自考计算机科学与技术之系统结构简答题

1、简答题(本大题共5小题，每小题6分，共30分) 1. 什么是虚拟存储器？它有什么特点和作用？答：虚拟存储器是以主存与辅存为根据建 立起来的一种存储体系，它使得程序能够像访问主存储器一样访问外部存储器。虚拟存储 器的地址空间可以大到CPU勺 最大寻址范围。为了提高平均访存速度，将虚拟地址空间中访问最频繁的一小部 分寻址 范围映像到主存储器，其余的地址空间映像到外存储器，这样使得存储系统既具有外存 的容量，又有接近于主存的访问速度。 2. 并行处理计算机除分布处理、MPP 口机群系统外，还有哪4种基本结构？及他 们各自 解决的基本问题？答：流水线计算机，阵列处理机，多处理机，数据流计算机。流水线计

2、 算机解决拥塞控制，冲突防止，分支处理，指令和数据的相关处理，流水线重组，中断处 理，流水线调度以及作业顺序的控制等。阵列处理机解决处理单元灵活、规律的互连模 式和互联网络设计，存储器组织，数据在存储器中的分布算法，针对具 体应用题目的高 效并行算法等问题，尽可能将标量循环运算转成向量运算以消除循环，避免相关。多处 理机解决处理机间互连和存储器组织等硬件结构，存储管 理，资源分配，任务分解，系统 死锁的防止，进程间的通讯和同步，多处理机的调度，系统保护等操作系统，高效并行算 法和并行语言的设计等问题。数据流计 算机主要研究合适的硬件组织和结构，数据流程 序图，能高效并行执行数据流语言以及解决目

3、前数据流机存在的某些问题。 3. 简述超长指令机系统设计的基本原则。答：超长指令机系统设计的原则： (1) 设立单一的控制流，只有一个控制器，每个时钟周期启动一条长指令； (2) 超长指令字被分成多个控制字段，每个字段直接独立地控制每个功能部件； (3) 含有大量的数据流通路和功能部件，由于编译器在编译时间已考虑可能出现 的数据相 关，故控制硬件简单； (4) 在编译阶段完成超长指令中多个可并行操作的调度。 4. 以IBM37(为例说明为什么把中断分类以及分成几类。答：为处理一个中断请求，要调 出相应的中断处理程序，如果中断源数少，则可用中断系统硬件直接形成相应中断服务程 序入口，但对中大型多

4、用途机器，中断 源数目很多，若为每个中断源单独形成入口，不 仅硬件实现难，代价大，而且在中断处理上没有必要，因不少中断源性质比较接近，可归 成几类，这样可以对 每类给定一个中断服务程序入口，再由软件分支转入相应中断处理 部分，这样可以大大简化形成中断处理程序入口地址形成硬件。IBM370各中断分成6 类，它们 是机器校验、管理程序调用、程序性、外部、输入/输出、重新启动。 5. 采用重叠方式解决访主存冲突问题。具体的解决办法是什么？ 答：采用重叠方式要解决好“取指k+1 ”和“分析k ”在时间上重叠时的访主存冲突问 题。 具体的解决办法有三种： (1) 将操作数与指令分开放在两个各自独立编址，

5、又可同时访问的存储器中。缺点是主存 总线控制及软件设计都比较麻烦。 (2) 让主存采用多个分体交叉地并行的组成方式。存在的问题有时会发生分体冲突而无法 并行。 (3) 在采用多分体交叉的并行主存基础上，再增设采用先进先出方式工作的指令 缓冲器，让主存能插空将后续的指令预取进指令缓冲器。 简答题(本大题共5小题，每小题6分，共30分) 1. 简述实现软件移植的统一高级语言途径存在的问题。答案：问题是至今虽然有上百种 吾 言，但 不同的用途要求语言的语法、语义结构不同；第二，人们对语言的基本结构看法 没有一不一；即使同一高级语言在不同厂家的机器上也不能完全通用；)人们不愿抛 种是对弃惯用的语言，不

6、愿抛弃长期积累的、用原有语言编写且己被 各种应 用通用 的。第一，第二，第三，第四，实践证明是正确的软件。 2. 简述设计RISC结构米用的基本技术。答案：设计RISC吉构用的基本技术有： (1) 按RISC-般原则设计； (2) 逻辑实现用硬联和微程序吉合； (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。 3. 设某系统的中断源的中断请求优先级分为4级，从高到低为1、2、3、4。设中断级 屏蔽位为“1”，对应屏蔽；中断级屏蔽位为“ 0” ,对应开放。要求中断 处理次序与中 断响应次序相同，请给出各级中断处理程序中断级屏蔽位的设置。 (要求：先进行文字说

