计算机体系结构知识点

第一章计算机体系结构得基本概念

1计算机系统结构得经典定义

程序员所瞧到得计算机属性，即概念性结构与功能特性。

2透明性在计算机技术中，把这种本来存在得事物或属性，但从某种角度瞧又好像不存在得概念称为透明性。

3系列机由同一厂家生产得具有相同系统结构、但具有不同组成与实现得一系列不同型号得计算机。

4常见得计算机系统结构分类法有两种：Flynn 分类法、冯氏分类法

Flynn 分类法把计算机系统得结构分为4 类：

单指令流单数据流(SISD)

单指令流多数据流(SIMD)

多指令流单数据流(MISD)

多指令流多数据流(MIMD)

5 改进后程序得总执行时间系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比6CPI（Cycles Per Instruction）:每条指令执行得平均时钟周期数CPI = 执行程序所需得时钟周期数／IC

7存储程序原理得基本点：指令驱动

8冯·诺依曼结构得主要特点

1以运算器为中心。

2在存储器中，指令与数据同等对待。指令与数据一样可以进行运算，即由指令组成得程序就是可以修改得。

3存储器就是按地址访问、按顺序线性编址得一维结构，每个单元得位数就是固

定得。

4指令得执行就是顺序得

5指令由操作码与地址码组成。

6指令与数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。

9软件得可移植性一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。差别只就是执行时间得不同。我们称这两台计算机就是软件兼容得。实现可移植性得常用方法:采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。软件兼容：向上（下）兼容：按某档机器编制得程序，不加修改就能运行于比它高（低）档得机器。向前（后）兼容：按某个时期投入市场得某种型号机器编制得程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场得机器。向后兼容就是系列机得根本特征。兼容机：由不同公司厂家生产得具有相同系统结构得计算机。

10并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。同时性：两个或两个以上得事件在同一时刻发生。并发性：两个或两个以上得事件在同一时间间隔内发生。从处理数据得角度来瞧，并行性等级从低到高可分为：

1字串位串：每次只对一个字得一位进行处理。最基本得串行处理方式，不存在并行性。

2字串位并：同时对一个字得全部位进行处理，不同字之间就是串行得。开始出现并行性。

3字并位串：同时对许多字得同一位（称为位片）进行处理。具有较高得并行性。

4全并行：同时对许多字得全部位或部分位进行处理。最高一级得并行。

从执行程序得角度来瞧，并行性等级从低到高可分为：

1指令内部并行：单条指令中各微操作之间得并行。

2指令级并行：并行执行两条或两条以上得指令。

3线程级并行：并行执行两个或两个以上得线程。通常就是以一个进程内派生得多个线程为调度单位。

4任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上得过程或任务（程序段）以子程序或进程为调度单元。

5作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上得作业或程序。提高并行性得技术途径：

1时间重叠引入时间因素，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得各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。

2资源重复引入空间因素，以数量取胜。通过重复设置硬件资源，大幅度地提高计算机系统得性能。

3资源共享这就是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。

第二章计算机指令集结构

1CPU 中用来存储操作数得存储单元得主要类型：堆栈、累加器、通用寄存器组2通用寄存器型指令集结构进一步细分为3 种类型

寄存器-寄存器型（RR 型）寄存器-存储器型（RM 型）存储器-存储器型（MM 型）

3指令集结构得设计主要考虑3 个因素：速度、成本、灵活性对指令集得基

本要求：完整性、规整性、高效率、兼容性

4设计RISC 机器遵循得原则

1指令条数少而简单。只选取使用频度很高得指令，在此基础上补充一些最有用得指令。

2采用简单而又统一得指令格式，并减少寻址方式；指令字长都为32 位或64 位。

3指令得执行在单个机器周期内完成。(采用流水线机制)

4只有load 与store 指令才能访问存储器，其她指令得操作都就是在寄存器之间进行。（即采用load-store 结构）

5大多数指令都采用硬连逻辑来实现。

6强调优化编译器得作用，为高级语言程序生成优化得代码。

7充分利用流水技术来提高性能。

5指令由两部分组成：操作码、地址码指令集得3 种编码格式：变长编码格式、定长编码格式、混合型编码格式

第三章流水线技术

1流水线技术：把一个重复得过程分解为若干个子过程，每个子过程由专门得功能部件来实现。把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，这样，每个子过程就可以与其她得子过程并行进行。流水线中得每个子过程及其功能部件称为流水线得级或段，段与段相互连接形成流水线。流水线得段数称为流水线得深度。通过时间：第一个任务从进入流水线到流出结果所需得时间。排空时间：最后一个任务从进入流水线到流出结果所需得时间。

2分类

1单功能流水线与多功能流水线单功能流水线：只能完成一种固定功能得流水线。多功能流水线：流水线得各段可以进行不同得连接，以实现不同得功能。2静态流水线与动态流水线静态流水线：在同一时间内，多功能流水线中得各段只能按同一种功能得连接方式工作。动态流水线：在同一时间内，多功能流水线中得各段可以按照不同得方式连接，同时执行多种功能。

3部件级、处理机级及处理机间流水线部件级流水线（运算操作流水线）：把处理机得算术逻辑运算部件分段，使得各种类型得运算操作能够按流水方式进行。处理机级流水线（指令流水线）：把指令得解释执行过程按照流水方式处理。把一条指令得执行过程分解为若干个子过程，每个子过程在独立得功能部件中执行。处理机间流水线（宏流水线）：它就是由两个或者两个以上得处理机串行连接起来，对同一数据流进行处理，每个处理机完成整个任务中得一部分。

4线性流水线与非线性流水线线性流水线：流水线得各段串行连接，没有反馈回路。数据通过流水线中得各段时，每一个段最多只流过一次。非线性流水线：流水线中除了有串行得连接外，还有反馈回路。

5顺序流水线与乱序流水线顺序流水线：流水线输出端任务流出得顺序与输入端任务流入得顺序完全相同。每一个任务在流水线得各段中就是一个跟着一个顺序流动得。乱序流水线：流水线输出端任务流出得顺序与输入端任务流入得顺序可以不同，允许后进入流水线得任务先完成（从输出端流出）。

