Ogijsj计算机标准系统结构小抄

1、生命是永恒不断的创造，因为在它 内部蕴含着过剩的精力，它不断流溢， 越出时间和空间的界限，它不停地追求， 以形形色色的自我表现的形式表现出 来。泰戈尔0.从（使用语言的）角度可以将系统看成是 按（功能） 划分的多个机器级组成的层次结 构1、从计算机系统执行程序的角度看，并行 性等级由低到高分为 （ 指令内部）、（ 指令 之间）、（任务或进程之间 ）和（ 作业或程 序之间）四级。2、从计算机系统中处理数据的并行性 看，并行性等级从低到高分为 （位串字串 ）、 （ 位并字串）、（ 位串字并） 和（全并行 ）。3、存储器操作并行的典型例子是 （ 并 行存储器系统和相联处理机 ），处理机操作 步骤并行

2、的典型例子是（流水线处理机 ）， 处理机操作并行的典型例子是（阵列处理 机 ），指令、任务、作业并行的典型例子 是（多处理机 ）。4、开发并行的途径有（ 时间重叠） ， 资源重复和资源共享。5、计算机系统多级层次中，从下层到 上层，各级相对顺序正确的应当是 （微程序 机器级， 传统机器语言机器级，汇编语言机 器级 ）。6、对系统程序员透明的应当是 （CACHE 存储器 、系列机各档不同的数据 通路宽度 、指令缓冲寄存器 ）7、对机器语言程序员透明的是 （ 主存 地址寄存器 ）8、计算机系统结构包括（机器工作状态 、信息保护 、数据表示 ）9、对汇编语言程序员透明的是 （ I/O 方 式中的 D

3、MA 访问 ）10、属计算机系统结构考虑的是（主存容量和编址方式 ）11、从计算机系统结构上讲，机器语言 程序员所看到的机器属性是（ 编程要用到的硬件组织 ）12、计算机组成设计考虑（专用部件设置 、控制机构的组成 、缓冲技术）13、在多用户机器上，应用程序员能使 用的指令是（ “执行”指令 、“访管”指令、 “测试与置定”指令）14、软硬件功能是等效的，提高硬件功 能的比例会（提高解题速度、提高硬件成 本 、减少所需存储器用量）15、下列说法中正确的是 （软件设计费 用比软件重复生产费用高、 硬件功能只需实 现一次，而软件功能可能要多次重复实现、 硬件的生产用比软件的生产费用高）16、在计算

4、机系统设计中，比较好的方 法是（ 从中间开始向上、向下设计） 。17、推出系列机的新机器， 不能更改的是 （ 原有指令的寻址方式和操作码） 。18、不同系列的机器之间， 实现软件移植 的途径包括（用统一的高级语言 、模拟 、 仿真）。19、在操作系统机器级，一般用（机器语言）程序（ 解释 ）作业控制语句。20 、高级语言程序经（ 编译程序）的 （ 翻译）成汇编语言程序。21、传统机器语言机器级，是用（微指 令程序 ）来（ 解释）机器指令。22、汇编语言程序经（ 汇编程序）的 （解释 ）成机器语言程序。23、微指令由（ 硬件 ）直接执行。24、系列机软件必须保证 （向后兼容 ）， 一般应做到（向

5、上兼容 ）25、在计算机系统的层次结构中， 机器 被定义为（能存储和执行相应语言程序的算 法和 数据结构 ）的集合体26、优化性能价格比指（在某种价格情 况下尽量提高性能 ）或（在满足性能前提 下尽量降低价格 ）。27、目前，MO由（硬件）实现，M1用（固 件）实现， M2 至 M5 大多用（ 软件） 实现。28、系列机中（ 中档机）的性能价格 比通常比（低档机、高档机 ）的要高29、（ 计算机组成） 着眼于机器级内各 事件的排序方式， （计算机体系结构 ）着眼 于对传统机器级界面的确定， （计算机组 成 ）着眼于机器内部各部件的功能， （ 计 算机实现）着眼于微程序设计。30、计算机系统结构