7、明，再画出中断级屏蔽 位表) 答案：要求中断处理次序为1、2、3、4,即要求：中断处理程序1应屏蔽其他所有中断 请求，包括同级的其他请求，以保证中断处 理程序1能优先执行完； 中断处理程序2屏蔽中断请求2、3和4,并对中断请求1开放；中断处理程序3屏蔽 中断请求3和4,并对中断请求1和2开放；中断处理程序4屏蔽中断请求4,并对中 断请求1、2和3开放。)由此可得出各级中断处理程序的中断级屏蔽位，如下表中断 请求中断处理程序级别中断级屏蔽位1234111111220111330011440001 简答题(本大题共5小题，每小题6分，共30分) 1. 设计指令系统时，以乘法运算为例，简述系统吉构设

8、计、计算机组成设计、计算机实 现各应考虑的问题 答案：系统吉构设计考虑是否要设置乘法指令；计算机组成设计考虑是否要配置高速的乘 法器；计算机实现考虑的是组成高速乘法器或加法一移位器的器件集成 度、类型、数量以 及微组装技术。 2. 简述设计RISC的一般原则。 答案：设计RISC的一般原则： (1) 确定指令系统时，只选择使用频度很高的那些指令，再增加少量能有效支持操作系 统、高级语言实现及其它功能的指令，大大减少指令条数，使之一般不 超过 100 减少指令系统所用寻址方式种类，一般不超过两种；让所有的指令都在一个机器 条； 周期内完成；扩大通用寄存器数，一般不少于32个，尽量减少访存，只有存

9、取 (2) 指令访存；为提高指令执行速度，大多数指令都用硬联控制实现，少数指令才用 微程 (4) (4) 序实现； (5) 通过精简指令和优化设计编译程序，简单有效地支持高级语言的实现。(以上每点1 分) 3. CPU!Cache时，会发生Cache与主存的对应内容不一致的现象，简述解决这 个问题的 两种方法及各需要增加什么开销。 答案：回写法:CPU只写入Cache,不写入主存，仅当Cache块替换时，才先写回主存后再 替换。这种方法要求对每个Cache块增加一个修改位的资源开销； (2) 写直达法：CP每次写Cache的同时，也通过直接通路写入主存。这种方法 要增加写 主存的时间开销。 4

10、. 简述在流水机器中全局性相关的概念及处理全局性相关的方法。答案：全局性相关是指 转移指令与其后续指令之间的相关。(2分)处理方法有： (1 )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，按另一条重新流入； (2) 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； (3) 加快短循环程序的处理，判断如属于短循环，将循环体各指令一次取入指 令缓冲器 中，停止预取指令；猜选分支恒选循环分支。 (4) 采取延迟转移，不必增加硬件，在编译生成目标指令程序时，将转移指令与其前面不 相关的一条或多条指令交换位置，让成功转移总是延迟到在这一条或多条指令执行之后

11、再 进行。 1. 简述多处理机要解决的主要技术问题(至少写出6个)。 答案：(1)硬件结构，解决好处理机、存储器模块及I/O子系统间的互连； (2) 最大限度开发系统的并行性，以实现多处理机各级的全面并行； (3) 任务的粒度选择，使并行度高，辅助开销小； (4) 解决好处理机中各并行任务和进程间的同步问题； (5) 解决好处理机调度、任务调度和资源分配，防止死锁； (6) 一旦某处理机发生故障，如何对系统进行重新组织而不使其瘫痪； (7) 多处理机机数增多后，如何能给编程者提供良好的编程环境，减轻程序的复杂性。 3. 实现软件移植的途径有哪些？各受什么限制？ 答案：(1)软件移植的途径主要有

12、：统一高级语言，设计系列机，模拟与仿真。 (2) 统一高级语言，可以解决结构相同或完全不同的机器间的软件移植，从长远 看是方 向，但目前难以解决，只能作相对统一。 (3) 系列机，只能实现同一系列内的软件兼容，虽然允许发展变化，但兼容的约束反过来 会阻碍系统结构取得突破性的进展。 (4) 模拟与仿真，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。 4. 什么是全排列网络？实现全排列网络有哪两种方法？ 答案：（1）在多级互连网络中，能实现两对或多对入、出端

13、之间勺连接时，都不 会发生 数据传送 路径勺冲突，具有这类性质勺互连网络称为全排列网络； （2）实现全排列网络勺两种方法为： 在多级互连网络的输出端设置锁存器，使数据在时间上顺序通行两次。 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，合并掉中间完全 重复勺 一级，级成21og2N-l级勺多级网络。 5. 解决计算机主存与CPU勺速度差对机器性能的影响，可采用哪三种解决方法？答案: （1）在CP中设置通用寄存器，让运算直接在CPU勺通用寄存器中进行，减 少与主存的 效。 （2）采用存储器勺多体交叉并行存取来提高主存勺等效速度。 采用Cache存储器。 1. 简要解释提高计算机系统并行性