6标量处理机与向量流水处理机标量处理机：处理机不具有向量数据表示与向量指令，仅对标量数据进行流水处理。向量流水处理机：具有向量数据表示与向量指令得处理机。

3吞吐率：在单位时间内流水线所完成得任务数量或输出结果得数量。TP ? n TK 解决流水线瓶颈问题得常用方法:细分瓶颈段、重复设置瓶颈段。加速比：完成同样一批任务，不使用流水线所用得时间与使用流水线所用得时间之比。S ? Ts Tk 效率：流水线中得设备实际使用时间与整个运行时间得比值，即流水线设备得利用率。n E? k ?n?1 当流水线各段时间相等时，流水线得效率与吞吐率成正比。n TP ? Tk Tk=(k+n-1)△t E=TP△t△t=T 通过/m (m 表示段数) 流水线得效率就是流水线得实际加速比S 与它得最大加速比k 得比值。E= S S= k k nk ?n?1 从时空图上瞧，效率就就是n 个任务占用得时空面积与k 个段总得时空面积之比。

4一条指令得执行过程分为以下 5 个周期：1取指令周期（IF）IR ←Mem[PC] 。PC 值加4。（假设每条指令占4 个字节）2指令译码/读寄存器周期（ID）译码。用IR 中得寄存器编号去访问通用寄存器组，读出所需得操作数。3执行/有效地址计算周期（EX）不同指令所进行得操作不同：存储器访问指令：ALU 把所指定得寄存器得内容与偏移量相加，形成用于访存得有效地址。寄存器－寄存器ALU 指令：ALU 按照操作码指定得操作对从通用寄存器组中读取得数据进行运算。寄存器－立即数ALU 指令：ALU 按照操作码指定得操作对从通用寄存器组中读取得第一操作数与立即数进行运算。分支指令：ALU 把偏移量与PC 值相加，形成转移目标得地址。同时，对在前一个周期读出得操作数进行判断，确定分支就是否成功。

4 存储器访问／分支完成周期（MEM）该周期处理得指令只有load、store 与分支指令。其她类型得指令在此周期不做任何操作。load 与store 指令load 指令：用上一个周期计算出得有效地址从存储器中读出相应得数据。store 指

令：把指定得数据写入这个有效地址所指出得存储器单元。分支指令分支“成功”，就把转移目标地址送入PC。分支指令执行完成。

5写回周期（WB）ALU 运算指令与load 指令在这个周期把结果数据写入通用寄存器组。ALU 运算指令：结果数据来自ALU。load 指令：结果数据来自存储器系统。

5相关：两条指令之间存在某种依赖关系。相关有3 种类型:数据相关（也称真数据相关）、名相关、控制相关数据相关具有传递性，反映了数据得流动关系如果两条指令使用相同得名，但就是它们之间并没有数据流动，则称这两条指令存在名相关。反相关：如果指令j 写得名与指令i 读得名相同，则称指令i 与j 发生了反相关。指令j 写得名＝指令i 读得名输出相关：如果指令j 与指令i 写相同得名，则称指令i 与j 发生了输出相关。指令j 写得名＝指令i 写得名换名技术：通过改变指令中操作数得名来消除名相关。前提：寄存器足够。控制相关就是指由分支指令引起得相关。流水线冲突就是指对于具体得流水线来说，由于相关得存在，使得指令流中得下一条指令不能在指定得时钟周期执行。

6流水线冲突有3 种类型：结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行得要求而发生得冲突。数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令得执行结果而发生得冲突。控制冲突：流水线遇到分支指令与其她会改变PC 值得指令所引起得冲突。数据冲突有：写后读冲突（RAW）在i 写入之前，j 先去读。j 读出得内容就是错误得。对应于数据相关写后写冲突（WAW）在i 写入之前，j 先写。最后写入得结果就是i 得。错误！对应于输出相关读后写冲突（WAR）在i 读之前，j 先写。i 读出得内容就是错误得！由反相关

引起。定向技术：在某条指令产生计算结果之前，其她指令并不真正立即需要该计算结果，如果能够将该计算结果从其产生得地方直接送到其她指令需要它得地方，那么就可以避免停顿。流水线互锁机制，插入“暂停”。作用：检测发现数据冲突，并使流水线停顿，直至冲突消失。依靠编译器解决数据冲突让编译器重新组织指令顺序来消除冲突，这种技术称为指令调度或流水线调度。控制冲突处理分支指令最简单得方法：“冻结”或者“排空”流水线。由分支指令引起得延迟称为分支延迟。减少分支延迟得方法：预测分支失败允许分支指令后得指令继续在流水线中流动，就好象什么都没发生似得。若确定分支失败，将分支指令瞧作就是一条普通指令，流水线正常流动。若确定分支成功，流水线就把在分支指令之后取出得所有指令转化为空操作，并按分支目地重新取指令执行。要保证：分支结果出来之前不会改变处理机得状态，以便一旦猜错时，处理机能够回退到原先得状态。预测分支成功假设分支转移成功，并从分支目标地址处取指令执行。起作用得前题：先知道分支目标地址，后知道分支就是否成功。前述

5 段流水线中，这种方法没有任何好处。延迟分支主要思想：从逻辑上“延长”分支指令得执行时间。把延迟分支瞧成就是由原来得分支指令与若干个延迟槽构成，不管分支就是否成功，都要按顺序执行延迟槽中得指令。分支延迟指令得调度任务：在延迟槽中放入有用得指令。由编译器完成。能否带来好处取决于编译器能否把有用得指令调度到延迟槽中。三种调度方法：从前调度、从目标处调度、从失败处调度MIPS 若检测到RAW 冲突，流水线互锁机制必须在流水线中插入停顿，并使当前正处于IF 段与ID 段得指令不再前进。分支指令得条件测试与分支目标地址计算在EX 段完成，对PC 得修改在MEM