6、也称 （计算机体系 结构 ），指的是（传统机器级 ）的系统结 构。31、用微程序直接解释另一种机器指令 系统的方法称为 （仿真 ），用机器语言解释 实现 软件移植的方法称为 （ 模拟）。虚拟机是指 （被模拟的机器 ），目标机是指 （被仿真的 机器 ）32、同时性指两个或多个事件在 （同一 时刻 ）发生，并发性指两个或多个事件在 （同一时间间隔 ）发生。33、除了分布处理、 MPP 和机群系统外， 并行处理计算机按其基本结构特征可分为 流水线计算机，阵列处理机，多处理机和 （ 数据流计算机）四种不同的结构。34、费林分类发能反映出大多数计算机 的并行工作方式或结构特点， 但只能对（ 控 制流）机

7、器分类，不能对（数据流 ）机器 分类，而且对（流水线处理机 ）的分类不 确切。35、费林按指令流和数据流的多倍性把 计算机系统分类， 这里的多倍性指 （系统瓶 颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据 的最大可能个数 ）。36、1TFLOPS 计算机能力， 1TBYTE/S 的 I/O 带宽和（ 1TBYTE 主存容量）称为 计算机系统的 3T 性能目标。37、向上兼容指的是 （某档机器编制的 软件能不加修改地运行于比它高档的机器 上 ），向下兼容指的是（ 某档机器编制的 软件能不加修改地运行于比它低档的机器 上），向前兼容指的是 （ 个时期投入市场的 该型号机器上编制的软件能不加修改地运 行于在

8、它之前投入市场的机器上） ，向后兼 容指的是 （某个时期投入市场的该型号机器 上编制的软件能不加修改地运行于在它之 后投入市场的机器上 ）。38、计算机系统的层次结构按照由高到 低的顺序分别为 （高级语言机器级，汇编语 言机器级，传统机器语言机器级， 微程序机 器级 ）。39. 微型计算机的发展有两个趋势：一是 （维持价格提高性能，向小型机靠拢） ，另 一是维持性能降低价格， 发展更低档的计算 机）。40. 确定软、硬件功能分配的基本原则是 （在现有硬件条件下，系统要有高的性价 比），（应避免过多或不合理地限制各种组 成、实现技术的采用和发展）和（不仅要利 用组成技术的成果，发挥器件技术的进展

9、， 应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支持 放在首位）。40.作业或程序之间的并行关键在于（并 行算法），任务或进程之间的并行主要涉及 （任务分解和同步） ，指令之间的并行主要 应（处理好指令间的相互关联） ，指令内部 主要取决于（硬件和组成的设计） 。41. 时间重叠是指（在并行概念中引入时 间因素，让多个处理过程在时间上相互错 开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个 部分，加快硬件周转来赢得速度） ，其最典 型的例子是 （指令内各操作步骤采用重叠流 水），时间重叠基本上（不必重复增加硬设 备）就可以提高计算机系统的性能价格比 .42. 资源共享指（用软件

10、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，提高系统性能） ，其最典型的例子 是（多道程序分时系统） ，资源共享不仅是 （硬件 资源的共享） ，而且是（软件信息资源的共 享）。43. 费林按指令流和数据流的多倍性把计 算机系统分成 （单指令单数据流 SISD ），（单 指 令多数据流 SIMD ），（多指令单数据流 MISD ）和（多指令多数据流 MIMD ）四大 类。传统的单处理机属于（SISD）,阵列处 理机和相联处理机属于（SIMD ）,处理机间的宏流水属于 MISD ）,紧密耦合和松散耦合 多处理机属于（ MIMD ）。44. 库克按指令流和执行流及其多倍性将 计

