适的页面大小21. 下述几个需要解决的问题中，那个是向量处理机所最需关心的？B A.计算机指令的优化技术B.设计满足运算器带宽要求的存储器C.如何提高存储器的利用率，增加存储器系统的容量D.纵横处理方式的划分问题22. RISC 思想主要是基于什么样的目的？A A.减少指令的平均执行周期数 B.减少指令的复杂程度 C.减少硬件的复杂程度 D.便于编译器编写23．一个二级虚拟存储器,CPU 访问主存和辅存的平均时间分别为1μs 和1ms.经实测,此虚存平均访问时间为100μs.下面那种方法不能够使得该平均值减小？DA ） 选择合适的页面大小B ） 采用较好的页面替换算法C ） 增加主存的容量D ） 增加辅存的容量24. 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25. x=-0.875×21，y=0.625×22,设尾数3位，符号位1位，阶码2位，阶符1位，通过补码运算求出z=x-y 的二进制浮点规格化结果是A A.1011011 B.0111011 C.1001011 D.以上都不是26．选择以下四个过程在通道工作过程中的正确顺序：D 1）组织I/O 操作 2）向CPU 发中断请求3）编制通道程序4）启动I/O 通道A.1234B.3412C.4321D.231427.早期的计算机系统只有定点数据表示，因此硬件结构可以很简单。
但是这样的系统有明显的缺点，下面哪一个不是它的缺点：D A ．数据表示范围小 B ．单个需要的计算时钟周期多 C ．编程困难 D ．存储单元的利用率很低 28. 下图所示的时空图对应的处理机为：DA. 标量处理机B. 超标量处理机C. 超流水处理机D. 超标量超流水处理机 29. 软件和硬件在（ B ）意义上市等效的。
A. 系统结构 B. 功能 C. 性能 D. 价格时钟周期指 令 1 2 3 430. 为使虚存系统有效地发挥其预期的作用，所运行的程序应具有的特性是（C ）。
A.该程序不应含有过多的I/O 操作B.该程序的大小不应该超过实际的内存容量C.该程序应具有较好的局部性D.该程序的指令相关不应过多31.在计算机系统层次结构图中，下列四个级别机器由下到上应按（A ）排列：（1）、汇编语言机器 （2）、微程序控制机器 （3）、传统机器语言机器（4）、操作系统机器 A.（2）（3）（4）（1） B.（2）（4）（3）（1） C.（3）（2）（1）（4）D.（1）（2）（3）（4）32. 下列那种存储设备不需要编址？D A. 通用寄存器 B. 主存储器 C. 输入输出设备 D. 堆栈 33. MIMD 是指（D ） 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.多指令流多数据流三. 计算题1. 一条流水线连接图如下所示，画出100条指令连续通过该流水线的时空图，并计算该流水线的加速比。
（其中ns 1t =∆）2. 主频为400MHz 的微处理机，平均每条指令的执行时间为两个机器周期，每个机器周期由两个时钟脉冲组成，则当存储器为“零等待”时，机器运行速度为多少MIPS 。
3. 在下列不同类型的处理机上做向量运算：D=(A+B)*C ，向量长度均为8，每个周期的时间为10ns 。
分别计算所需的最短时间，写出简要计算过程。
1).SISD 单处理机，有一个通用运算部件，每3个周期做完一次加法，输出t=Δt t=Δ3t t=Δt t=Δt或每4个周期做完一次乘法。
2).流水线处理机，有一条两功能静态流水线，加法经过其中的3段，乘法经过其中的4段，每段的延迟时间均为一个周期。
3).向量处理机，有独立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水线，乘法器采用4段流水线，每段的延迟时间均为一个周期，采用向量链接方式工作。
4. 某计算机的Cache-主存层次采用组相联映象方式，块大小为128字节，Cache 容量为64块，按4块分组,主存容量为4096块。
那么主存地址共需几位？.5. 假设一条指令的执行过程分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的时间分别为∆t 、∆t 和3∆t 。
在下各种情况下，分别写出连续执行n 条指令所需要的时间表达式。
1) 顺序执行方式。
2) “取指令”、“分析”和“执行”重叠。
6.试确定在下列3种计算机系统中，计算下列表达式所用时间()∏=+=81i i i B A S其中，加法需用30ns ，乘法需用50ns 。
在SIMD 和MIMD 计算机中，数据由一个PE （计算单元）传送到另一个PE 需要10ns ，而在SISD 计算机中数据传送时间可以忽略不计。
在SIMD 计算机中PE 间以线性环方式互连（以单向方式传送数据）1).具有一个通用PE 的SISD 计算机系统2).具有一个加法器和一个乘法器的多功能部件的SISD 计算机系统 3).具有8个PE 的SIMD 计算机系统7．在某个程序中，简单指令占80%,复杂指令占20%,在CISC机中简单指令执行需4个机器周期，复杂指令需要8个机器周期。
在RISC机中简单指令执行需要1个周期，而复杂指令需要通过一串指令来实现,假定每条复杂指令平均需要14条简单指令。
若该程序中需要执行的总的指令数为1,000,000, 一个机器周期时间是100ns,那么：1).RISC机需执行的指令数多少？2),CISC和RISC机的CPU时间分别是多少？3),RISC机对CISC机的加速比为多少？《计算机系统结构》复习资料答案一、名词解释1．计算机系统结构【答案】系统结构定义为由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性，这里的程序设计者所看到的计算机属性是指为机器语言或编译程序设计者所看到的计算机属性，是硬件子系统的概念性结构及其功能特性，它是计算机系统的软、硬件的界面。
2. 存储器带宽【答案】存储器带宽为存储器在连续访问时的数据吞吐速率。
带宽的单位通常是每秒钟传送的位数或字节数。
3．云计算【答案】云计算是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。
“云”同时也是对底层基础设施的一种抽象概念。
4．缺页【答案】缺页是指如果所需要的页面在PT（页表）中找不到，则报告缺页。
缺页表示所访问的页面还没有装入主存储器中。
5．静态流水线【答案】在同一时间内，多功能流水线中的各个功能段只能按照一种固定的方式连接，实现一种固定的功能。
只有当按照这种连接方式工作的所有任务都流出流水线之后，多功能流水线才能重新连接，以实现其他功能。