14、的三个技术途径。 答案：（1）时间重叠：引入时间因素，是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. 简述使用多处理机勺目勺和多处理机具备勺特点。 答案：使用多处理机勺目勺：一是用多台处理机进行多任务处理协同求解一个大 而复杂勺 问题来提高速度，二是依靠多余勺处理机及其重组来提高系统勺可靠 性、适应性和可用 性。处理机具备勺特点： （1）结构灵活性；（2）

15、程序并行性；（3）并行任务派生；（4）进程同步；（5）资源分 配和任务调度。 3. 简述流水处理机处理全局性相关的各种办法。 答案：（1）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。 （2）加快和提前形成条件码。加快单条指令内部条件的形成，不等指令执行完提前形成反 映运算结果的条件码；在一段程序内提前形成条件码。 （3）釆用延迟转移。用软件方法进行静态指令调度的技术。 （4）加快短循环程序的处理，判断如属于短循环，将循环体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。 5. 简述程序的动态再定位的思想。答案：在硬件上 设

16、置基址寄存器和地址加法器。同时，装入主存的在程序不作变换直接装入主存的 起始地址存入对应该道程序使用的基址寄存器中。程序执行 只要通过地址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的程时，（有 序基址形成物理 址后去访存即可。 简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分） 1. 器件的发展对逻辑设计方法有哪些影响？答案：器件的发展对逻辑设计方法的影响： （1）由逻辑化简改成着眼于釆用什么组成技术能够规整、批量生产， 宜于超大 规模集成，缩短设计周期，提高系统效能，尽量采用存贮逻辑和通用器 件； （2）由全硬设计改成采用微汇编、微高级语言、计算机辅助设计等手段软硬结合和自动 化设计。 2. 按CISC方向

17、，面向操作系统的优化实现来改进指令系统有哪些思路？答案：按CISC 方向，面向操作系统的优化实现来改进指令系统的思路有： （1）通过对操作系统中常用指令和指令串的使用频度进行统计分析来改进； （2）如何增设专用操作系统的新指令 （3）把操作系统中频繁使用的，对速度影响大的某些软件子程序硬化或固化，改为直接 用硬件或微程序解释实现； （4）发展让操作系统由专门的处理机来执行的功能分布处理系统结构。 3. 主存实际频宽与模数m的关系是什么？出现这种现象的原因是什么？答案：并行主存 系统的实际频宽随模数m勺增加会提高，但不是线性增加，随模数ni增大，其实际频宽的 增量越来越小。这是因为程序中的指令和

18、数据并不是完全顺序放置和被访问的。程序会有 转移，数据分布有一定的随机性。 4. 在“一次重叠”的机器中，“一次重叠”的含义是什么？并指出在这种机器中会出 现哪些相关？答案：“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。 5. 简述哈夫曼压缩概念的基本思想。答案：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

19、）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。 1. 简述哈夫曼压缩概念的基本思想。 答案：（1）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）。 （2）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。 2. RISC存在不足表现在哪些方面？ 答案：（1）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）。 （2）而对出现概率较低的，允许用较长的位数（

20、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. 简述SIMD系统的互连网络的设计目标。 答案：（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，使模块性好，以便于用VLSI实现并满足系统的可扩充性。 4. CPU!Cache寸，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？各需要增加什么开销？ 答案：写回法：CP只写入Cache,不写入主存，仅当Ca

21、che块替换时，才先写回主存后再 替换。这种方法要求对每个Cache块增加一个修改位的资源开销。写直 达法：CP每次写入 Cache的同时，也经写直达通路写入主存。这种方法要增加写 主存的时间开销。 5. 简述计算机系统“由中间开始”设计的基本思想。 答案：（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“由中间开始”设计。“中间”提的是层次结构中的软硬交界面，目前多数是在传 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

22、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 简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分） 1. 流水线的特点是什么？ 答：（1）流水线处理的任务必须是连续的； （2）流水线中子任务应有一个专门的部件来实现； （3）在流水线的功能部件之后，需要有一个用于保存本功能段执行结果的缓冲寄 存器; (4) 流水线中各功能段执行时间应尽量相等; (5) 流水线需要有装入时间和排空时间。 2简述如果要设计一套超长指令机系统，必须遵循的主要准则。答：如果要设计一套超 长指令机系统，则必须遵循的主要准则 是： (1) 单一

23、的控制液，只有一个控制器， (2) 超长指令字被分成多个控制字段， (3) 含有大量的数据通路和功能部件， 据相关，故控制硬件较简单； 每个时钟周期启动一条长指令；每个字段 直接独立地控制每个功能部件；由于编译 在编译时间己考察可能出现的数 (4) 在编译阶段完成超长指令中多个可并行操作的调度。 3. 当浮点数尾数基值减小时，对机器数的表示会产生哪些影响？答：数的可表示范围变 小；可表示数的总个数减少；数在数轴上的分布变密；机器数的精度提高；运算过程中的 精度损失增大；运算速度有所降低。 4. 简述段页式存储管理的地址变换过程。答：用户逻辑地址被分成：用户标志、段号、 页号、页内偏移四部分。过