段完成。向量处理机在流水线处理机中，设置向量数据表示与相应得向量指令，称为向量处理机。不具有向量数据表示与相应得向量指令得流水线处理机，称为标量处理机。

处理方式：

1横向(水平)处理方式向量计算就是按行得方式从左到右横向地进行。组成循环程序进行处理。i 数据相关：N 次功能切换：2N 次不适合于向量处理机得并行处理。

2纵向(垂直)处理方式向量计算就是按列得方式从上到下纵向地进行。两条向量指令之间：数据相关：1 次功能切换：1 次对处理机结构得要求：存储器－存储器结构

3纵横(分组)处理方式又称为分组处理方式。把向量分成若干组，组内按纵向方式处理，依次处理各组。对处理机结构得要求：寄存器－寄存器结构提高向量处理机性能得方法：设置多个功能部件，使它们并行工作。采用链接技术，加快一串向量指令得执行。采用循环开采技术，加快循环得处理。采用多处理机系统，进一步提高性能。链接技术链接特征：具有先写后读相关得两条指令，在不出现功能部件冲突与源向量冲突得情况下，可以把功能部件链接起来进行流水处理，以达到加快执行得目得。链接特性得实质：把流水线定向得思想引入到向量执行过程得结果。

第4 章指令级并行

这种指令之间存在得潜在并行性称为指令级并行。

1流水线处理机得实际CPI 理想流水线得CPI 加上各类停顿得时钟周期数：CPI 流水线= CPI 理想+ 停顿结构冲突+ 停顿数据冲突冲突+ 停顿控制

理想CPI 就是衡量流水线最高性能得一个指标。

2基本程序块：一段除了入口与出口以外不包含其她分支得线性代码段。

3循环级并行：使一个循环中得不同循环体并行执行。

4程序顺序：由源程序确定得在完全串行方式下指令得执行顺序。保持异常行为就是指：无论怎么改变指令得执行顺序，都不能改变程序中异常得发生情况。数据流：指数据值从其产生者指令到其消费者指令得实际流动。静态调度依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关与冲突。它不就是在程序执行得过程中、而就是在编译期间进行代码调度与优化。通过把相关得指令拉开距离来减少可能产生得停顿。动态调度在程序得执行过程中，依靠专门硬件对代码进行调度，减少数据相关导致得停顿不精确异常：当执行指令i 导致发生异常时，处理机得现场（状态）与严格按程序顺序执行时指令i 得现场不同。精确异常：如果发生异常时，处理机得现场跟严格按程序顺序执行时指令i 得现场相同。记分牌算法与Tomasulo 算法就是两种比较典型得动态调度算法。Tomasulo 算法基本思想1核心思想记录与检测指令相关，操作数一旦就绪就立即执行，把发生RAW 冲突得可能性减少到最小；通过寄存器换名来消除WAR 冲突与WAW 冲突。更多地依赖于硬件寄存器换名可以消除WAR 冲突与WAW 冲突。寄存器换名就是通过保留站与流出逻辑来共同完成得。Tomasulo 算法具有以下两个特点：冲突检测与指令执行控制就是分布得。每个功能部件得保留站中得信息决定了什么时候指令可以在该功能部件开始执行。计算结果通过CDB 直接从产生它得保留站传送到所有需要它得功能部件，而不用经过寄存器。每个保留站有以下几个字段：Op：要对源操作数进行得操作。Qj，Qk：将产生源操作数得保留站号。等于0 表示操作数已经就绪且

在Vj 或Vk 中，或者不需要操作数。Vj，Vk：源操作数得值。对于每一个操作数来说，V 或Q 字段只有一个有效。对于load 来说，Vk 字段用于保存偏移量。Busy：为“yes”表示本保留站或缓冲单元“忙”。A：仅load 与store 缓冲器有该字段。开始就是存放指令中得立即数字段，地址计算后存放有效地址。动态分支预测：在程序运行时，根据分支指令过去得表现来预测其将来得行为。分支历史表BHT（Branch History Table）或分支预测缓冲器（Branch Prediciton Buffer）最简单得动态分支预测方法。用BHT 来记录分支指令最近一次或几次得执行情况（成功或不成功），并据此进行预测。BTB 目标：将分支得开销降为0 方法：分支目标缓冲将分支成功得分支指令得地址与它得分支目标地址都放到一个缓冲区中保存起来，缓冲区以分支指令得地址作为标识。这个缓冲区就就是分支目标缓冲器（Branch-Target Buffer，简记为BTB，或者Branch-Target Cache）。循环展开与指令调度增加指令间并行性最简单与最常用得方法开发循环级并行性——循环得不同迭代之间存在得并行性。在把循环展开后，通过重命名与指令调度来开发更多得并行性。编译器完成这种指令调度得能力受限于两个特性：程序固有得指令级并行性；流水线功能部件得执行延迟。循环展开与指令调度时要注意以下几个方面：保证正确性。在循环展开与调度过程中尤其要注意两个地方得正确性：循环控制，操作数偏移量得修改。注意有效性。只有能够找到不同循环体之间得无关性，才能有效地使用循环展开。使用不同得寄存器。（否则可能导致新得冲突）删除多余得测试指令与分支指令，并对循环结束代码与新得循环体代码进行相应得修正。注意对存储器数据得相关性分析例如：对于load 指令与store 指令，如果它们在不同得循环迭代中访问得存储器地址就是不同得，它们就就是