11、算机系统分成（单指令单执行流 SISE）， （单指令多执行流 SIME ）（多指令单执行 流 MISE ）和（多指令多执行流 MIME ）四 类。单处理机属于（SISE）,带多操作部件 的处理机属于（ SIME ） ，带指令级多道程序 的单处理机属于（MISE ）,多处理机系统属 于（ MIME ）。45. 一般用耦合度反映（多机系统中各机 间物理连接的紧密度和交叉作用能力的强 弱），它分为（最低耦合） ，（松散耦合） ，和（紧密耦合） 。46. 资源重复指（在并行概念中引入空间 因素，通过重复设置硬件资源来提高可靠性 或性能），其最典型的例子是（双工系统） ， 资源重复不仅可（提高可靠性）

12、，而且可以 进一步（用多计算机或机群系统来提高系统 的速度性能 ） 。47. 并行性的开发和并行处理技术的研究 实际上是 （硬件），（软件），（语言），（算法） 和（性能评价研究）的综合。48、开发并行性的途径有 （时间重叠） ， （资源重复）和（资源共享） 。49、 开发并行性是为了并行处理，并行 性包括有（同时）性和并发性二重含义。54、沿时间重叠技术途径发展的异构型多 处理机系统的典型结构代表是 （流水线） 处 理机。55、操作级并行的阵列机，按指令流、数 据流及其多倍性划分属（ SIMD ）类型的计 算机。56、沿资源重复技术途径发展的同构型多处 理机系统的典型结构代表是（并行 （阵列

13、） 处理机。57、阵列机开发并行性的途径是（资源重 复），是利用并行性中的（同时）性。 向上（下）兼容：是指按某档机器编制的软 件，不加修改就能运行于比它高（低）档的 机器上。5 向前（后）兼容？：指的是，在按 某个时期投入市场的该型号机器上编制的 软件，不加修改就能运行在它之前（后）投 入市场的机器上。6 兼容机（ Compatible Machine ）？： 具有同一系统结构的计算机称为。采用兼容机的思想与采用系列机的思想实际上是 一致的。7模拟（ Simulation ）：用机器语言程序 解释实现软件移植的方法称为 。8仿真（ Emulation ）：用微程序直接解 释另一种机器指令系统

14、的方法称为。9现场片：使用户可根据需要改变器件内 部的功能或内容， 以适应结构和组成变化的 需要10全用户片：完全按用户要求设计的用 户片称为全用户片4. 什么是并行性？只要在同一时刻或是在同 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，它们在时间上能相互重 叠，都体现了并行性。5. CISC 指令系统的含义 ?复杂指令系统计算机， 即机器指令系统变 得越来越庞杂，这就是所谓的 CISC 指令系 统。6. 什么是页式存贮管理？ 页式存贮管理是把主存空间和程序空间都 机械地等分成固定大小的页，按页顺序编 号。（页面大小随机器而异，一般在 512 到 几 KB ）。7. 什么是向量流水处

15、理机？ 向量流水处理机是将向量数据表示和流水 线技术结合在一起，构成向量流水处理机， 简称向量流水处理机。8. 什么是相联处理机？ 相联处理机是以相联存贮器为核心， 配上必 要的中央处理部件、指令存贮器、 控制器和 I/O 接口，就构成一台以存贮器操作并行为 特点的相联处理机。9 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。10. 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，

16、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。(1) 冯?诺依曼结构：冯？诺依曼等人于1 946年提出了一个完整的现代计算机雏 型，它由运算器、控制器、存储器和输入输 出设备组成， 这种结构称为冯 ?诺依曼结构。(2) 数据表示： 数据表示研究的是计算机 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。 数据表示是数据类型中 最常用， 也是相对比较简单， 用硬件实现相 对比较

17、容易的几种。如定点数(整数) 、逻 辑数(布尔数) 、浮点数(实数)、十进制数、 字符、字符串、堆栈和向量等。(3) CISC ：复杂指令系统计算机(4) 存储系统： 两个或两个以上速度、 容 量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、 或软件与硬件相结合的方法连接起来成为 一个系统，这就是存储系统。(5) 时空图：描述流水线的工作，最常 用的方法是采用“时空图” 。在时空图中， 横坐标表示时间， 也就是输入到流水线中的各个 任务在流水线中所经过的时间。 当流水线中 的各 个功能部件的执行时间都相等时， 横坐标被 分割成相等长度的时间段。纵坐标表示空 间，即 流水线的各个子过程。 在时空图中，流水