24、程如下: (1) 由用户标志找到段表基址寄存器； (2) 由段表长与段号作是否越界检查； (3) 段表地址+段号找到段表中相应表项； (4) 做装入位，段长的检查； (5) 由页表始址+页号找到页表中相应表项； (6) 作装入位等检查； (7) 实页号+页内偏移形成有效地址。 5. 简述三种面向的寻址方式的关系。答：三种寻址方式各有特点但又不相互排斥。面向 寄存器的寻址速度最快，但需增大寄存器的硬件开销。面向主存的寻址速度比面向寄存 器的寻址速度慢，但可使用少量的寄存器。面向堆栈的寻址可减轻编 译的负担，不用考 虑寄存器的优化分配，很好地支持子程序的调用，可省去命令中的地址字段，但速度 慢，甚

25、至比面向主存的寻址慢。三种面向的寻址不互相排斥。在同一系统结构中，应选 一种面向的寻址为主，辅以其他面向的寻址，互相 取长补短。例如，在堆栈型机器中，可 增设面向寄存器的寻址方式；除直接访问栈顶外，还能访问栈中任意单元；可增设硬堆栈 或增设栈顶寄存器组来提高运算 速度。 1. 机群系统比起传统的并行处理系统的优点是什么? 答： 1)系统有高的性能价格比。系 (2) 统的开发周期短。系统的可扩展 (3) 性好。系统的资源利用率高。用 (4) 户投资风险小。用户编程方便。 (5) (6) 2. 在有Cache的存储系统中，访存操作是如何进 行的？ 答：有了 Cache之后，访存操作的过程是：当CP

26、要进行存储器访问时，首先察看 Cache存储器，如果访问的字在Cache中找到，就从Cache中读取，如果访问的字在 Cache中没有找到，就从主存中访问，并且为了使得以后访问同一个字或者相邻的字时能 够在Cache中找到，需要把存储器中包含这个字的数据块从主存储器中读岀，放入Cache 中。 3. 简述RISC技术方法。 答：RISC技术方法主要有： (1) 在CP中设置了较大量的寄存器，并采用窗口重叠寄存器技术； (2) 采用优化延迟转移技术； (3) 采用比较转移指令技术； (4) 采用优化编译技术。 4. 流水机器的中断处理有哪些方法？各有什么优缺点？答：流水机器的中断处理有不精 确断

27、点法和精确断点法两种。不精确断点法一一出现中断后，已流入流水线的指令继续向 前流动，后续指令不再进入流水线。这样的优点是处理简单，但不利于编程和程序排错。 精确断点法一一某条指令发生中断，其后已进入流水线的指令要恢复原状，中断现场准确 对应于发生中断的指令。优点是有利于程序设计，但需配置大量的后援寄存器。 5. 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？ 什么时候两者不同时发生？ 答：要访问的虚页不在实主存中时，就发生页面失效。当页面调入主存，主存中的页面位置 已全部被其他虚页占用了，称发生页面争用。当分配给程序的内存区 已被全部占用后，只要发生页面失效，就一定

28、会发生页面争用。反之，发生页面争用，并不 会发生页面失效。 1. 如何评价一个替换算法的好坏？ 答：要想评价一个替换算法的好坏，一般可使用典型程序运行时所产生的页地址流来对该 算法进行模拟其页面的替换过程，通过统计出的页面命中率的高低来分析。页面命中率的 高低与所用的页面替换算法、页地址流、所分配到的实页数、页面的大小等多种因素有 关。 2. 什么是RISC计算机？ RISC结构采用的基本技术有哪些？ 答：RISC计算机是精简指令系统计算机，即减少指令种数，简化指令功能，使指令系统规 整，指令执行时间尽可能短。采用的技术：按RISC设计的一般原则设计 计算；用硬联逻辑 为主，辅以微程序固件实现

29、；在CP中设大量寄存器，并采用重叠寄存器窗口技术；指令 执行用流水和延迟转移技术；精心设计、优化编译系统的技术。 3. 简述采用RISC技术的超级标量机的主要特点。答：采用RISC技术的超级标量机的主 要特点是： (1) 配置多个性能不同的处理部件，采用多条流水线并行处理； (2) 能同时对若干条指令进行译码，将可并行执行的指令送往不同的执行部件； (3) 从而达到在每个时钟周期启动多条指令的目的； (4) 在程序运行期间由硬件完成指令调度。 4. 计算机中的存储器件可分为哪些类型？ 答：按存储介质分，存储器件有半导体介质、磁表面介质和光记录介质等类型。按访问方 式分，存储器件有随机访问、顺序

