系统结构简答题答案

计算机系统结构计算机系统结构 简答题复习资料简答题复习资料 1 简述标志符数据表示的主要优点简述标志符数据表示的主要优点 1 简化了指令系统和程序设计 2 简化了编译程序 3 便于实现一致性校验 4 能由硬件自动变换 数据类型 5 支持数据库系统的实现与数据类型无关的要求 6 为软件调试和应用软件开发提供了支 持 2 简述哈夫曼压缩概念的基本思想 简述哈夫曼压缩概念的基本思想 哈夫曼压缩概念的基本思想是 当各种事件发生的概率不均等时 采用优化技术对发生概率最高的事件 用最短的位数 时间 来表示 处理 而对出现概率较低的 允许用较长的位数 时间 来表示 处理 就 会导致表示 处理 的平均位数 时间 的缩短 3 RISC 存在不足表现在哪些方面 存在不足表现在哪些方面 1 由于指令少使原来在 CISC 上由单一指令完成的某些复杂功能现在要用多条 RISC 指令才能完成 加 重了汇编语言程序设计的负担 增加了机器语言程序的长度 占用存储空间多 加大了指令的信息流量 2 对浮点运算执行和虚拟存储器的支持虽有很大加强 但仍显得不足 3 RISC 机器的编译程序比 CISC 的难写 4 简述设计简述设计 RISC 结构用了哪些基本技术结构用了哪些基本技术 1 按 RISC 一般原则设计 2 逻辑实现用硬联和微程序结合 3 用重叠寄存器窗口 4 指令用流水和延 迟转移 5 优化设计编译系统 5 简述计算机系统简述计算机系统 由中间开始由中间开始 设计的基本思想 设计的基本思想 1 软硬件设计分离和脱节是 由上往下 和 由下往上 设计的主要缺点 由此提出 有中间开始 设 计 中间 提的是层次结构中的软硬交界面 目前多数实在传统机器级与操作系统机器级之间 2 进行合理的软 硬件功能分配时 既要考虑能拿到的硬 器件 又要考虑可能的应用所需的算法和数 据结构 先定义好这个交界面 确定哪些功能由硬件实现 哪些功能由软件实现 同时还要考虑好硬件 对操作系统 编译系统的实现提供些什么支持 然后由这个中间点分别往上往下进行软件和硬件的设计 6 简述计算机系统结构 组成和实现三者的相互关系 简述计算机系统结构 组成和实现三者的相互关系 结构 组成 实现三者互不相同 但又互相影响 相同结构 如指令系统相同 的计算机 可以因速度 不同而采用不同的组成 同样 一种组成可有多种不同的实现 反过来 组成也会影响结构 微程序控 制就是一个典型的例子 通过改变控制存储器中的微程序就可改变系统的机器指令 改变结构 如果没 有组成技术的进步 结构的进展是不可能的 正因为如此 系统结构的设计必须结合应用考虑 为软件和算法的实现提供更多更好的支持 同时考虑 可能采用和准备采用的组成技术 组成设计上面决定于结构 下面受限于实现技术 然而它们是可以实现折衷权衡的 结构 组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同的计算机系统有差异 在某些系统中作为结构的 内容 在另一些系统中可能是组成和实现的内容 软件的硬化和硬件的软化都放映了这一事实 7 模拟与仿真的主要区别和适合场合是什么 模拟与仿真的主要区别和适合场合是什么 模拟与仿真的主要区别在于解释用的语言 仿真是用微程序解释 其解释程序存在控制存储器中 而 模拟是用机器语言程序解释 其解释程序存在主存中 模拟灵活 可实现不同系统间的软件移植 但结 构差异太大时 效率 速度会急剧下降 仿真在速度上损失小 但不灵活 只能在差别不大的系统之间 使用 否则效率也会过低且难以仿真 需与模拟结合才行 8 设 设 Pi和和 Pj程序段都是一条语句 且程序段都是一条语句 且 Pi在在 Pj之前执行 试举出之前执行 试举出 Pi和和 Pj间存在间存在 3 种可能的数据相关 种可能的数据相关 1 若 Pi 的左部变量在 Pj 的右部变量集内 且 Pi 必须取出 Pi 运算的结果来作为操作数 则称 Pi 数据相 关 于 Pi 2 若 Pj 的左部变量在 Pi 的右部变量集内 且当 Pi 未取用其变量的值之前 是不允许被 Pj 所改变 则称 Pi 数据反相关 于 Pj 3 若 Pi 的左部变量也是 Pj 的右部变量 且 Pj 存入其算得的值必须在 Pi 存入之后 