18、线 的一个子过程通常称为“功能段” 。(6) 多 功能流 水线： 多功能 流水 线 ( Multifunction Pipelining )是指流水线的各 段可以进行不同的连接。 在不同时间内， 或在同一 时间内， 通过不同的连接方式实现不同的功 能。(7) 加速比： 完成一批任务， 不使用流水 线所用的时间与使用流水线所用的时间之 比称为流水线的加速比( Speedup ratio)。(8) 链接技术： 链接是当从一个流水线部 件得到的结果直接送入另一个功能流水线 的操作数寄存器时所发生的连接过程。 换句 话说，中间结果不必送回存储器， 而且甚至 在向量操作完成以前就使用。 链接允许当第 一

19、个结果一变成可用的操作数时就马上发 出相继的操作。(9) 存储转发寻径：存储转发寻径 (store and forward) 在存储转发网络中包是信息流 的基本单位。每个结点有一个包缓冲区。 包从 源结点经过一系列中间结点到达目的结点。( 1 0)虫蚀寻径 (wormhole) ：新型的多计 算机系统很多采用的是虫蚀寻径方式， 把包 进一 步分成更小的片。 与结点相连的硬件寻径器 中有片缓冲区。 消息从源结点传送到目的结 点要 经过一系列寻径器。1 、软件和硬件在什么意义上是等效的?在什么意义上是不等效的 ? 逻辑上等效，性能、价格、实现难易程度上 不一样。2、为什么将计算机系统看成是多级机

20、器构成的层次结构 ?可以调整软、 硬件比例； 可以用真正的实处 理机代替虚拟机器； 可以在 1 台宿主机上仿 真另一台3、 说明翻译和解释的区别和联系. 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、就目前的通用机来说计算机系统结 构的属性主要包括那些 ? 数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系 统、存储系统组织、中断系统、管态目态定 义与转换、 IO 结构、保护方式和机构。5、 试以实例简要说明计算机系统结构, 计算机组成 ,与计算机实现的相互关系与影 响.结构相同，可用不同的组成。 如系列机中不 同

21、型号的机器结构相同， 但高档机往往采用 重叠流水等技术。组成相同， 实现可不同。 如主存可用双极型， 也可用 MOS 型等。结构不同组成不同， 组成的进步会促进结构 的进步，如微程序控制。结构的设计应结合应用和可能采用的组成。组成上面决定于结构，下面受限于实现。 组成与实现的权衡取决于性价比等；结构、 组成、实现的内容不同时期会不同。6、简述计算机系统结构用软件实现和用 硬件实现各自优缺点 硬件优点：速度快，节省存储时间；缺点： 成本高，利用率低，降低灵活性、适用性。 软件优点：成本低，提高灵活性、适用性； 缺点：速度慢， 增加存储时间、 软件设计费。7、试述由上往下设计思路 ,由下往上设计

22、思路和他们所存在的问题 由上往下：先考虑应用要求， 再逐级往下考 虑怎样实现。适用于专业机 由下往上：根据已有器件，逐级往上。六七 十年代通用机设计思路。 以上方法存在的问题是软、硬件脱节。8、试述由中间开始的设计思路及其优点 既考虑应用也考虑现有器件， 由软硬件分界 面向两端设计。 优点：并行设计， 缩短周期。9、问什么要进行软件移植 ? 软件的相对成本越来越高，应重新分配软、 硬件功能。但： 成熟软件不能放弃；已有软件修改困难；重 新设计软件经济上不划算。10 、简述采用统一高级语言方法 ,适用场合 , 存在问题和应采取的策略 . 定义：是指为所有程序员使用的完全通用的 高级语言。适用场合