30、访问和半顺序访问三种类型。半导体 随机访问存储器 可分为SRA和DRH种。按访问方式分，还可以将存储器分为读 写存储器和只读存储器两 种。半导体只读存储器有掩膜式ROM、PROM、EPRO、M EEPROMo 5. 简述带标志符数据表示方法，其优点是什么？答：带标志符数据表示是让数据字本身 带有数据或信息的类型标志。标志符由编译程序建立，对高级语言源程序应设计成是透明 的。其优点是： (1) 可以简化指令系统和程序设计的难度； (2) 简化编译程序，提高编译效率； (3) 便于实现数据类型的一致性校验； (4) 能由硬件自动完成对数据的类型转换，缩短解题的时间； (5) 支持数据库系统要求其实

31、现与数据类型无关的要求； (6) 为软件调试和应用软件的开发提供了一定的支持。 1. 什么是Cache?它是如何组织的？ 答：如果把程序在一段时间内集中访问的部分数据存放在高速的存储器中，访问存储器的 平均时间就可以大大减少，从而减少程序的执行时间，这种高速、小容 量的存储器就是 Cacha Cache放在CP与主存的中间，访问时间通常是主存的1/4到1/10。在层次化的存 储器系统中，它是速度最快的存储器。Cache的基本思想 是把程序执行时最频繁访问的指令和数据存放在速度较高的Cache存储中，使得 访存的平均时间接近于Cache的访问时间，而存储的容量则是主存的容量。Cache存储器 的

32、容量尽管很小，但是由于访存的局部性规律，绝大部分对存储器的访问数据都可以在 Cache中发现，实际上不需要到主存中寻找，所以访存的平均时间可以接近于Cache的访 问时间。 2. 多处理机操作系统有哪3种类型？各适合于哪类机器？答：多处理机操作系统有主从 型、各自独立型和浮动型3种。主从型适合于工作负荷固定，且从处理机能力明显低于 主处理机，或由功能差别 很大的处理机组成的异构型多处理机。独立型适合于松耦合多 处理机。浮动型适 合于紧耦合多处理机，特别是由公用主存和I/O子系统的多个相同处 理机组成的同构型多处理机。 3.多 处理机与单指令流多数据流系统的并行处理机有哪些主要差 别？ 1)结构

33、灵活性。程序 答： (2) 并行性。并行任务派 (3) 生。进程同步。资源 (4) 分配和任务调度。 (5) 4.简述INTEL公司采用的RISC技术主要特殊方法。答：INTEL 公司采用的RISC技术特殊方法主要有： (1) 在CP中设置了较大量的寄存器，并采用窗口重叠寄存器技术； (2) 采用优化延迟转移技术； (3) 采用比较转移指令技术； (4) 采用优化编译技术。 5.什么是存储系统？什么是存储系统的层次结构？答：存储系统是指各存储器硬件以及 管理这些存储器的软硬件。存储系统的层次结构是指把各种不同存储容量、不同访问速 度、不同成本的存储器件按层次结构构成多层的存储器，并通过软硬件的

34、管理将其组成 统一的整体，使所存储的程序和数据按层次分布在各种存储器件中。典型的存储系统层次 结构是Cache-主存- 辅存构成的系统。 1. 简单分析归约机和数据流机的异同？答：归约机和数据流机一样都是基于数据流的计 算机模型，只是其采用的驱动方 式不同。数据流机是采用数据驱动，执行的操作序列取决 于输入数据的可用性；归约机则是需求驱动，执行的操作序列取决于对数据的需求，对 数据的需求又来 源于函数式程序设计语言对表达式的归约 2. 简述开放系统标准概念。答：开放系统标准是指： (1) 一种独立于厂商； 且遵循有关UNIX国际标准而建立的； (3) 具有系统可移植性、交互操作性； (4) 从

35、而允许用户自主选择具体实现技术和多厂商产品的系统集成技术系统。 3. 简要说明翻译和解释的区别和联系。答：区别：翻译是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，然后再在低一级机器级上实现的技 术。解释是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令 的功能，通过高级机器语言程序中语句或指令的逐条解释来实现的技术。联系：翻译或 解释是高级机器级的程序在低级机器上实现的必须步骤，各机器级的实现主要靠翻译或解 释，或是两者的结合。 4. 器件的发展对逻辑设计方法的影响有哪些？答：一是由逻辑化简化成着眼于采用什么 组成技术能够规整、批量生产，宜于超

36、 大规模集成，缩短设计周期，提高系统效能，尽 量采用存储逻辑和通用器件。二 是由全硬设计改成采用微汇编、微高级语言、计算机辅 助设计等手段软硬结合和自动化设计。 5. 试比较互连网动态拓扑结构的两种形式。答：两种形式为：动态单级网络和动态多级 网络。动态单级网络指网络只有有限几个连接，必须经循环多次通过，才能实现任意两 个处理单元之间的信息传送。优点是：节省设备，缺点是：通过时间较长，对网络控制要 求较高。动态多级网络指由多个动态单级网络串联组成的网络。优点是：通过时间短。 灵活性好，可利用不同单级互连网络组合成有不同特性和连接模式 的多级互连网络。缺点 是：增加设备和成本。 1. 输入输出系