则称 Pj 数据输出相 关 于 Pi 9 试分析通过何种方法可以解决通用寄存器组数相关的问题 试分析通过何种方法可以解决通用寄存器组数相关的问题 10 在在 一次重叠一次重叠 的机器中 会出现哪些相关的机器中 会出现哪些相关 应如何处理 应如何处理 一次重叠 是指将指令的解释分为 分析 和 执行 两个阶段 任何时刻都只是 执行 K 与 分析 K 1 在时间上重叠 也就是让指令分析部件与指令执行部件同时处理相邻的两条指令 在 一 次重叠 机器中 会出现的相关主要有 指令相关 主存空间数相关 通用寄存器组相关等 转移指令与后续指令相关 减少使用转移指令 需要使用时可采用延迟转移技术 指令相关 不允许程序在执行过程中修改指令 需要修改指令时可用类似于 IBM370 的执行指令 变指令 相关为操作数相关 统一按操作相关去处理 主存空间数相关 在存储控制器中 写数申请优先于读数申请被响应变址值二次相关 设置变址值相关 专用通路 通用寄存器组的变址值一次相关 设置变址值相关专用通路 并推后后续指令的分析 11 试举例说明什么是试举例说明什么是 先读后写先读后写 写一写写一写 先写后读先写后读 相关 相关 设有指令 h i j k l m n 依次流入流水线 若 i 要读数的单元正是 k 写数的单元 正常顺序是 i 先读 k 再写 但由于异步流动下 k 可能先于指令 i 被解释 从而 i 读到的是不正确数据 正常数据应 该是 k 写之前的 这种相关称为 先读后写 相关 若 i k 向一单元写数据 正常情况下最后单元中应 保存 k 写的数据 但由于异步流动 k 可能先于 i 写数据 使该单元最后结果不正确 这种相关称 写 写 相关 类似可知 先写后读 相关 12 简述解决指令相关的方法 13 简述解决全局相关的几种方法 简述解决全局相关的几种方法 全局性相关是转移指令与其后续指令之间的相关 处理方法有 猜测法 猜选其中一个分支继续流入 待条件码形成后再决定是继续执行 还是作废 按另一分支重新流 入 提前形成转移所需的条件 包括指令内或程序段内条件码的提前生成 加快短循环程序的处理 判断如属于短循环 将循环体内各指令一次取入指令缓冲器中 停止预取指令 猜选分支恒选循环分支 14 流水线按级别分成几类 线性 流水线按级别分成几类 线性流水线流水线与非线性流水线有什么区别与非线性流水线有什么区别 动态流水线与静态流水线有什么区动态流水线与静态流水线有什么区 别别 流水线按级别分部件级 处理机级和系统级三级 线性流水线段间无反馈或超过的通路 非线性流 水线则有反馈回路或前越通路 静态和动态流水都是多功能的流水 其中 动态流水线按一种功能流水 未完成之前 可重组开始另一种功能的流水 静态流水线必须等流水线排空之后才可进行功能切换 15 流水机器的中断处理有哪两种方法 各有什么优缺点 流水机器的中断处理有哪两种方法 各有什么优缺点 流水机器的中断处理有不精确断点法和精确断点法两种 不精确断点法的还处是控制简单 缺点是不利于程序的排错 精确断点法好处是中断现场准确对应于发出中断的指令 有利于程序的排错 但不利于之处是需要有大 量的后挼寄存器 硬件花费大 16 CPU 写写 Cache 时 会发生时 会发生 Cache 与主存的对应复本内容不一致的现象 解决这个问题有哪些方法与主存的对应复本内容不一致的现象 解决这个问题有哪些方法 各需要增加什么开各需要增加什么开销 写回法 cpu 只写入 cache 不写入主存 仅 Cache 替换时才写回主存再替换 每个 Cache 块需增加一个 修改位的资源开销 写直达法 cpu 每次写入 cache 同时 也写入主存 需增加主存的时间开销 17 在页式虚拟存储器中 什么叫页面失效在页式虚拟存储器中 什么叫页面失效 什么叫页面争用 什么时候 两者同时发生 什么时候两者什么叫页面争用 什么时候 两者同时发生 什么时候两者 不同时发生不同时发生 要访问的虚页不在实际主存中时 就会发生页面失 其它虚页占用时 就会发生页面争用 当分配给程 序的内存区已被全部占用之后 只要发生页 面失效 并不会发生页面争用 18 简述段式存储管理的地址变换过程和段式存储管理的优缺点 简述段式存储管理的地址变换过程和段式存储管理的优缺点 