23、：软件移植方便。 存在问题： 目前语言的语法、 语义结构不同； 人们的看法不同； 同一语言在不同机器上不 通用；程序员的习惯 应采取的策略：可一定范围内统一汇编语 言，结构相同机器间搞系列机。11、简述采用系列机方法 ,适用场合 ,好处 , 存在问题和应采取的策略 . 定义：根据软硬件界面的系列结构，设计软 件和不同档次的系列机器。 适用场合：同一系列内软件兼容 好处：呼应“中间开始”设计思路；缓解软 件要求稳定环境和硬件发展迅速的矛盾。 存在问题： 软件兼容有时会阻碍系统结构的 变革。 策略：坚持这一方法，但到一定时候要发展新系列，还可采用模拟仿真。12、简述采用模拟与仿真方法 ,适用场合

24、, 好处 ,存在问题和应采取的策略 . 模拟：用机器语言解释另一指令系统 适用场合 :运行时间短，使用次数少，时间 上无限制。好处：可在不同系统间移植。 存在问题：结构差异大时，运行速度下降， 实时性差。策略：与仿真结合 仿真：用微程序解释令一指令系统 适用场合：结构差别不大的系统 好处：运行速度快 存在问题：结构差别大时，很难仿真。 策略：与模拟结合，发展异种机连网。13、模拟与仿真区别是什么 ? 模拟：机器语言解释，在主存中；仿真：微 程序解释，在控制存储器中。14、器件的发展如何改变逻辑设计的传 统方法 ? 一是由逻辑化简转为采用组成技术规模生 产，规模集成，并尽量采用通用器件 二是由全

25、硬设计转为微汇编、微高级语言、 CAD 等软硬结合和自动设计。15、为什么说器件的发展是推动结构和 组成前进的关键因素 ?器件集成度提高， 促使机器主频、 速度提高； 可靠性提高，促使采用流水技术； 高速、 廉价的半导体促使 CACHE 和虚拟内 存的实现； 现场型 PMOS 促使微程序技术的 应用；性价比提高使新的组成下移到中小型 机上。16、除了分布处理 ,MPP 和机群系统以外 , 并行处理计算机按其基本结构特征可分为 那几种不同的结构 ?例举他们要解决的主要 问题 流水线处理机：多个部件时间上并行执行。 拥塞控制，冲突防止，流水线调度。 阵列处理机：空间上并行。处理单元灵活， 规律的互

26、连模式和互连网络设计， 数据在存 储中的分布算法。 多处理机： 时间和空间上 的异步并行。多 CPU 间互连，进程间的同 步和通讯，多 CPU 间调度。 数据流计算机： 数据以数据令牌在指令间传 递。硬件组织和结构，高效数据流语言。17、简单说明多计算机系统和多处理机系 统的区别都属于多机系统，区别： 多处理机是多台处理机组成的单机系统， 多 计算机是多台独立的计算机。 多处理机中各处理机逻辑上受统一的 OS 控 制，多计算机的 OS 逻辑上独立。 多处理机间以单一数据、向量、数组、文件 交互作用， 多计算机经通道或通信线路以数 据流形式进行。 多处理机作业、 任务、 指令、 数据各级并行，多

27、计算机多个作业并行。18、简述几种耦合度的特征 最低：无物理连接，如脱机系统。松散：通 信线路互连，适于分布处理。紧密：总线或 数据开关互联，实现数据、任务、作业级并 行。19、软件移植的途径，各受什么限制？ 统一高级语言：只能相对统一系列机： 只能 在结构相同或相近的机器间移植 模拟：机器语言差别大时，速度慢 仿真：灵活性和效率差， 机器差异大时仿真 困难。20、并行处理数据的四个等级，给出简 单解释，各举一例 位串字串：无并行性，如位串行计算机。 位并字串：一个字的所有位并行， 如简单并 行的单处理机。位片串字并： 多个字的同一位并行，如相连 处理机。全并行： 同时处理多个字的多个位，如全