相互独立得，可以相互对调。注意新得相关性由于原循环不同次得迭代在展开后都到了同一次循环体中，因此可能带来新得相关性。

计算机体系结构解

计算机体系结构解

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第一章计算机组成原理 本部分要求掌握计算机方面的基础知识，包括计算机的发展、计算的系统组成、基本组成和工作原理、计算机的数制数据表示以及运算校验、指令系统以及计算机系统的安全等基础性的知识。内容多而且复杂，尤其是有关计算机硬件方面的内容，很细而且灵活性不高，知识量相当大，掌握这部分一定要多下功夫，学会取舍、把握重点、抓住要害。 1.1 考试大纲及历年考题知识点 1.1.1 大纲要求 考试要求： 1 掌握数据表示、算术和逻辑运算； 2 掌握计算机体系结构以及各主要部件的性能和基本工作原理考试范围 1 计算机科学基础 1.1 数制及其转换二进制、十进制和十六进制等常用制数制及其相互转换 1.2 数据的表示 ?数的表示（原码、反码、补码、移码表示，整数和实数的机内表示，精度和溢出）?非数值表示（字符和汉字表示、声音表示、图像表示） ?校验方法和校验码（奇偶校验码、海明校验码、循环冗余校验码） 1.3 算术运算和逻辑运算 ?计算机中的二进制数运算方法 ?逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简 2．计算机系统知识 2.1 计算机系统的组成、体系结构分类及特性 ?CPU 和存储器的组成、性能和基本工作原理 ?常用I/O 设备、通信设备的性能，以及基本工作原理 ?I/O 接口的功能、类型和特性 ?I/O 控制方式（中断系统、DMA、I/O 处理机方式） ?CISC/RISC，流水线操作，多处理机，并行处理 2.2 存储系统 ?主存-Cache 存储系统的工作原理 ?虚拟存储器基本工作原理，多级存储体系的性能价格 ?RAID 类型和特性 2.3 安全性、可靠性与系统性能评测基础知识 ?诊断与容错 ?系统可靠性分析评价 ?计算机系统性能评测方式 1.2 计算机科学基础 1.2.1 数制及其转换 1、R 进制转换成十进制的方法按权展开法:先写成多项式,然后计算十进制结果. 举例： (1101.01)2=1×2^3+1×2^2+0×2^1+1×2^0+ 0×2^-1+1×2^-2 =8+4+1+0.25=13.25 (237)8=2×8^2+3×8^1+7×8^0 =128+24+7=159 (10D)16=1×16^2+13×16^0=256+13=269

计算机体系结构期末复习

计算机体系结构期末复习资料 1.并行性：是指在同一时刻或者是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。 2.CPI：每条指令执行时所花费的平均时钟周期。 3.体系结构：即计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 4.Amdahl定理：加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。 5.信息存储的整数边界：信息在主存中存放的起始地址必须是该信息（字节数）的整数倍。 6.指令系统的正交性：指在指令中各个不同含义的字段，在编码时应互不相关，相互独立。 7.流水线技术：是指将一个重复的时序过程，分解成为若干子过程，而每个过程都可有效在其专用功能段上与其他子过程同时执行。 8.定向技术：在某条指令产生一个结果之前，其他指令并不直接需要该计算结果，如果能将该计算结果从其他产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，那么就可以避免暂停的技术就叫定向技术。 9.相关：衡量两个随机变量之间相关程度的指标。 10.向量流水处理机：是指处理机具有向量数据表示并通过向量指令对向量的各元素进行处理。、

11.定向：将计算结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，或所有需要它的功能单元，避免暂停。 12.指令集的并行：当指令之间不存在相关时，它们在流水线中是可以重叠起来并行执行。 13.记分牌技术：流出和读操作数。在没有结构冲突时,尽可能早地执行没有数据冲突的指令,实现每个时钟周期执行一条指令。如果某条指令被暂停,而后面的指令与流水线中正在执行或被暂停的指令都不相关,是这些指令可以跨越它,继续流出和执行下去。 14.Tomasulo算法：寄存器换名是通过保留站和流出逻辑来共同完成,当指令流出时,如果其操作数还没有计算出来,则该指令中相应的寄存器换名将产生这个操作数的保留站的标识。因此,指令流出到保留站后,其操作数寄存器或者换成了数据本身,或换成了保留站的标识,和寄存器无关。后面指令对该寄存器的写入操作就不会产生WAR冲突。 15.替换算法：由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。

软件体系结构总结

第一章：1、软件体系结构的定义 国内普遍看法： 体系结构=构件+连接件+约束 2、软件体系结构涉及哪几种结构： 1、模块结构（Module） 系统如何被构造为一组代码或数据单元的决策 2、构件和连接件结构（Component-And-Connector，C&C） 系统如何被设计为一组具有运行时行为（构件）和交互（连接件）的元素 3、分配结构（Allocation） 展示如何将来自于模块结构或C&C结构的单元映射到非软件结构（硬件、开发组和文件系统） 3、视图视点模型 视点（View point） ISO/IEC 42010:2007 (IEEE-Std-1471-2000)中规定：视点是一个有关单个视图的规格说明。 视图是基于某一视点对整个系统的一种表达。一个视图可由一个或多个架构模型组成 架构模型 架构意义上的图及其文字描述（如软件架构结构图） 视图模型 一个视图是关于整个系统某一方面的表达，一个视图模型则是指一组用来构建 4、软件体系结构核心原模型 1、构件是具有某种功能的可复用的软件结构单元，表示了系统中主要的计算元素和数据存储。 2.连接件(Connector)：表示构件之间的交互并实现构件

之间的连接 特性：1)方向性2)角色3)激发性4)响应特征 第二章 1、软件功能需求、质量属性需求、约束分别对软件架构产生的影响 功能性需求：系统必须实现的功能，以及系统在运行时接收外部激励时所做出的行为或响应。 质量属性需求：这些需求对功能或整个产品的质量描述。 约束：一种零度自由的设计决策，如使用特定的编程语言。 质量原意是指好的程度，与目标吻合的程度，在软件工程领域，目标自然就是需求。 对任何系统而言，能按照功能需求正确执行应是对其最基本的要求。 正确性是指软件按照需求正确执行任务的能力，这无疑是第一重要的软件质量属性。质量属性的优劣程度反映了设计是否成功以及软件系统的整体质量。 系统或软件架构的相关视图的集合，这样一组从不同视角表达系统的视图组合在一起构成对系统比较完整的表达

