计算机系统结构(清华版)复习提纲课件

第一章计算机系统结构的基本概念1986年到2002年，体系结构进步主要依赖于什么技术？2002年以后，计算机性能提高速度降低的原因是什么？现代计算机为什么不再采用微型机、小型机和大型机的分类方法？现在如何分类？不同角度所看到的计算机系统的属性是不同的，对不对？透明性的判断理解系统结构的概念计算机系统结构、组成和实现当前体系结构的研究已远超了指令集体系结构，对不对？学会系统结构的3种分类方法学会计算加速比学会使用cpu性能公式同一种指令的CPI是一定的吗?访问的局部性分为哪2种,具体指的是什么列举几种计算机系统中的并行计算机中的软硬件的发展趋势是怎样的?系统结构的设计者不需要关注实现技术，对吗?现代的计算机系统通常是由下往上、由上往下、还是由中间开始设计的？这个中间是指什么？评价一个计算机系统结构好坏的标准主要是哪两个指标？衡量机器性能的唯一固定而且可靠的标准就是真正执行程序的时间。这个时间有哪2种？学会MIPS的计算，举例说明为什么MIPS值可能和性能相反MFLOPS不能体现机器的整体性能，对吗，举例说明求平均性能时，什么时候用算术平均、调和平均和几何平均？使用参考机器比较机器性能时，和参考机器的性能有关吗？一个平均数是否能表示一个基准测试程序测量出的性能，用什么作指标？系列机和兼容机有相同的体系结构,对不对?的区别是什么几种兼容的概念模拟和仿真哪个速度更快，哪个需要硬件支持？计算机性能的发展，带宽和时延哪个进步更快？集成电路的加工工艺是用什么来表示的？学会集成电路动态和静态功率的计算。了解晶片的成品数的计算方法。晶片的成本增长速度大体与晶片面积增长速度的平方成正比，对吗？第二章指令系统指令系统的概念是什么？目前指令系统与软件之间的语义差距越来越大，对不对？数据表示和数据结构的区别会计算浮点数的表数范围、表数精度和表数效率如果不采用隐藏位，基数为2时，表数效率最低，对吗？采用隐藏位，基数为几时，则3个参数都达到最好？多数机器的尾数采用原码、小数表示，阶码一般机器都采用整数、移码表示，对吗？了解5种舍入法。哪种最简单，哪种最复杂最精确，哪种一般用于软件等。警戒位什么时候使用？不设置警戒位，可能出现很大的误差或造成完全错误的运算结果，对吗警戒位需要多少位？代价很大吗？计算机中的操作数类型通常是由硬件解释的，对吗？带标志符的数据表示法和数据描述符表示法都属于自定义数据表示方法，对吗？测试表明程序中访问的数据大多是字节类型，对吗寻址技术主要内容是什么？计算机一般按字节编址，按字访问，对吗X86处理器有几个零地址空间？都是什么？高位交叉和低位交叉编址的主要目的分别是什么？立即寻址的使用频率很低，对吗？存储器寻址方式数据对齐的原因是什么？间接寻址方式与变址寻址方式差别及优缺点寄存器寻址和堆栈寻址的优缺点理解程序的3种定位方式固定操作码长度计算最优huffman编码法如何计算机?能实际应用吗?学会计算信息冗余量学会使用最小概率合并法举例说明什么是扩展编码法4-8-12的形式表示扩展编码，能代表一种具体编码方法吗扩展编码法分别用保留1个码点和保留1位的方法进行扩展,支持指令种类一样多吗学会分析不同地址码个数指令的应用情况(见例子)地址码个数不同的几种指令都适用什么情况?指令系统的完整性、规整性(对称性、均匀性)的含义计算机的５类基本指令是什么转移指令有哪3类?一般条件转移、复合条件转移、隐含条件转移指令含义保存现场有哪2种方式？保存现场的指令通常如何得到处理器可以不设置输入输出指令吗？为什么？可以不设处理机控制和调试指令吗？为什么？指令系统的优化设计的两个方向是什么？数据传送指令的使用频度和执行时间约占多少百分比高级语言程序中，循环体中只有一条语句的约占多少？有1至3条语句的约占多少？用高级语言编写的程序，与用汇编或机器语言编写的程序，时间开销和空间开销一样大，对吗？