计算机体系结构复习题(终极版).ppt
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1、人武11计科复习,计算机系统结构,一、单项选择题:(10*2=20分)二、填空题(10*2=20分)三、名词解释(4*3=12分)四、简答题:(3*6=18分)五、分析计算题(4*5=20分)六、综合应用题(1*10=10分),第一章:1、计算机系统的多级层次结构中微程序机器级、传统机器级的机器语言是什么?由什么方式实现?答:微程序机器级的机器语言是微指令集,微程序一般是直接由硬件解释实现的。传统机器级的机器语言是该机的指令集,程序可以由微程序进行解释(仿真)。,2、什么是计算机体系结构?什么是计算机组成?什么是计算机实现?它们之间有什么关系?答:计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属
2、性,即概念性结构与功能特性。计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现计算机实现:计算机组成的物理实现计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。,3、下列哪些属于计算机组成?哪些属于计算机实现?属于计算机组成的是:a)数据通路宽度b)可靠性技术 c)缓冲和排队技术 属于计算机实现的是:a)处理器、主存的物理结构 b)涉及的专用器件 c)信号传输d)器件的集成度和速度,4、计算机系统设计的量化设计原则有哪些?说出它们的含义?答:加速经常性事件的原则:对经常发生的情况采用优化方法的原则进行选择,以得到更多的总体上的改进。A
3、mdahl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。CPU性能公式:执行一个程序所需的CPU时间,CPU时间=执行程序所需的时钟周期数时钟周期时间程序的局部性原理:程序执行时所访问的80%是程序代码的20%的部分。,5、分别从执行程序的角度看,计算机系统中并行性等级从低到高可分为哪几级?答:从处理数据的角度来看,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的并行;(2)指令级并行:并行执行两条或两条以上的指令;(3)线程级并行:并行执行两个或两个以上的线程,通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位;(4)任务级
4、或过程级并行:并行执行两个或两个以上的过程或任务(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的作业或程序。,6、分别从处理数据的角度来看,计算机系统中并行性等级从低到高可分为哪几级?答:从处理数据的角度来看,并行性等级从低到高可分为:(1)字串位串:每次只对一个字的一位进行处理。这是最基本的串行处理方式,不存在并行性;(2)字串位并:同时对一个字的全部位进行处理,不同字之间是串行的。已开始出现并行性;(3)字并位串:同时对许多字的同一位(称为位片)进行处理。这种方式具有较高的并行性;(4)全并行:同时对许多字的全部位或部分位进行处理。这是最高一级的并行。
5、,7、解释:(1)Amdahl定律:答: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。(2)计算机实现:答: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。,(3)、程序的局部性原理:答:程序在执行时所访问地址的分布不是随机的,而是相对地簇聚;这种簇聚包括指令和数据两部分。程序局部性包括:程序的时间局部性和程序的空间局部性。(4)、计算机组成:答: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。,8、体系结构的发展是怎样的?答:包括:分布
6、的IO处理能力、保护的存储器空间、存储器组织结构的发展、并行处理技术、指令集发展。9、提高并行性的技术途径是怎样的?答:包括(1).时间重叠(2).资源重复(3.)资源共享10、并行性概念所包括有哪些?答:(1).指令级并行(2).线程级并行(3.)任务级/过程级并行,11、某档机器编制的程序,不加修改的就能运行于比它高档的机器,属于何种兼容?答:向上兼容 12、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后投入市场的机器,属于何种兼容?答:向后兼容13、采用LSI和VLSI、半导体存储器期间的计算机是第几代计算机?答:第四代,14、采用SSI和MSI、多层印刷电路、微
7、程序的计算机是第几代计算机答:第三代15、计算机系统的成本中I/O设备、软件的占比分别是多少?答:计算机系统的成本中I/O设备为37%计算机系统的成本中软件占20%,16、某台主频为800MHz的计算机执行标准测试程序,程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下:指令类型 指令执行数量 平均时钟周期数 整数 40000 2 数据传送 45000 1 浮点 5000 5 分支 2500 3求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。解:(1)CPI(4000024500015000525003)/925001.7027(2)MIPS速率f/CPI 800/1.7027 469.84MIPS
8、(3)程序执行时间=(4000024500015000525003)800=196.875s,17、将计算机系统中某一功能的处理速度提高到原来的40倍,该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的20%,则采用此提高性能的方法后,能使整个系统的性能提高多少?解:由题可知,可改进比例=20%=0.2 部件加速比=40 根据Amdahl定律可知:总加速比=1/(1-0.2+0.2/40)=1.2579采用此提高性能的方法后,能使整个系统的性能提高到原来的1.2579倍。,第二章,1、指令集结构设计所涉及的内容有哪些?答:(1)指令集功能设计(2)寻址方式的设计(3)操作数表示和操作数类型(4)寻址方式的
9、表示(5)指令集格式的设计2、对指令集的基本要求是怎样的?答:对指令集的基本要求是完整性、规整性、高效率和兼容性。,3、指令Add R2,500(R0)是什么的寻址方式?答:寻址方式是偏移寻址;4、指令Add R7,(R3)是什么的寻址方式?答:寻址方式是:寄存器间接寻址。5、指令Add R9,(R7+R6)是什么的寻址方式?答:寻址方式是:索引寻址;6、指令Add R1,(1001)是什么的寻址方式?答:寻址方式是:直接寻址。,7、简述CISC指令集结构功能设计的主要目标。从当前的计算机技术观点来看,CISC指令集结构的计算机有什么缺点?答:主要目标是增强指令功能,把越来越多的功能交由硬件来
10、实现,并且指令的数量也是越来越多。缺点:(1)CISC结构的指令集中,各种指令的使用频率相差悬殊。(2)CISC结构指令的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性,这不仅增加了研制时间和成本,而且还容易造成设计错误。(3)CISC结构指令集的复杂性给VLSI设计增加了很大负担,不利于单片集成。,(4)CISC结构的指令集中,许多复杂指令需要很复杂的操作,因而运行速度慢。(5)在CISC结构的指令集中,由于各条指令的功能不均衡性,不利于采用先进的计算机体系结构技术(如流水技术)来提高系统的性能。,8、简述RISC指令集结构的设计原则。答:(1)选取使用频率最高的指令,并补充一些最有用的指令;(2)每条
11、指令的功能应尽可能简单,并在一个机器周期内完成;(3)所有指令长度均相同;(4)只有Load和Store操作指令才访问存储器,其它指令操作均在寄存器之间进行;(5)以简单有效的方式支持高级语言。,9、CISC、RISC计算机各有哪些主要特征?答:1)CISC计算机的主要特征有:通用寄存器结构 多周期执行 寻址方式多 微码控制器 2)RISC计算机主要特征有:单周期执行 寻址方式少 硬布线控制器 寄存器数量多,第三章,1、什么是动态流水线?答:指在同一时间内,多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接,同时执行多种功能的流水线。它允许在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。2、什
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