28、并 行阵列机。21、设计乘法指令时，结构、组成、实 现各考虑什么？ 结构：是否设计乘法。组成：是否配置高速 乘法器。 实现： 考虑器件集成度类型数量及 微组装技术。1. 数据结构和机器的数据表示之间是什么关 系？确定和引入数据表示的基本原则是什 么？ 答： 数据表示是能由硬件直接识别和引用 的数据类型。 数据结构反映各种数据元素或 信息单元之间的结构关系。数据结构要通过软件映象变换成机器 所具有的各种数据表示实现， 所以数据表示 是数据 结构的组成元素。 不同的数据表示可为数据 结构的实现提供不同的支持， 表现在实现效 率和方便性不同。 数据表示和数据结构是软 件、硬件的交界面。除基本数据表示

29、不可少外， 高级数据表 示的引入遵循以下原则：( 1)看系统的效率有否提高，是否养 活了实现时间和存储空间。 (2)看引入这 种数据表示后，其通用性和利用率是否高。2. 标志符数据表示与描述符数据表示 有何区别？描述符数据表示与向量数据表 示对向量数据结构所提供的支持有什么不 同？ 答：标志符数据表示与描述符数据表示的差 别是标志符与每个数据相连， 合存于同一存 储单元，描述单个数据的类型特性;描述符是与数据分开存放，用于描述向量、数组等 成块数据的特征。描述符数据表示为向量、 数组的的实现提供了支持， 有利于简化高级 语言程序编译中的代码生成， 可以比变址法 更快地形成数据元素的地址。 但描

30、述符数据 表示并不支持向量、 数组数据结构的高效实 现。而在有向量、数组数据表示的向量处理 机上，硬件上设置有丰富的赂量或阵列运算 指令，配有流水或阵列方式处理的高速运算 器，不仅能快速形成向量、 数组的元素地址， 更重要的是便于实现把向量各元素成块预 取到中央处理机， 用一条向量、数组指令流 水或同时对整个向量、 数组高速处理 如让 硬件越界判断与元素运算并行。 这些比起用 与向量、阵列无关的机器语言和数据表示串 行实现要高效的多。 3.堆栈型机器与通用寄 存器型机器的主要区别是什么？堆栈型机 器系统结构为程序调用的哪些操作提供了 支持？ 答： 通用寄存器型机器对堆栈数据结构实 现的支持是较

31、差的。 表现在： (1)堆栈操作的 指令少， 功能单一； (2)堆栈在存储器内， 访 问堆栈速度低； (3)堆栈通常只用于保存于程 序 调用时的返回地址， 少量用堆栈实现程序间 的参数传递。而堆栈型机器则不同， 表现在： (1)有高 速寄存器组成的硬件堆栈， 并与主存中堆栈 区在逻辑上组成整体， 使堆栈的访问速度是 寄存器的， 容量是主存的； (2) 丰富的堆栈指 令可对堆栈中的数据进行各种运算和处理； (3) 有力地支持高级语言的编译； (4) 有力地 支持子程序的嵌套和递归调用。堆栈型机器系统结构有力地支持子程序的 嵌套和递归调用。在程序调用时将返回地 址、条件码、关键寄存器的内容等全部压

32、入 堆栈，待子程序返回时，再从堆栈中弹出。7. 变址寻址和基址寻址各适用于何种场合？ 设计一种只用 6 位地址码就可指向一个大地 址空间中任意 64 个地址之一的寻址机构。 答：基址寻址是对逻辑地址空间到物理地址 空间变换的支持， 以利于实现程序的动态再 定位 。变址寻址是对数组等数据块运算的支持， 以利于循环。 将大地址空间 64 个地址分块， 用基址寄存器指出程序所在块号， 用指令中 6 位地址码表示该块内 64 个地址之一，这 样基址和变址相结合可访问大地址任意 64 个地址之一。 比如地址空间很大， 为 0-1023， 只用 6 位地址码就可以指向这 1024 个地址 中的任意 64