计算机系统结构有详细答案

(仅供参考，不作为考试标准)， 选择题分，每题分)2(30计算机系统结构设计者所关心的是________所看到的的计算机结构。 A)硬件设计人员B)逻辑设计人员 D)高级语言程序员C)机器语言或汇编语言程序员 。意________，应当注提系在计算机统设计时，为了高系统性能度的令执行速快A)加经常性使用指大的指令特B)要别精心设计少量功能强数的占减少在数量上很小比例的指令条C)要度D)要加快少量指令的速 。的问题统中因________而导致系主重叠寄存器技术要用于解决在RISC 流水线影A)JMP指令响保护令B)CALL指的现场问存储器不便来只C)有LOAD和STORE指令带的访度速器访问D)存储 ________ 效率高计为使流水算机运行要A)各过程段时间不同B)连续处理的任务类型应该不同 D)连续处理的任务数尽可能少C)连续处理的任务类型应该相同 栈型替是的________。换算法堆不属于B)近期最少A)近期最使用法久未用法 D)页面失效频率法出进C)先先法 象联组，相映的优点。是________象联全与相映相比B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率小录A)目表高 是方好关相指除中叠次一重消令最的法________。B)设相关专用令指改准A)不修通路 令指条下析分后推C) 令指条下行执后推D) 流的用采，时关据数到，中作水操遇相________。有法办解决器译编化优A)用办的排新重令指过通，测检序法据数B)向定重技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 D)上述多级混洗交换网络任何网络C) 序传送的________。是以虫蚀寻径流水方式在各寻径器是顺B)包A)消息C)片节D)字 ________ 处理机超标量作指条令部件个B) 只有一操期A)在一个时钟周内分时发射多多钟C)在一个时周期内同时发射条指令件有只一个取指部D)

系统结构期末考试试题及答案

得分 评分人 填空题: （20分，每题2 分） 单选题：（10分，每题1分） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B. 一个虚页只装进固定的主存实页位置 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ） 得分 注：1、共100分，考试时间120分钟。 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ A. 目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对 （B ）是透明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） C. 组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、（ C ） 属于MIMD 系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D. 阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、 计算机使用的语言是（B ） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（ C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 &块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（A ） A.直接 B .组相联 C .段相联 D .全相联 9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响 Cache 命中率的是（B ） A.增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数 10、 流水处理机对全局性相关的处理不 包括（C ） A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路

计算机系统结构复习总结

计算机系统结构复习总结

计算机系统结构复习总结 一、计算机系统结构概念 1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。 *注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。 1.2 计算机系统的层次结构 现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。 现代计算机结构图 *注意：计算机结构的层次模型 依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。

从语言层次上画分可得下图： 计算机结构的层次模型 1.3计算机系统结构组成与实现 计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面 计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现 计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系： 计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可

能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。 计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。 1.4 计算机系统结构的分类 计算机结构分类方式主要有三种： （1）按“流”分类 按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中 指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。指令流是指机 器执行的指令序列，数据流是指指令流调用 的数据序列。多倍性是指在计算机中最受限 制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单 位中，最多可并行执行的指令条数或处理的 数据个数。 *注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻

计算机体系结构参考1

第一题选择题 1．SIMD是指（B） A、单指令流单数据流 B、单指令流多数据流 C、多指令流单数据流 D、多指令流多数据流 2．下列那种存储设备不需要编址？D A. 通用寄存器 B. 主存储器 C. 输入输出设备 D. 堆栈 3．按照计算机系统层次结构，算术运算、逻辑运算和移位等指令应属于（A）级机器语言。 A、传统机器语言机器 B、操作系统机器 C、汇编语言机器 D、高级语言机器 4．早期的计算机系统只有定点数据表示，因此硬件结构可以很简单。但是这样的系统有明显的缺点，下面哪一个不是它的缺点：B A．数据表示范围小 B．单个需要的计算时钟周期多 C．编程困难 D．存储单元的利用率很低 7．下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的？D A）随机页面替换算法 B）先进先出替换算法 C）最久没有使用算法 D）最优替换算法

9．指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？C A. 固定长度编码 B. 扩展编码法 C. huffman编码法 D. 以上编码都不是 10．在早期冯·诺依曼计算机特征中，机器以（C）为中心。 A、存储器 B、输入输出设备 C、运算器 D、控制器 1.RISC 计算机的指令系统集类型是( C ) 。 A. 堆栈型 B. 累加器型 C. 寄存器—寄存器型 D. 寄存器- 存储器型 2、相联存储器的访问方式是( D )。 A．先进先出顺序访问 B．按地址访问 C．无地址访问 D．按内容访问 3、假设—条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每—段分别只有—个部件可供使用，并且执行时间分别为Δt、2Δt和3Δt，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为( C )。 （假设“取指令”、“分析”和“执行”可重叠，并假设n足够大） A．6 nΔt B．2 nΔt C．3 nΔt D．nΔt 6、下列计算机不属于RISC计算机的是（C ）。 A．SUN：Ultra SPARC

计算机体系结构知识点

目录 第一章计算机系统结构基本概念 (2) (一) 概念 (2) (二) 定量分析技术 (3) (三) 计算机系统结构发展 (4) (四) 计算机的并行性 (5) 第二章计算机指令集结构 (7) 一. 指令集结构的分类 (7) 二. 寻址方式 (7) 三. 指令集结构的功能设计 (8) 四. 指令格式的设计 (10) 五. MIPS指令集结构 (10) 第三章流水线技术 (14) 一. 流水线的基本概念 (14) 二. 流水线的性能指标 (14) 三. 流水线的相关与冲突 (16) 四. 流水线的实现 (18) 第四章指令集并行 (18) 付志强

第一章计算机系统结构基本概念 (一)概念 什么是计算机系统结构:程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性. 透明性:在计算机技术中,把本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念成为透明性. 常见计算机系统结构分类法 冯氏分类法(冯泽云):按最大并行度对计算机进行分类. Flynn分类法:按指令流和数据流多倍性进行分类 ①单指令流单数据流 ②单指令流多数据流 ③多指令流单数据流(不存在) ④多指令流多数据流 付志强

(二)定量分析技术 Amdahl定律:加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速比,受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比. 加速比=系统性能 改进后 系统性能 改进前 = 总执行时间 改进前 总执行时间 改进后 加速比依赖于以下两个因素 ①可改进比例 ②部件加速比 CPU性能公式 CPU时间 CPU时间=执行程序所需时间的时钟周期数x时钟周期时间(系统频率倒数) CPI(Cycles Per Instruction) CPI =执行程序所需时钟周期数/所执行指令条数 ∴CPU时间= IC x CPI x 时钟周期时间 可知CPU性能取决于一下三个方面 ①时钟周期时间:取决于硬件实现技术和计算机组成 付志强