说明什么是高级语言计算机并举例20%-%80规律指的是什么哪几类指令的使用频度最高了解RISC的主要特点利用程序执行时间的计算公式：P=I·CPI·T，比较一下RISC和CISC采用延迟转移技术的两个限制条件是什么，成功率如何适用于循环程序指令取消技术如何调整指令?重叠寄存器窗口与windows窗口类似，对吗？提出重叠寄存器窗口技术的原因是什么，如何实现？指令流调整技术有哪2种调整方法？延迟转移和指令取消技术也调整指令次序，和它的调整指令次序有何不同？固件指什么技术？RISC的实现完全不需要固件，对吗？简述现代编译器的结构当今编译器的寄存器分配算法都基于什么技术？优化编译能加快代码执行，但不能减小代码体积，对吗？多媒体指令和向量计算机中的向量指令一样快，对不对？为什么？第三章存储系统什么是存储系统，组成存储系统的目的是什么？计算机的存储系统对应用程序员透明的，对吗计算机中有哪2种存储系统？了解其组成、目的和特点Cache存储系统的存储容量是多少？虚拟存储系统呢？如何计算存储系统的单位容量的平均价格？存储器的存取时间和存取周期相同吗，存储系统呢？会计算命中率、访问周期和访问效率学会采用预取技术的命中率计算存储器停顿周期数相关计算存储器性能和处理器性能哪个增长的更快？理解计算机的频带平衡并行访问存储器能增加字长，对吗？并行访问存储器访问冲突的主要原因是什么？低位和高位交叉存储器的目的和理由低位交叉存储器的启动间隔应为多少，存储体个数增加是否意味速度的增加，为什么无冲突访问存储器通常针对一维和二维数组，具体指什么虚拟存储器中有几种地址，都是什么？理解三种地址映像和变换及其特点外部地址变换和内部地址变换的区别会计算需要的页表级数理解目录表和快慢表的含义和区别相联访问和按地址访问的区别，快表、慢表、目录表、散列都是什么访问虚拟存储器中的散列函数是由软件还是硬件实现?有什么用？为什么会出现散列冲突？页面、块、快表和目录表存储字的替换，都是由硬件实现的，对不对？理解书中的几种页面替换算法，了解其命中率和实现难易OPT算法不是一种实际能使用的算法，对不对堆栈性替换算法有什么特点，哪些是哪些不是？动态页面调度算法在多道程序中是如何工作的?它要求采用什么样的页面替换算法?了解影响主存命中率的主要因素页面大小、主存容量与命中率的关系是怎么样的？页面调度方式有哪几种，有什么不同？直接相联、组相联、全相联映像的命中率和硬件实现复杂度都如何？在虚拟存储器中，采用什么映像方式，用软件还是硬件实现？直接相联映像实际上不做地址变换，对不对，为什么？什么叫组相联度，n路组相联指的什么？位选择组相联映象中主存是否分组，Cache呢？段相联映像中失效的代价非常高，对不对？Cache替换算法是软件还是硬件实现的？虚拟存储器呢？Cache替换算法中计数器位数如何确定？比较对法和堆栈法都是LFU算法，只是硬件实现不同，对不对？学会计算二者使用的触发器数量。会计算Cache系统的加速比Cache命中率与容量、块大小、组数的关系什么情况Cache与主存不一致？Cache有哪2种更新算法，如何工作的？学会计算机2者与主存的通信量。什么是不按写分配法与按写分配法？都与何种更新相配？理解几种预取算法，各算法的命中率如何？评价Cache存储系统性能可以用缺失率、平均存储器访问时间和CPU性能公式，哪个更好？都能保证正确吗会计算机平均存储器访问时间乱序执行由于指令的重叠执行，降低了缺失代价，通常有更高的性能，对不对？解释一下缺失的4种类型含义冲突缺失怎样根据组相联度进一步划分？每类含义是什么时延和带宽都很高，适合大块还是小块？都很低呢？理解组相联缺失率的2个经验规律会计算多级Cache的平均存储器访问时间和每条指令的平均存储器停顿周期一级和二级Cache的速度有什么样的影响理解多级包含和多级独占的含义，各适合什么情况？理解读缺失优先于写缺失的含义理解虚拟Cache和物理Cache的含义计算机通常都是如何保护进程的？Intel和AMD处理器都支持存储器保护，对吗？最基本的存储器保护分为用户和内核2级，对吗？有着硬件提供的保护模式和操作系统，计算机的安全性足够吗？