计算机系统结构复习(最新)答疑后的更新

1.弗林分类P30

计算机系统可以分为4类：SISD、SIMD、MISD、MIMD

2.位串字串等名词解释(四个其中一个)。P26

①位串字串：同时只对一个字的一位进行处理，这通常是指传统的串行单处理机，没有并行性。

②位并字串：同时对一个字的全部位进行处理，这通常是指传统的并行单处理机，开始出现并行性。

③位片串字并：同时对许多字的同一位（称位片）进行处理，开始进入并行处理领域。

④全并行：同时对许多字的全部或部分位组进行处理。

3.在尾数下溢处理方法P48

平均误差最大：截断法误差最大：恒置1法误差最小：查表舍入法

4.规格化浮点数P45

例题：求p=2，m=6，r=8的规格化浮点数。

5.页式虚拟存储器主要作用。P120

扩充容量。

6.计算机系统的设计3种不同思路P15

①由上往下②由下往上③由中间开始

7.在选择通道时，如何选择数据宽度。P103

①光电机等字符型低速设备：数据宽度为单字节。

②磁盘等高速设备：数据宽度为定长块。

③优先级高的磁盘等高速设备：数据宽度为可变长块。

8.自定义数据表示包括哪些？P36

包括标志符数据表示和数据描述符两类

9.评价存储器性能的基本要求？P112

大容量、高速度和低价格

10.解释cache写回法、写直达法。P145

1）写直达法：也称为存直达法，它是指在执行“写”操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储中相应的块。

2）写回法：又称抵触修改法，它只把信息写入Cache中相应的块。该块只有在被替换时，才被写回主存。

11.直接映像、全相联映像、组相联映像定义。P137-140

①全相联映像：主存中任意一块都可映象装入到cache中任意一块位置。

②直接映像：内存的某个区的块只能保存在与其块号相同的Cache块中。

③组相联映像：指各组之间是直接映像，而组内各块直接是全相联映像。

12.重叠机中寄存器组数相关的解决方法。P167

推后”分析k+1”、设置“相关专用通路”

13.给出指令执行数量和时钟周期数求CPI。P11

CPI:每条指令执行的平均时钟周期数IC：所执行的指令条数

CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC

14.替换算法哪些是堆栈型，哪些不是。P126

FIFO、OPT、LRU算法中，

堆栈型替换算法：OPT、LRU 非堆栈型替换算法FIFO

15.阵列处理机按存储器的组成方式分成的两种构形。P206

分布式存储器、集中共享式

16.通道中通道极限流量计算公式。（记住P104 的三个公式）

通道极限流量: f=1/(Ts+Td) ，Ts：一次设备时间, Td：传送一个字节时间

17.STARAN交换网络中出入端配对。P220

例如：给出一对的出入端配对2 ：3；求输入端为6的输入

2 3 6

所以 入端 6 配对 出端 7

18.流水线消除瓶颈的方法。 P174

通常采用 瓶颈段进一步细分 和 重复设置瓶颈流水段 消除流水瓶颈

19.PM2I +i 互连函数 P216 求i= x 的 互联函数

PM2I 互联网络共有2n 个互连函数，只有2n-1种不同的互联函数，因为PM2+(n-1)=PM2-(n-1) 。 对N 个结点的网络为

N n n i N j N j j PM N j j PM i i i

i 2log 1010mod 2)(2mod 2)(2=-≤≤-≤≤???+=-=+-，，其中，

例1： N = 8（8个结点），则n = log 28 = 3，所以：i = 0，1，2；j = 0，1， (7)

共5种PM2I 函数如下：

20.情况2 P227

例：若n = 4 ，求A22 (即a=2, b=2)错放后的i = , j =

简答：

1.简述计算机组成、计算机系统结构、计算机实现的区别。

①计算机组成指计算机系统结构的逻辑实现，计算机实现指的是计算机组成的物理实现。

②计算机系统结构指程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。

③系统结构、组成和实现所包含的具体内容是随不同机器而变化的

2.什么是CISC，什么是RISC？它们的优、缺点为何？

①CISC:复杂指令系统

优点：

能够有效缩短新指令的微代码设计时间，允许设计师实现CISC体系机器的向上相容。新的系统可以使用一个包含早期系统的指令超集合，也就可以使用较早电脑上使用的相同软体。另外微程式指令的格式与高阶语言相匹配，因而编译器并不一定要重新编写。

缺点：

指令集以及晶片的设计比上一代产品更复杂，不同的指令，需要不同的时钟周期来完成，执行较慢的指令，将影响整台机器的执行效率。

②RISC:精简指令系统

优点：

1.简化指令系统设计,适合VLSL实现

2.提高机器执行速度效率

3.降低设计成本,提高系统可靠性

4.可直接支持高级语言实现,简化编译程序设计

缺点：1.指令少,加重汇编程序员的负担 2.浮点运算和虚拟存储器支持不足3.编译程序难写3.画出8个处理器（编号0~7）的omega互连网络。并画出?处理器播送到0~4号处理器的开关状态。