计算机系统结构期末考试题目

第一章： 1.计算机系统结构的定义 答：由程序设计者看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。 2.透明性概念 答：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。 3.兼容性向后兼容 兼容性：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。 向后兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行于在它之后投入市场的机器。 4.Amdahl定律 答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。 5.CPI 答：每条指令的平均时钟周期数。 6.MIPS 答：每秒百万条指令数！MIPS=时钟频率/(CPI*10^6) 7.MFLOPS 答：每秒百万次浮点操作次数。MFLOPS=程序中的浮点操作次数/(执行时间*10^6) 8.命中率的概念 答： 9.Flynn分类法是按指令流和数据流的多倍性特征进行计算机系统结构的划分 答：①单指令流单数据流SISD ②单指令流多数据流SIMD ③多指令流单数据流MISD（实际不存在）④多指令流多数据流MIMD 10.计算机系统设计的定量原理（四个） 答：①加快经常性事件的速度②Amdahl定律③CPU性能公式④访问的局部性原理11.CPI和加速比的计算 答：CPI=CPU时钟周期数/IC CPU时间=CPU时钟周期数/频率 CPU时间=CPU时钟周期*时钟周期长 加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施前的性能） =(没有采用改进措施前执行某任务的时间)/(采用改进措施后执行某任务的时间) 12.软硬件实现的特点 硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少 软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多 13.系统评价的标准 ①运算速度②存储器系统③其他性能④成本标准

计算机系统结构学习心得

计算机系统结构学习心得 姓名： 班级： 学号：

在大四上学期课程中对于计算机系统结构的学习已经结束，老师细心的讲解，耐心的辅导，是我从中学到很多的知识。 从中我了解到计算机系统结构（Computer Architecture）也称为计算机体系结构，它是由计算机结构外特性，内特性，微外特性组成的。经典的计算机系统结构结构的定义是指计算机系统多级层次结构中机器语言机器级的结构，它是软件和硬件固件的主要交界面，是由机器语言程序、汇编语言源程序和高级语言源程序翻译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所应具有的界面结构和功能。计算机系统结构指的是什么? 是一台计算机的外表? 还是是指一台计算机内部的一块块板卡安放结构? 都不是，那么它是什么? 计算机系统结构就是计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的"系统结构"是指什么呢? 它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是"系统结构"研究的问题了。系统结构只管到这一层。关于计算机系统的多层次结构，用"人"这种动物的不恰当的例子列表对比如下。计算机系统，人，应用语言级，为人民服务级，高级语言级，读书、学习级，汇编语言级，语言、思维级，操作系统级，生理功能级，传统机器级，人体器官级，微程序机器级，细胞组织级，电子线路级，分子级。传统机器级以上的所有机

器都称为虚拟机，它们是由软件实现的机器。软硬件的。功能在逻辑上是等价的，即绝大多部分硬件的功能都可用软件来实现，反之亦然。计算机系统结构的外特性，一般应包括以下几个方面(这也就是我们要分章学习的几个章节)把这几个方面弄清了，系统结构也就基本明确了：(1)指令系统 (2)数据指令 (3)作数的寻址方式 (4)寄存器的构成定义 (5)中断机构和例外条件 (6)存 储体系和管理 (7)I/O结构 (8)机器工作状态定义和切换 (9)信息保护。所以在以后的学习中常回头想想这是系统结构的哪一方面，这对把握全局有好处。这里提一下计算机系统结构的内部特性，计算机系统结构的内特性就是将那些外特性加以"逻辑实现"的基本属性。所谓"逻辑实现"就是在逻辑上如何实现这种功能，比如"上帝"给鸡设计了一个一定大小的胃，这个胃的功能是消化食物，这就是鸡系统的某一外特性，那怎么消化呢，就要通过鸡喙吃进食物和砂石,再通过胃的蠕动、依靠砂石的研磨来消化食物，这里的吃和蠕动等操作就是内特性。还有一个就是计算机实现，也就是计算机组成的物理实现。它主要着眼于器件技术和微组装技术。拿上面的例子来说，这个胃由哪些组织组成几条肌肉和神经来促使它运动就是"鸡实现"。据此我们可以分清计算机系统的外特性、内特性以及物理实现之间的关系。在所有系统结构的特性中，指令系统的外特性是最关键的。因此，计算机系统结构有时就简称为指令集系统结构。我们这门课注重学习的是计算机的系统结构，传统的讲，就是处在硬件和软件之间介面的描述，

完整版计算机体系结构课后习题原版答案_张晨曦著

第1章计算机系统结构的基本概念 (1) 第2章指令集结构的分类 (10) 第3章流水线技术 (15) 第4章指令级并行 (37) 第5章存储层次 (55) 第6章输入输出系统 (70) 第7章互连网络 (41) 第8章多处理机 (45) 第9章机群 (45) 第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。

计算机测试系统发展综述

计算机测试系统发展综述 来源：牌技研究中心 https://www.sodocs.net/doc/5f10204594.html, 摘要: 计算机测试系统通常作为设备或武器系统的一个不可缺少的组成部分,其测试性能是衡量设备或武器系统优劣的一项重要指标。其应为基于标准总线的、模块化的开放式体系结构且具备虚拟仪器特点。通过分析和比较VXI总线和PXI总线特点,给出了计算机测试系统的发展方向。归纳出了计算机测试系统应具备的9个方面功能。给出了设计和研制计算机测试系统应遵循的基本原则。 关键词: 测试系统;VXI总线; PXI总线 测试技术涉及到众多学科专业领域,如传感器、数据采集、信息处理、标准总线、计算机硬件和软件、通信等等。测试技术与科学研究、工程实践密切相关,两者相辅相成,科学技术的发展促进了测试技术的发展,测试技术的发展反过来又促进了科学技术的进步。 测试仪器发展至今,大体经历了5 代: 模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。自上个世纪80年代以来,伴随微电子技术和计算机技术飞速发展,测试技术与计算机技术的融合已引起测试领域一场新的革命。1986 年美国国家仪器公司提出“虚拟仪器”即“软件就是仪器”的概念。虚拟仪器是卡式仪器的进一步发展,是计算机技术应用于仪器领域而产生的一种新的仪器类型,它以标准总线作为测试仪器和系统的基本结构框架,配置测量模块,通过软件编程实现强大的测量功能。在虚拟仪器系统中,用灵活、强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件,用人的智力资源代替物质资源,特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的解析,使仪