37、统有几种基本方式？答：输入输出系统有3种基本方式。它们分别是: (1) 由CP直接执行I/O程序的程序控制输入输出方式(其中又有全软件方式的、程序查询 方式的和中断驱动方式的3种)； 全部由“ DM控制器”硬件执行的直接存储器访问(DMA)方式； (3) 由专门设计的I/O处理机来执行I/O程序，软硬结合实现的I/O处理机方式。 2. 什么是存储系统？什么是存储系统的层次结构？ 答：存储系统是指各存储器硬件以及管理这些存储器的软硬件。存储系统的层次结构是指 把各种不同存储容量、不同访问速度、不同成本的存储器件按层次结构构成多层的存储 器，并通过软硬件的管理将其组成统一的整体，使所存储的程序和数

38、据按层次分布在各 种存储器件中。典型的存储系统层次结构是Cache-主存- 辅存构成的系统。 3. 简述IBM PC机构的页式存储管理的特点。 答：IBM PC机的页式存储管理特点是： (1) 把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定大小的页； (2) 各虚拟页可装入主存中不同的实际页面位置； (3) 在任一时刻，每个虚拟地址都对应一个实际地址； (4) 这个实际地址可能在主存中，也可能在外存中。 4. 比较模拟和仿真。 答：模拟是指：用机器语言解释实用软件移植。适用场合：移植运行时间短，使用次数 少，在时间关系上没有约束和限制的软件。好处：灵活，可实现不同系统间软件移植。存 在问题：结构差异很

39、大时，模拟的运行速度会急剧下降，实时性差。采取的策略：模拟与 仿真相结合。仿真方法是指：用微程序直接解释另一种机器指令系统。适用场合：在结构 差别不大的系统间使用。好处：可提高被移植软件的运行速度。存在问题：不灵活，当两 种机器结构差别很大时，很难仿真。采取的策略：模拟与仿真相结合，发展异步机连网。 5. 简述流水机器处理全局性相关时，加快短循环程序的处理办法。 答：遇到分支时，判断是否是短循环。如果是短循环，将整个循环体内各指令一次性全部 取入指令缓冲器，并暂停预取指令。同时，猜选分支恒选循环分支。 1. 分析和归纳集中式串行链接、定时查询和独立请求这三种总线控制方式的优 缺点。 答：集中式

40、串行链接的优点：选择算法简单，只需3根；部件增加容易，可扩充性好；逻 辑简单，容易通过重复设置提高可靠性。缺点：对“总线可用”线及其有关电路的失效敏 感，且对后续部件有影响。定时查询的优点：因计数器初值、部件号均可由程序置定，优 先次序可用程序控制，灵活性强；某部件失效不会影响其他部件对总线的使用，可靠性 高。缺点：线数较多；扩展性稍差；控制较为复杂；总线分配的速度不能很高。独立请求 的优点：总线分配速度快，不用查询；控制器程序可控，能灵活确定下一个使用总线的 部件；能方便的隔离失效部件的请求。缺点：控制线数量过大；控制器复杂。 2. 向量运算为什么最适合流水处理？向量的处理有哪三种方式？ C

41、RAY-采用的是什么方 式？ 答：向量内部各元素很少相关，又是执行同一种操作，最能发挥岀流水的效能。向量的处 理有横向内部各元素(水平)、纵向(垂直)、分组纵横(水平垂直)三种处 理方式。 CRAY-釆用分组纵横处理方式。 3. 简要叙述面向操作系统优化实现来改进机器指令系统要达到的目标和要的改4个主 进思路。 答：目标是缩短操作系统与计算机系统结构之间的语义差距，进一步减少运行操作系统的 时间和节省操作系统软件所占用的存储空间。4个主要的改进思路是： （1）通过分析统计操作系统中的常用指令和指令串的使用频度来改进。 （2）增设专用于操作系统的新指令。 （3）把操作系统中频繁使用且对速度影响大

42、的软件子程序硬化或固化，改为直接用硬件或 微程序来解释实现。 （4）用专门处理机来执行的功能分布处理系统结构。 4简述计算机系统“从中间开始”设计的基本做法。 答：（1）既考虑到可拿到的硬、器件，又考虑应用要用到的算法和数据结构，合理进行 软硬件功能分配，设计好这个交界面。 （2）确定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件实现，同时应为操作系统、编 译系统的实 现提供足够的硬件支持。之后，再由这个中间界面往上、往下同时进 行软件和硬件的设计。 （3）软件人员依次设计操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级。微 （4）硬件人员依次设计传统机器级、程序机器级、数字逻辑级。设计过程中， 软、硬件设