类似题目：

画出0~7号共8个处理器的三级混洗交换网络，在该图上实现将6号处理器数据播送给0~4号，同时将3号处理器数据播送给其余3个处理器时的各有关交换开关的控制状态。

解答：8个处理器的三级混洗交换网络及其交换开关控制状态设置如下图所示：

4.某非线性流水机中，给出冲突向量，要求画出状态转移图。看P184例题

5.简述页式虚拟存储器虚、实地址变换过程。P118

第6题不考

计算题

1、哈夫曼编码、扩展码，写出编码，求平均码长。

例题：某模型机7条指令使用频度分别为23%，15%，35%，9%，7%，5%，6%。求其哈弗曼编码（画出哈弗曼树，并根据左小右大，左0右1的方式编码），并求其平均码长。并设计某种可行的拓展码。写出编码，求平均码长。

2、LRU，FIFO，OPT算法、LRU的堆栈处理变化过程

例题：有一虚拟存储器，采用全相怜映象，某道程序也地址流为

2，3，1，4，3，5，2, 2，4，1，3，5

主存分配给其3页，分别画出FIFO，LRU，OPT算法的页替换过程并指出命中率，并画出LRU 的堆栈处理过程以及n=3, 4, 5时的命中率。

3、给出中断处理次序，画中断屏蔽表；给出中断来到次序，画出运行示意图。

例题：“1”表示关中断，“0”表示开中断，中断处理次序为：1—>3—>2—>4，画出中断屏蔽表，设有的中断处理需3个单位时间，中断响应与中断返回时间忽略不计，现有1,4级中断请求，经过4个单位时间，又发生1,3级中断请求，画出运行示意图。

4、CRAY-1机上链接执行，并分析执行拍数。

例题：在CRAY-1机上，设向量的长度均为64；所用浮点功能部件的执行时间分别为：相加需6拍，相乘需7拍，从存储器读需6拍，存入寄存器及启动功能各需1拍。有指令：

①V2 <——V0 * V1; ②V3 <——存储器③V4 <——V3+V5

可以链接执行的有哪些？且分析其所需最少执行拍数。

解：

指令只要较第二条指令和第三条指令有前后顺序相关，可以链接，第一条指令与第二、三条指令并行。

所以最少执行拍数T= （1+6+1）+（1+6+1）+63 = 79拍

类似题目：

设向量长度为64，以CRAY-1机上所用浮点功能部件的执行时间分别为：相加6拍，相乘7拍，求倒数近似值14拍;从存储器读数6拍，打入寄存器及启动功能部件各1拍。问下列各指令组内的哪些指令可以链接？哪些指令不能链接？不能链接的原因是什么？分别计算出各指令组全部完成所需的拍数。

(1)(2)(3)(4)

V0←存储器V1←V2+V3 V4←V5*V6V2←V0*V1

V3←存储器

V4←V2+V3

V0←存储器

V2←V0*V1

V3←V2+V0

V5←V3+V4

V0←存储器

V1←1/V0

V3←V1*V2

V5←V3+V4

解：(1)3条向量指令之间既没有发生源Vi冲突，也没有Vi的先写后读相关，又不存在功能部件的使用冲突，所以这3条向量指令可以同时并行流水。max{(1+6(访存)+1+64-1),(1+6(浮加)+1+64-1),(1+(7浮乘)+1+64-1)}=72拍。所以向量指令组全部完成需要72(拍)。

(2)3条向量指令之间没有功能部件的使用冲突，但是在第1、2两条向量指令与第3条向量指令之间有V2及V3的先写后读相关。只要让第1条向量指令较第2条向量指令提前1拍启动，则第1,2两条向量指令的第1个结果元素就可以被同时链接到第3条向量指令中。max{(1+(7浮乘)+1),(1+6(访存)+1}+(1+6(浮加)+1+64-1)=80(拍)。

(3)第1条向量指令与第2条向量指令之间有V0的先写后读相关，两者可以链接。第3条向量指令与第2条向量指令之间有源向量寄存器V0的冲突，它们之间只能串行。第3条向量指令与第4条向量指令之间有加法功能部件的使用冲突，它们之间也只能串行。(1+6(访存)+1+1+(7浮乘)+1+64-1)+(1+6(浮加)+1+64-1)(1+6(浮加)+1+64-1)=222(拍)。

(4)4条向量指令均依次有Vi的先写后读相关，但无源Vi冲突，也无功能部件的使用冲突，所以，这4条向量指令可以全部链接在一直，进行流水。(1+6(访存)+1)+(1+14(求倒数)+1)+(1+(7浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1)+64-1=104拍。

5、P111

通道型I/O 系统由一个字节多路通道A（其中包括两个子通道A1 和A2）、两个数组多路通道B1 和B2 及一个选择C 构成，各通道所接设备和设备的数据传送速率如下表所示。

（1）分别求出各通道应具有多大设计流量才不丢失信息；

（2）设I/O 系统流量占主存流量的1/2 时才算流量平衡，则主存流量应达到多少？

解：

剖析:

(1)设备要求字节多路通道或其子通道的实际最大流量，是该通道所接各设备的字节传送速率之和;

设备要求数组多路通道或选择通道的实际最大流量，是该通道所接各设备的字节传送速率中的最大者。

(2)I/O系统中，各种通道和子通道可以并行工作，因此，I/O系统的最大流量应等于各通道最大流量之和。