器中的一些硬件、甚至整件仪器从系统中“消失”,而由计算机的硬软件资源来完成它们的功能。另外,通过软件可产生许多物理设备难以产生的激励信号以检测并处理许多以前难以捕捉的信号。虚拟仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物,是传统测试仪器与测试系统观念的一次巨大变革。 测试技术和设备涉及国民经济和国防建设的各行各业,先进的电子测试设备在众多行业的科研、生产和设备维护使用过程中起着举足轻重的作用。特别是在电子产品、航空航天、武器装备、工业自动化、通信、能源等诸多领域,只要稍微复杂一点的涉及到弱电的系统(或装置)都要考虑测试问题。测试系统是设备或装备的一个必不可少的组成部分,如武器系统的维护维修离不开测试设备。一个系统(或装置)测试功能的完备与否已成为衡量其设计是否合理和能否正常运行的关键因素之一。 测试仪器和系统在国民经济和国防建设中起着把关和指导者的作用,它们广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工和国防科研等行业。测试仪器和系统从生产现场各个环节获得各种数据,进行处理、分析和综合,通过各种手段或控制装置使生产环节得到优化,进而保证和提高产品质量。在武器系统科研试验现场,测试仪器和系统可获得试验中各个阶段和最终试验数据,用于及时发现试验中出现的问题和给出试验结论,并为后续相关试验提供依据。因此,测试仪器与系统对于提高科研和试验效率,加快武器试验进程和保证试验安全至关重要。以雷达、综合电子战为代表的军事电子领域,以预警机、战斗机、卫星通信、载人航天和探月工程为代表的航空、航天领域及以导弹武器系统为代表的兵器领域等都离不开测试设备,它是这些装备和系统正常使用和日常维护及维修所必备的。 1 系统类型 现代的测试系统主要是计算机化系统,它是计算机技术与测量技术深层次结合的产物。随着计算机技术的发展,构成测试系统的可选择性不断加大,按照测试功能要求,可构成多种类型的计算机测试系统。在计算机测试系统分类问题上并没有严格的统

2020.4《计算机体系结构》期末试卷A含答案

《计算机体系结构》期末考试A卷 (总分：100分，时间：100分钟) 姓名：周元华 专业：计算机科学与技术 学号： 18260070164016 学习中心：上海弘成 一、填空题（每空1分，共14分） 1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：全向量方式，直接相联方式，组相连方式。 2.虚拟存储器的三种管理方式是段式管理，页式管理和 段页式管理。 3.从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了提高速度，而“主存—辅存”层次的目的是为了扩大容量 4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据相关冲突可分为读与写（RAM）、写与读（WAR）和写与写（WAW）三种类型。 5.当代计算机体系结构的概念包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容 二、名词解释（每题2分，共16分） 计算机体系结构： 计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。其中计算机理论组成部分并不单与某一个实际硬件相挂钩，如存储部分就包括寄存器、内存、硬盘等。 兼容机： 兼容机，就是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。简单点说，就是非厂家原装，而改由个体装配而成的机器，其中的元件可以是同一厂家出品，但更多的是整合各家之长的 计算机。 写直达法： 写直达法一般指全写法。全写法（write-through）：又称写直达法、写穿法，透写法，Cache使 用方式之一。 高速缓冲存储器: 高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快 的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM 技术，也有快取记忆体的名称。 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成， 容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介 于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速 缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 高速缓冲存储器最重要的技术指标是它的命中率。 延迟转移技术： 在转移指令之后插入一条或几条有效的指令。当程序执行时，要等这些插入的指令执行完成 之后，才执行转移指令，因此，转移指令好像被延迟执行了，这种技术称为延迟转移技术。 线性流水线： 线性流水线就是由一整套工艺串联而成的生产线。 流水线又称为装配线,一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工 作，以提高工作效率及产量；按照流水线的输送方式大体可以分为：皮带流水装配线、板链线、 倍速链、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。 输送线的传输方式有同步传输的/（强制式），也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的 选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。 流水线的吞吐率： 流水线的吞吐率是单位时间内流水线处理的任务数。 并行性： 并行性是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时间完成两种或两种以 上工作。它包括同时性与并发性两种含义。同时性指两个或两个以上事件在同一时刻发生。并发 性指两个或两个以上事件在同一时间间隔发生。 三、简答题(每题5分，共30分） 1.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一 级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一 级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指 令各需要用多少时间(ns)? 答：第1级：1条1级指令 K ns 第2级：1条2级指令N条1级指令 1*N*K ns = NK ns 第3级：1条3级指令N条2级指令 1*N*NK ns =N2K ns 第4级：1条4级指令N条3级指令 1*N*NNK ns =N3K ns 2.根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 答：系统加速比依赖于两个因素： （1）可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例 （2）部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高 3.简述组相联映象规则。 答：(1)主存与缓存分成相同大小的数据块。(2)主存和Cache 按同样大小划分成组。(3)主存容量 是缓存容量的整数倍,将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同 4.引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持Cache 的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？ 答：不一致的原因：（1）由于CPU写Cache，没有立即写主存 （2）由于I/O处理机或I/O设备写主存 采取措施： （1）全写法，亦称写直达法（WT法-Write through） 方法：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入 （2）写回法（WB法-Write back） 方法：在CPU执行写操作时，只写入Cache，不写入主存。 5.按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两 类？ 答：（1）静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。 （2）动态流水线：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。 6.Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机分 成哪几类？ 答：Flynn分类法，根据计算机中指令和数据的并行状况把计算机分成： （1）单指令流单数据流（SISD.； （2）单指令流多数据流（SIMD.； （3）多指令流单数据流（MISD.； （4）多指令流多数据流（MIMD.。 四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分共40分） 1.一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每 个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。 （1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。 （2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。