43、计可交互，适当调整软硬分 配的界面。 5.为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构答：将计算机系统看成是多级机 器构成的层次结构推动了计算机系统结构的发 展。例如，可以重新调整软、硬件比例，为 应用语言级、操作系统级、高级语言级提供更多更好的硬件支持，改变硬、器件迅速发 展而软件日益复杂、开销过大的状况；或直接用硬件或固件实现，发展高级语言机器或操 作系统计算机结构。既然层次中每一级都有其自己的用户、实现方法和指令系统，因此 可让各虚拟机 器级用真正的实处理机代替，摆脱以往各级功能都在同一台实机器上实现的 状况，发展多处理机、分布处理、计算机网等系统结构。可在一台宿主机上模拟或仿真另 一

44、台机器，推动自虚拟机、多种操作系统共行等技术的采用，从而促进软件移植、计算 机系统性能评价、计算机设计自动化等的发展。 1. 并行性有那些不同的等级？答：并行性有不同的等级： （1）从计算机系统中执行程序的角度看，并行等级由低到高，分别是指令内各微操作之 间的并行，多条指令之间的并行，多个任务或进程之间的并行以及多个作业或程序之间 的并行等。 （2）从计算机系统处理数据的角度看，并行性等级由低到高，分别是位串字串（串 行堆处理机，无并行性），位并字串（传统并行单处理机），位串字并和全并行等。 （3）从计算机信息加工步骤和阶段的角度看，并行性等级又有存储器操作并行（并 行存储器、相联处理机），处

45、理器操作步骤并行（流水线处理机），处理器操作并 行（阵列处理机），指令、任务、作业间的全面并行（多处理机、分布处理系统、计 算机网络）等。 2. 自定义数据表示可分为哪两类？有何特点？ 答：自定义数据表示是为缩短高级语言和机器语言的语义差距引出来的。它又分为标志符 数据表示和数据描述符两类。带标志符数据表示是让数据字本身带有数据或信息的类型标 志。标志符由编译程序建立，对高级语言程序透明。其优点是：（1）可以简化指令系统 和程序设计的难度； (2) 简化编译程序，提高编译效率； (3) 便于实现数据类型的一致性校验； (4) 能由硬件自动完成对数据的类型转换，缩短解题的时间； (5) 支持数据

46、库系统要求其实现与数据类型无关的要求； (6) 为软件调试和应用软件的开发提供了一定的支持。数据描述符主要用于描述向量、数 组、记录等成块的数据。它与标志符数据表示的差别是：标志符与数据合存于一个存储单 元中，用于描述单个数据的类型和属性的；描述符则是与数据分开存放，主要用于描述 成块数据的特征的。 3. 简述阵列处理机两种基本的结构形式？答：阵列处理机根据存储器组成方式的不同有 两种基本的结构形式。第一种，分布式存储器的阵列处理机。各处理单元有局部存储器 PEh存放被分布的数据，只 能被本处理单元直接访问。在控制部件CI内还有一个存放程序 和数据的主存储器，整个系统是在CI控制下运行用户程序

47、和部分系统程序的。在执行主存 储器中的用户程序时，所有指令都在控制部件中进行译码，把只适合串行处理的标量或 控制类指令留给控制部件cm己执行，而把适合于并行处理的向量类指令“播送”给各个 PE,控制处于活跃的那些PE并行执行。分布式存储器构形是SIMD车列机的主流。第二 种，集中式共享存储器的阵列处理机。与前一种构形的主要差别是系统存储器由K个存储 体集中组成，经互连网络ICN为全部N个处理单元所共享，要求KNo与分布式存储器的 构形的两个不同之处是互连网络所起的作用不同，信息在存储器中分布的要求不同。CU和 SC勺功能则与分布式存储器构形的没有什么差别。 4. 在“一次重叠”的机器中，会出现

48、哪些相关？如何处理？答：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勺“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，在存储器控制器中，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。 5. 总线控制方式有哪3种？各需要增加几根用于总线控制的控制线？总线控制优先级可 否程序改变？ 答：总线控制方式有串行链接、定时查询和独立请求3种。串行链接需增加3根控制线

49、， 优先级线连固定，不能由程序改变。 定时查询需增加2+| log2N|根控制线，优先级可用程序改变。 独立请求需增加2N+根控制线，优先级可用程序改变。 1. 简述个人电脑计算机系统的数据总裁决算法的类型。 答：个人电脑计算机系统的数据总线裁决算法主要有： (1) 静态优先级算法； (2) 固定时间片算法； (3) 动态优先级算法； (4) 先来先服务算法。 2. 简述RISC机采用的延迟转移技术的特点。 答：RIS0采用的延迟转移技术的特点是：通过软件实现，设法使后继指令变得有用。一 般采用三种调度策略： （1）将转移不发生时应该执行的那条指令调度到延迟槽中； （2）将转移不发生的那条指令