33、个。剖析： 比如地址空间很大， 1024，就是分 成 16 个块，块号放在寄存器中，块内地址 放在地址位中，寄存器内容和地址位结合， 就能达到要求了。11.何谓指令格式的优化 ?简要列举包括操作 码和地址码两部分的指令格式优化可采用 的各种途径和思路。答： 指令格式的优化指如何用最短位数表 示指令的操作信息和地址信息， 使程序中指 令的平均字长最短。操作码的优化 采用 Huffman 编码和 扩展操作码编码。 对地址码的优化： 采用多种寻址方式 ;采用 0、 1、 2、3 等多种地址制 ; 在同 种地址制内再采用多种地址形式， 如寄存器 -寄存器型、寄存器 -主存型、主存 -主存 型等 ; 在

34、维持指令字在存储器内按整数边 界存储的前提下， 使用多种不同的指令字长 度13.设计 RISC 机器的一般原则及可采用的基本技术有那些 ? 答： 一般原则： (1)确定指令系统时，只选 择使用频度很高的指令及少量有效支持操 作系统，高级语言及其它功能的指令； (2) 减少寻址方式种类，一般不超过两种； (3) 让所有指令在一个机器周期内完成；(4) 扩大通用寄存器个数，一般不少于 32 个，尽 量减少访存次数； (5)大多数指令用硬联实 现，少数用微程序实现 (6) 优化编译程序， 简 单有效地支持高级语言实现。基本技术： (1) 按 RISC 一般原则设计， 即确定指令系统时，选最常用基本指

35、令，附 以少数对操作系统等支持最有用的指令， 使 指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到 1、2 种 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。 即大多数简单指令用硬联方式实现， 功能复 杂的指令用微程序实现。 (3) 用重叠寄存器 窗口。即：为了减少访存，减化寻址方式和 指令格式， 简单有效地支持高级语言中的过 程调用，在 RISC 机器中设有大量寄存嚣， 井让各过程的寄存器窗口部分重叠。(4) 用流水和延迟转移实现指令， 即可让本条指令 执行与下条指令预取在时间上重叠。另外， 将转移指令与其前面的一条指令对换位置， 让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发 生， 使预取指令不作废， 节省一个机器周期

36、 (5)优化设计编译系统。 即尽力优化寄存器分 配， 减少访存次数。 不仅要利用常规手段优 化编译， 还可调整指令执行顺序， 以尽量减 少机器周期等。简要比较 CISC 机器和 RISC 机器各自的结 构特点，它们分别存在哪些不足和问题?为什么说今后的发展应是 CISC 和 RISC 的结 合?答： CISC 结构特点：机器指令系统庞大复 杂。 RISC 结构特点：机器指令系统简单， 规模小，复杂度低。CISC 的问题： (1)指令系统庞大，一般 200 条以上； (2)指令操作繁杂，执行速度 很低； (3)难以优化生成高效机器语言程序， 编译也太长，太复杂 (4) 由于指令系统庞大， 指令的

37、使用频度不高，降低系统性能价格 比，增加设计人员负担。RISC 的问题： (1) 由于指令少，在原CISC 上一条指令完成的功能现在需多条 RISC 指令才能完成，加重汇编语言程序设 计负担， 增加了机器语言程序长度，加大指 令信息流量。 (2) 对浮点运算和虚拟存储支 持不很强。 (3)RISC 编译程序比 CISC 难写。由于 RISC 和 CISC 各有优缺点 ,在设计 时，应向着两者结合，取长补短方向发展。1. 简要举出集中式串行链接，定时查询和独 立请求 3 种总线控制方式的优缺点。 同时分 析硬件产生故障时通讯的可靠性。 答：串行链接 :优： (1)选择算法简单。 (2)控 制线数

38、少，只需要 3 根，且不取决于部件数 量。(3) 可扩充性好。缺： (1)对“总线可用”线 及其有关电路失效敏感。 (2)灵活性差， 如果 高优先级的部件频繁要求使用总线， 离总线控制 器远的部件就难以获得总线使用权。 (3)“总 线可用” 信号顺序脉动地通过各个部件，总 线的分配速度慢。 (4) 受总线长度的限制， 增 减和移动部件受限制定时查询：优： 1)灵活性强，部件的优先 次序由程序控制。 (2)可靠性高， 不会因某个 部件失效而影响其它部件使用总线。 缺：(1) 总线 的分配速度不能很高。 (2) 控制较为复杂。 (3) 控制线数多，需要 2+log2N 根。(4) 可扩充性差。 独