了解虚拟机最近受到关注的原因通过虚拟机，可以在一台计算机上同时运行多个不同的操作系统，对吗？计算机的指令系统都不提供对虚拟机的支持，对不对?第4章输入输出系统输入输出系统的3个特点及对应的3种组织方式是什么？中断系统的复杂性主要由中断源的多样性引起，对吗？中断系统的软硬件分配主要考虑的2个因素中断处理过程中必须由硬件和软件处理的部分都有哪些，为什么？中断响应时间的含义，影响它的有哪些因素5种中断识别方法都是什么?8086使用的是哪一种？中断屏蔽的实现方法主要有哪两种,比较一下理解通道工作过程，输入输出会打断CPU吗，打断几次？通道有哪3种？理解它们的数据传送过程理解通道流量和最大流量的计算方法IO处理机和通道都能执行程序吗？2者有什么本质区别?磁盘容量通常用面密度表示，对吗？了解磁盘传统的扇区-磁道-柱面模型将失效的原因磁盘功耗和哪些因素有关？理解故障率、MTTF、MTTR和模块可用性概念，学会相关计算。理解RAID0-6(数据存放，校验盘数，容许故障数)会区分故障(failure)、差错(error)和错误(fault)了解错误和故障的分类当前系统中故障主要来源哪方面，是硬件吗？吞吐率和响应时间的关系是怎样的？事务处理主要关心的是I/O频率还是与数据传输率？事务处理基准测试程序没有可靠性方面的要求，对吗？对于磁盘错误和短暂错误，各个操作系统都怎么做？学会排队论一节中的2个例题的解法，理解相关定义公式能够看懂本章互联网存储档案集群的评价过程第五章标量处理机理解标量计算机和超标量计算机区别先行控制技术的关键是什么?先行控制处理器包含几个控制器和栈，各栈的作用先行指令缓冲栈中有2个程序计数器，对吗先行指令缓冲栈如何处理RR,RX,RS,RI型指令？先行读数栈的缓冲寄存器通常有哪2种？学会使用先行指令缓冲栈缓冲深度设计的2种方法，2种方法中一般使用哪个，为什么?各个缓冲栈的缓冲深度一般关系?什么是指令相关，如何解决?为什么主存操作数相关发生的概率比较小？变址相关、LOAD相关和普通寄存器相关有何不同数据相关的主要解决方法有哪几种什么是吸收型指令,哪些指令是?无条件转移引起的控制相关如何解决,条件转移也可以同样解决吗一般条件转移和复合条件转移转移成功造成的影响一样吗,都需要运算吗?分别列出它们可能的执行时序动态和静态分支预测有什么区别？处理器对短循环做专门支持是没有必要的，对吗?使用空间并行性和时间并行性对应何种处理机？掌握流水线的3种表示方法，尤其是预约表通过流水线的特点真正理解流水线理解什么是线性流水线与非线性流水线理解计算机中常用的几个级别的流水线理解什么是单功能流水线与多功能流水线理解什么是静态流水线与动态流水线理解什么是顺序流水线和乱序流水线加速比、效率和吞吐率的计算流水线各段执行时间不相等的情况如何解决瓶颈？流水线最佳段数的选择和哪些因素有关？预约表与流水线连接图对应关系如何？初始冲突向量与状态图、预约表的关系能够求出禁止向量、冲突向量、状态图和启动循环流水线最小平均启动距离的限制范围(上下限)预约表中“×”最多的流水段一定是“瓶颈“流水段吗？采用预留算法调度非线性流水线不需要增加硬件，对吗？乱序流动方式中的数据相关有哪几种？如何解决？通过专用路径来避免数据相关的基本原理是什么？通过实例理解数据重定向过程。学会条件分支对流水线性能的影响计算动态转移预测技术的记录转移历史信息的方法有哪3种?大多数情况下，可以在运算实际开始之前或者在运算中间产生条件码，对吗?理解精确和不精确断点含义，现在处理器常用哪个？采用不精确断点法可能会发生的问题是什么？了解四种处理机指令级并行度，其指令发射有什么区别？超标量处理机是多发射处理机吗？它是否需要设置一个先行指令窗口？多流水线有哪3种调度方法，哪种性能最高？超标量处理机中，操作部件为什么要采用流水线结构？普通标量处理机，希望相同操作连续出现，超标量处理机正好相反，对吗？为什么？理解超标量和超流水线处理机的不同三种并行处理机的哪种性能最高？为什么？并行处理机的设计是否是并行度越