50、调度到延迟槽中； （3）将转移指令前的那条指令调度到延迟槽中。最后一种方法的效果最好，总能使性能 获得改善。 3. 试简述数据流机的特点。 答：优点：对提高并发处理效能非常有利。 缺点：（1）对强相关性的程序，数据流机的效率反而比传统控制流机效率还低；（2）在 数据流机中为建立、识别、处理数据令牌标记，需花费较多的时间和空间开销；（3）数 据流机不保存数组，对数组、递归等高级操作较难管理；（4） 数据流语言的变量代表数值不代表存储单元，所以程序员无法控制存储分配；（5）数据 流机互连网络设计困难，I/O系统仍不完善；（6）数据流机没有程序计数器，使诊断和维 护较难。 4. 在页式虚拟存储器中，

51、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，两者不同时发生？ 答：要访问的虚页不在实际主存中时，就会发生页面失效。当页面调入主存时，主存中的 页面位置全部己被其他虚页占用时，就会发生页面争用。当分配给程序 的内存已被全部 占用之后，只要发生页面失效，就一定会发生页面争用。反之，发生页面失效，并不会 发生页面争用。 5. 计算机系统“由中间开始”设计的方法和优点。答：从多级层次结构上考虑，计算 机系统的设计应采用从中间开始向两边进行设 计。这样，可避免软件、硬件设计的脱节。 既考虑能实现的硬件、器件，又考虑 应用中可能要用到的算法和数据结构，同时，还要 考虑如何为操作系统

52、、编译系统的实现提供更好的硬件支持。先确定好软件和硬件功能 分配的界面，再分头设计硬件和软件。这不仅有利于缩短系统的研制时间，也有利于硬 件和软件设计人员之间的交流协调，使软、硬件之间的功能分配趋于合理。 1. 并行性有那些不同的等级？答：并行性有不同的等级： （1）从计算机系统中执行程序的角度看，并行等级由低到高，分别是指令内各微操作之 间的并行，多条指令之间的并行，多个任务或进程之间的并行以及多个作业或程序之间 的并行等。 （2）从计算机系统处理数据的角度看，并行性等级由低到高，分别是位串字串（串 行堆处理机，无并行性），位并字串（传统并行单处理机），位串字并和全并行等。 （3）从计算机信

53、息加工步骤和阶段的角度看，并行性等级又有存储器操作并行（并 行存储器、相联处理机），处理器操作步骤并行（流水线处理机），处理器操作并 行（阵列处理机），指令、任务、作业间的全面并行（多处理机、分布处理系统、计 算机网络）等。 2. 自定义数据表示可分为哪两类？有何特点？ 答：自定义数据表示是为缩短高级语言和机器语言的语义差距引出来的。它又分为标志符 数据表示和数据描述符两类。带标志符数据表示是让数据字本身带有数据或信息的类型标 志。标志符由编译程序建立，对高级语言程序透明。其优点是：（1）可以简化指令系统 和程序设计的难度； （2）简化编译程序，提高编译效率； （3）便于实现数据类型的一致性校

54、验； 能由硬件自动完成对数据的类型转换，缩短解题的时间； （5）支持数据库系统要求其实现与数据类型无关的要求； （6）为软件调试和应用软件的开发提供了一定的支持。数据描述符主要用于描述向量、数 组、记录等成块的数据。它与标志符数据表示的差别是：标志符与数据合存于一个存储 单元中，用于描述单个数据的类型和属 性的；描述符则是与数据分开存放，主要用于描述 成块数据的特征的。 3. 简述阵列处理机两种基本的结构形式？答：阵列处理机根据存储器组成方式的不同有 两种基本的结构形式。第一种，分布式存储器的阵列处理机。各处理单元有局部存储器 PEh存放被分布的数据，只 能被本处理单元直接访问。在控制部件CI

55、内还有一个存放程序 和数据的主存储器，整个系统是在CI控制下运行用户程序和部分系统程序的。在执行主存 储器中的用户程序时，所有指令都在控制部件中进行译码，把只适合串行处理的标量或 控制类指令留给控制部件cm己执行，而把适合于并行处理的向量类指令“播送”给各个 PE,控制处于活跃的那些PE并行执行。分布式存储器构形是SIMD车列机的主流。第二 种，集中式共享存储器的阵列处理机。与前一种构形的主要差别是系统存储器由K个存储 体集中组成，经互连网络ICN为全部N个处理单元所共享，要求K No与分布式存储器的 构形的两个不同之处是互连网络所起的作用不同，信息在存储器中分布的要求不同。CU和 SC勺功能则与分布式存储器构形的没有什么差别。 4. 在“一次重叠”的机器中，会出现哪些相关？如何处理？答：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，