计算机系统结构二

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1、计算机系统结构模拟试题二一. 问答题（每题6分X5）1. 计算机系统结构主要指的是什么？主要研究的是什么?2. 阿姆达尔（Amdahl）定律主要表明和告诉了什么？3. 软、硬件取舍有哪几个基本原则?4. 什么是高速缓冲（Cache ）存储器?5. 什么是顺序、重叠解释方式?二. 什么是信息在存储器中存储时按整数边界存储的概念？试以主存宽度64位，采用按字节编址的存储 器举例说明。三. 分别说明什么是单体单字存储器、单体多字存储器、多体单字交叉访问存储器、多体多字交叉访问存 储器。四. 评价Cache存储器的性能主要看的是什么？讨论命中率与Cache容量，组或块大小的关系。五. 流水方式可分为哪

2、些类？并对其进行简要说明。参考答案一. 问答题（每题6分X5）1. 计算机系统结构主要指的是什么？主要研究的是什么？计算机系统结构：只是系统结构中的一部分，指的是传统机器级的系统结构。其界面之上包括操作系 统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级中所有软件的功能，该界面之下包括所有硬件和固件的功能。 因此，它是软件和硬件/固件的交界面，是机器语言、汇编语言程序设计者，或编译程序设计者看到的机 器物理系统的抽象。计算机系统结构研究的是：软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言、 汇编语言程序设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到和遵循的 计算

3、机属性。2. 阿姆达尔（Amdahl）定律主要表明和告诉了什么？ p13 （ppt 3讲p24）Amdahl定律表明了性能提高量的递减规律。如果只对系统中的一部分进行性能改进，改进的越多，整 体系统性能提高的增量却越小。Amdahl定律告诉我们，改进好的高性能系统应是一个各部分性能均能平衡地得到提高的系统，不能只 是其中某一个功能部件性能的提高。3. 软、硬件取舍有哪几个基本原则？ p8 （ppt 3讲p1-3）第一个基本原则是应考虑在现有硬、器件（主要是逻辑器件和存储器件）条件下，系统要有高的性能价 格比，主要从实现费用、速度和其他性能要求来综合考虑。第二个基本原则是要考虑到准备采用和可能采

4、用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理地限制各 种组成、实现技术的采用。第三个基本原则是，不能仅从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的 进展，还应从“软”的角度把如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计提供更多更好的硬 件支持放在首位。4. 什么是高速缓冲（Cache）存储器？ p124 （ppt 23讲pl）高速缓冲（Cache）存储器是为弥补主存速度的不足，在处理机和主存之间设置一个高速、小容量的 Cache，构成Cache-主存存储层次，使之从CPU来看，速度接近于Cache，容量却是主存的。5. 什么是顺序、重叠解释方式？ p147 （ppt 26

5、讲p2,4,5）1）顺序解释指的是各条指令之间顺序串行（执行完一条指令后才取下条指令）地进行，每条指令内部 的各个微操作也顺序串行地进行。2）重叠解释：是在解释第k条指令的操作完成之前，就开始解释第k+1条指令。图5-2（b）是可能的一种重叠方式。显然，重叠指令虽然不能加快一条指令的解释，但可加快整段程序 的解释。版指J.取指肯析ML1刘赫土二. 什么是信息在存储器中存储时按整数边界存储的概念？试以主存宽度64位，采用按字节编址的存储 器举例说明。P49 (ppt 9讲p13-15)按整数边界存储：为了让任何时候所需的信息都只用一个存储周期访问到，就要求信息在主存中存放 的首地址必须是该信息宽

6、度(字节数)的整数倍。否则，可能发生信息跨主存边界存放，此时应被认为地址 有错，不予访问。就是说，信息在存储器中存放的地址必须是：字节信息地址为X-XXXX半字信息地址为X-XXX 0单字信息地址为X-XX 0 0双字信息地址为 XX 0 0 0这就是信息在存储器中按整数边界存储的概念。看图2-13给出的例子。如图2-13(a)所示，虽然不会有存储空间的浪费，但访问半字、双字和最后的单字均需花费两个主存 周期。而采用按整数边界存储，如图2-13(b)所示，虽浪费了7个字节空间，但访问其中的每个信息均只 需一个主存周期。显然这是速度和价格的权衡。三. 分别说明什么是单体单字存储器、单体多字存储器

7、、多体单字交叉访问存储器、多体多字交叉访问存储器。P74 (ppt 14 讲 p6-8,12)1.单体单字存储器此存储器字长W与CPU所要访问字的字长W相同(数据字或指令字，简称CPU字)，则CPU从主存获 得信息的速度就为W/TM。我们称这种主存是单体单字存储器。2. 单体多字存储器主存在一个存储周期内就可读出4个CPU字，相当于CPU从主存中获得信息的最大速率提高为原来的4倍，即Bm=WX4/TM。我们称这种主存为单体多字存储器。3. 多体单字交叉访问存储器一个大容量的半导体主存往往是由许多容量较小、字长较短的存储器片子搭组而成，每个存储片子都 有其自己的地址译码、读/写驱动等外围电路。因

8、此，可采用图3-3的多体单字交叉访问存储器。4. 多体多字交叉存储器它是单体多字存储器与多体单字交叉访问存储器的结合。四. 评价Cache存储器的性能主要看的是什么？讨论命中率与Cache容量，组或块大小的关系p137138（ppt 24讲p19-20）评价Cache存储器的性能主要看的是命中率Hc。和虚拟存储器中类似，评价Cache存储器的性能主要是看命中率的高低，而命中率与块的大小、块的 总数（即Cache的总容量）、采用组相联时组的大小（组内块数）、替换算法和地址流的簇聚性等有关。不命中率与Cache的容量、组的大小和块的大小的关系如图4-38所示，从图中可看出，块的大小、 组的大小及C

9、ache容量增大时都能提高命中率。图4-38块的大小、组的大小与Cache容量对Cache命中率的影响五. 流水方式可分为哪些类？并对其进行简要说明。P156159 （ppt 28讲p5,8,9,11,14,15）从不同的角度对流水可进行不同的分类。1）依据向下扩展和向上扩展的思路，可分类出在计算机系统不同等级上使用的流水线。所谓向下扩展指的是把子过程进一步地细分，让每个子过程经过的时间都同等程度地减少，吞吐率就 会进一步提高。2）流水按处理的级别可分为：部件级、处理机级、和系统级。部件级流水：指构成部件内的各个子部件间的流水，如：运算器中浮点加的流水、Cache内和多体并 行主存内的流水。处

10、理机级流水：指构成处理机的各部件之间的流水，如：取指，分析、执行间的流水。系统级流水：指构成计算机系统的多处理机之间的流水。也称为宏流水。3）按流水线具有的功能多少来分：单、多功能流水线。单功能流水：只能实现单一功能流水，如只能实现浮点加减的流水线。要实现多个功能，就需要多条 单功能流水线。多功能流水：是同一流水线的各个段之间可以有多种不同的连接方式以实现多种不同的运算或功能。4）按多功能流水线的各个段能否允许同时用于多种不同功能连接流水，可把流水线分为静态、动态 流水线。5）从机器所具有的数据表示可以把流水线处理机分为标量流水机和向量流水机。6）从流水线中各功能段之间是否有反馈回路，可把流水线分为线性流水和非线性流水。