39、立请求：优： 1)灵活性强，部件的优 先次序由程序控制。 (2)能方便地隔离失效部 件的请求。 (3) 总线的分配速度快缺： (1) 控制较 为复杂。 (2)控制线数多，要控制 N 个设备， 需要 有 2N+1 根控制线。 4.简述字节多路，数组多路和选择通道的数 据传送方式。答 : 字节多路通道适用于连接大量的像 光电机等字符类低速设备。 这些设备传送一 个字符(字节 )的时间很短，但字符 (字节 )间的等待 时间很长。通道“数据宽度”为单字节，以 字节 交叉方式轮流为多台设备服务，使效率提 高。字节多路通道可有多个子通道，同时执 行多个通道程序。数组多路通道适合于连接多台象磁盘 等高速设备

40、。 这些设备的传送速率很高，但 传送开 始前的寻址辅助操作时间很长。通道 “数据 宽度”为定长块，多台设备以成组交叉方式 工作 ，以充分利用并尽可能重叠各台高速设备的 辅助操作时间。 传送完 K 个字节数据， 就重 新选择下个设备。 数组多路通道可有多个子 通道，同时执行多个通道程序。 选择通道 适合于连接象磁盘等优先级高的高速设备， 让它独占通道，只能执行一道通道 程序。通道“数据宽度”为可变长块，一次 将 N 个字节全部传送完， 在数据传送期只选 择一次设备。 1.多处理机在结构、程序并行性、算法、进 程同步、资源分配和调试上与并行处理机有 什么 差别？ 答： 多处理机与并行处理机的主要差

41、别是 并行性的等级不同。 ( 1)结构灵活性。多处 理机制结构灵活性高于并行处理机。 ( 2)程 序并行性。并行处理机是操作级并行， 并行 性仅存在于指令内部， 识别比较容易， 由程 序员掌握程序并行性的开发;多处理是指令、任务、作业并行，并行性主要存在于指 令外部， 另外还存在于指令内部， 识别比较 困难，必须利用多种途径开发程序的并行 性。 (3)并行任务派生。并行处理机工作 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 理机的进程同步是自然的， 而多处理机必须 采取同步措施。 (5)资源分配和任务调度。

42、多处理机的资源分配和任务调度比并行处 理机复杂得多。 2.多处理机有哪些基本特点？发展这种系统 的主要目的可能有哪些？多处理着重解决 哪些技术问题？答O多处理机的基本特点多处理机具有两台以上的处理机 ,在操作系统控制下通过 共享的主存或输入 /输出子系统或高速通讯网络进行通讯 .结构上多个处理 机用多个指令部件分别控制,通过机间互连网络通讯 ;算法上不只限于处理向量数组,还要实现更多通用算法中的并行 ;系统管理上要更多 地靠软件手段 ,有效解决资源分配和管理 ,特别是 任务分配 ,处理机调度 ,进程的同步和通讯等 问题.O使用多处理机的目的：一是用多台处理进行多任务处理协同求解一个大而复 杂的

43、问题来提高速度 ,二是依靠冗余的处理 机及其重组来提高系统的可靠性,适应性和可用性 .O多处理着重要解决的技术问题：（1）硬件结构上， 如何解决好处理机、 存储器模 块及 I/O 子系统间的互连。 （2）如何最大限 度开发系统的并行性， 以实现多处理要各级 的全面并行。（ 3）如何选择任务和子任务的 大小，即任务的粒度，使并行度高，辅助开 销小。（ 4）如何协调好多处理机中各并行执 行任务和进程间的同步问题。（ 5）如何将任务分配到多处理机上，解决好处理机调度、 任务调度、 任务调度和资源分配， 防止死锁。（ 6）一旦某个处理发生故障，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。 4.说明 44 交叉开关组成的两级 16*16 交叉开关网络虽 节省了设备，但它是一个阻塞式网络。 答 16*16 交叉开