计算机体系结构试题汇总

计算机系统结构 姓名：学号： 一、简答题（每小题10分，共20分） 1．简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。 2．从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。 二、（60分）现有如下表达式： Y＝a ×X 其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。 1．请写出实现该表达式的MIPS代码。 2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS 代码（非流水化实现）的执行时间。 3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。 4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响。 三、（20分）请分析I/O对于性能的影响有多大？假设： 1．I/O操作按照页面方式进行，每页大小为16 KB，Cache块大小为64 B；且对应新页的地址不在Cache中；而CPU不访问新调入页面中的任何数据。 2．Cache中95%被替换的块将再次被读取，并引起一次失效；Cache使用写回方法，平均50%的块被修改过；I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块。 3．访问或失效在所有Cache块中均匀分布；在CPU和I/O之间，没有其他访问Cache 的干扰；无I/O时，每1百万个时钟周期中，有15,000次失效；失效开销是30个时钟周期。如果替换块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存。计算机平均每1百万个周期处理一页。

软件体系结构综述

软件体系结构研究综述 班级：软件092 学号：17 姓名：陈世华摘要: 近年来,软件体系结构逐渐成为软件工程领域的研究热点以及大型软件系统与软件产品线开发中的关键技术之一.归纳了软件体系结构技术发展过程及其主要研究方向.在分析了典型的软件体系结构概念之后,给出了软件体系结构的定义.通过总结软件体系结构领域的若干研究活动,提出了软件体系结构研究的两大思路,并从7个方面介绍了软件体系结构研究进展.探讨了软件体系结构研究中的不足之处,并分析其原因.作为总结,给出了软件体系结构领域最有前途的发展趋势. 关键词: 软件体系结构;基于体系结构的软件开发;软件体系结构描述语言;软件体系结构描述方法;软件体系结构演化;软件体系结构发现;软件体系结构分析;软件体系结构验证;特定域软件体系结构(DSSA) Abstract: Software architecture (SA) is emerging as one of the primary research areas in software engineering recently and one of the key technologies to the development of large-scale software-intensive system and software product line system. The history and the major direction of SA are summarized, and the concept of SA is brought up based on analyzing and comparing the several classical definitions about SA. Based on summing up the activities about SA, two categories of study about SA are extracted out, and the advancements of researches on SA are subsequently introduced from seven aspects. Additionally, some disadvantages of study on SA are discussed, and the causes are explained at the same time. Finally, it is concluded with some significantly promising tendency about research on SA. Key words: software architecture; architecture-based development; architecture description language; architectural representation and description; architectural evolution and reuse; architectural discovery; architectural analysis; architectural verification and evaluation; domain-specific software architecture (DSSA)

计算机体系结构期末试卷及答案

课程测试试题（ A 卷） ----------------------以下为教师填写-------------------- I、命题院（部）：信息科学与工程学院 II、课程名称：计算机体系结构 III、测试学期：2014－2015学年度第2学期 IV、测试对象：信息学院计算机、网络专业 2012 级班 V、问卷页数（A4）： 3 页 VI、答卷页数（A4）： 4 页 VII、考试方式：闭卷（开卷、闭卷或课程小论文，请填写清楚） VIII、问卷内容： 一、填空题（共30分，20空，每空分） 1、现代计算机系统是由（）和（）组成的十分复杂的系统。 2、计算机系统应能支持软件可移植，实现可移植性的常用方法有3种，即（），（）， 统一高级语言。 3、可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型，即（）、（） 和存储器-存储器型指令集结构。 4、MIPS指令DADDIU R14，R5，#6属于（）类型的指令格式；MIPS指令 SD R4，300（R5）属于（）类型的指令格式。 5、描述流水线的工作，常采用时空图的方法。在时空图中，横坐标表示（），纵坐 标代表（）。 6、在MIPS指令实现的简单数据通路中，在WB周期中，有两大类指令执行操作：（） 和（）指令。 7、存储器的层次结构中，“Cache－主存”层次是为了弥补主存（）的不足，“主 存－辅存”层次是为了弥补主存（）的不足。 8、Cache实现的映像规则有全相联映像、（）和（）三种。 9、反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、（）和（）。 10、根据系统中处理器个数的多少，可把现有的MIMD计算机分为两类，每一类代表 了一种存储器的结构和互连策略。第一类机器称为（）结构，第二类机器具有（）。 二、判断题（每小题1分，共10分） 1、从计算机语言的角度，系统结构把计算机系统按功能划分成多级层次结构，其中， 第2级是操作系统虚拟机，第3级是汇编语言虚拟机。（） 2、计算机系统中提高并行性的3种途径中，资源重复是在并行性概念中引入时间因 素，加快硬件周转而赢得时间。（） 3、指令集结构中采用多种寻址方式可能会增加实现的复杂度和使用这些寻址方式的 指令的CPI。（） 4、指令条数多，通常超过200条，是设计RISC的原则之一。（） 5、根据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线和非线 性流水线。（） 6、在多级存储体系中，“cache——主存”层次的存储管理实现主要由软件件实现。

计算机体系结构知识点汇总

第一章计算机体系结构的基本概念 1.计算机系统结构的经典定义 程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 2.透明性 在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 3.系列机 由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。 4.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、冯氏分类法Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类： 单指令流单数据流(SISD) 单指令流多数据流(SIMD) 多指令流单数据流(MISD) 多指令流多数据流(MIMD) 5. 改进后程序的总执行时间

系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比 6.CPI（Cycles Per Instruction）:每条指令执行的平均时钟周期数 CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC 7.存储程序原理的基本点：指令驱动 8.冯·诺依曼结构的主要特点 1.以运算器为中心。 2.在存储器中，指令和数据同等对待。 指令和数据一样可以进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。 3.存储器是按地址访问、按顺序线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。 4.指令的执行是顺序的 5.指令由操作码和地址码组成。 6.指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。 9.软件的可移植性 一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。差别只是执行时间的不同。我们称这两台计算机是软件兼容的。 实现可移植性的常用方法:采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。 软件兼容： 向上（下）兼容：按某档机器编制的程序，不加修改就能运行于比它高（低）档的机器。 向前（后）兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场的机器。 向后兼容是系列机的根本特征。 兼容机：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。