段式存储管理的地址转换过程 程序号 段号 段内偏移量 1 由程序号找到相应的段表基址寄存器 查到段表始址和段表长度 2 检查是否越界 正常转 3 3 由段表始址和段号找到装入位等相应表项 4 装入位为 1 转 5 否则产生缺页中断 5 主存地址 段内偏移 物理地址 段式存储管理优缺点 优点 并行编程 缩短时间 相对独立 易于维护 实现虚拟存储 便于共享和分段保护 缺点 主存利用率低 降低了访寸速度 空闲区管理复杂 查表速度慢 19 简述页式存储管理的地址变换过程和分页方式的优缺点 简述页式存储管理的地址变换过程和分页方式的优缺点 页式存储管理的地址变换过程 分页方式的优缺点 优点 表项短 减少访表时间 零头少 速度快 缺点 强制分页 不利于存储保护和扩充 有效地址生成慢 20 简述段页式存储管理的地址变换过程简述段页式存储管理的地址变换过程 用户标志 段号 页号 页内偏移 1 用户标志 段基址寄存器 2 检查是否越界 3 找到段表中表项 4 检查装入位 段长 5 找到页表中表项 6 检查装入位 7 实页号 页内偏移 有效地址 21 简述在有简述在有 Cache 情况下 按给出的一个主存地址访存的过程 情况下 按给出的一个主存地址访存的过程 1 将主存与 Cache 分成大小相同的块 2 判断要访问的主存地址块号是否在 Cache 中 3 若在 变换为 Cache 号 访问 Cache 4 若不在 将该信息由主存调入 Cache 和 CPU 5 若 Cache 已满 则替换 Cache 信息 修改相应表格 22 2 简述控制驱动的控制流方式的特点 简述控制驱动的控制流方式的特点 控制驱动的控制流方式的特点是 通过访问共享存储单元让数据在指令之间传递 指令的执行顺序隐含 于控制流中 可以显式地使用专门的控制操作符来实现并行处理 指令执行顺序受程度计数器的控制 即受控制令牌所支配 23 N 16 的 4 级立方体互连网络 级号从输入到输出为 0 到 3 采用级控制 如将其中的第 1 级开关处 于 直接 不能实现哪些结点之间的配对通信 为什么 24 4 什么是全排列网络 什么是全排列网络 实现全排列网络有哪两种方法实现全排列网络有哪两种方法 可实现 N 个入端的所有 N 种排列的网络称全排列网络 即 N 个端所有一到一的传送都不会发生传送路径 使用冲突的互连网络 实现全排列网络的出方法有 在多级互连网络的输出端设置锁存器 使输出端的数据再一次通过多级互连网络 将两个多级互连网络 即一个正网络和一个逆网络串接起来 合并掉中间的一级 组成 2logN 1 级的多 级网络 25 编号为 编号为 0 1 15 的的 16 个处理器用单级互连网络互连 当互连函数分别为个处理器用单级互连网络互连 当互连函数分别为 1 Cube3 2 PM2 3 3 PM2 0 4 Shuffle 5 Shuffle Shuffle 时 第 时 第 13 号处理器各连至哪号处理器各连至哪 个处理器上个处理器上 1 5 号 2 5 号 3 12 号 4 11 号 7 号 26 简述简述 SIMD 系统的互连网络的设计目标系统的互连网络的设计目标 1 结构不要过分复杂 以降低成本 2 互连要灵活 以满足算法和应用的需要 3 处理单元间信息交换所需传送步数要尽可能少 以提高速度性能 4 能用规模单一的基本构件组合而成 或者经多次通过或者经多级连接来实现复杂的互连 使模块性号 以便于用 VLSI 实现并满足系统的可扩充性 27 简述使用多处理机的目的 简述使用多处理机的目的 1 用多台处理器进行多任务处理 提高协同求解一个大而复杂问题的速度 2 依靠冗余的处理机及其重组来提高系统的可靠性 适应性和可用性 28 多处理机系统与并行处理机系统的主要差别是什么多处理机系统与并行处理机系统的主要差别是什么 有差别的原因是并行性等级不同 多处理机系统是任务级并行 并行处理机是操作级并行 具体讲 1 结构灵活性不同 2 程序并行性等级不同 软硬件支持不同 3 并行任务派生的方式不同 并行处理机能否并行工作由指令决定 多处理机必须有专门指令指明程 序段能否并行执行 派生的任务数是动态变化的 4 进程同步 并行处理机工作同步是自然的 而多处理机必须采取同步措施 5 资源分配和任务调度