Materials0526.docx

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Materials0526

一、名词解释

计算机系统结构：

（ComputerArchitecture）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

计算机系统结构相关书籍

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：

（这种联系很不科学，只是大家轻松一下）。

1．

2．动态流水线多功能流水线：

是指在流水线的各段可以进行不同的链接，在不同时间内，或者在同一时间内，通过不同的方式实现不同的功能。

按照在同一时间内是否能够连接成多种方式，同时执行多种功能，可以把多功能流水线分为静态流水线和动态流水线。

动态流水线（dynamicpipelining）是指在同一段时间内，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。

连接方式是有条件的，要求流水线中各个功能部件之间不能发生冲突。

其优点是效率和功能模块利用率比静态流水线要高，缺点是相关控制复杂。

[1]

计算机系统结构（清华版）上解释很清楚，可以认为动态流水线是多种运算可以同时进行，而静态流水线只能是一种运算进行完再进行下一种运算。

目前，采用静态流水线的处理机居多。

3．命中率

4．动态互连网络由开关元件按一定拓扑结构和控制方式构成的网络以实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件间的相互连接。

在并行处理计算机系统、分布计算机系统和计算机网等由多个处理机或多个功能部件组成的各种系统中，都会遇到机间互连问题。

互连必须遵循一定的拓扑结构，通过开关元件来完成，以一定的控制方式实现机间通信。

因此，互连网络是这些系统的重要组成部分，它对系统的性能指标有决定性的影响。

互连网络具有三大要素，即结点间互连拓扑（包含连接通路）、开关元件和控制方式。

在不同的系统中，开关元件所处的物理位置可能是不同的。

在采用集中式结构的系统中，互连网络可以是一个独立的部件，由一组开关元件构成，位于被连接的处理机或功能部件结点之间，在一定的控制方式作用下，按照互连拓扑的要求建立结点间的各条连接通路，以实现各个结点对的相互通信。

但是，在许多采用分布式结构的系统（特别是计算机网）中，开关元件可能分散地隐含在各个结点内部，从外面只能看到由结点间连接通路所代表的互连拓扑，因而互连网络并不是以一个独立部件的形式出现的，这是一种对互连网络的广义理解，是随着分布式系统结构的日益流行而确立起来的。

按照这种广义理解，公共总线是互连网络的一个特例。

5．页存储器带宽存储器带宽（memorybandwidth）：

单位时间里存储器所存取的信息量计算方法：

带宽=每个存取周期访问位数/存取周期。

如存取周期为500ns，每个存取周期可访问16位，则它的带宽为32M位/s

二、单选题

在下面各题的4个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把正确答案的标号（A~D）填入题后面的括号中。

1．程序员编写程序时使用的访存地址是（C）。

分析：

逻辑地址的概念：

程序员编程时使用的地址。

主存物理地址：

程序在主存中的实际地址。

希望对你有所帮助

A．物理地址

B．有效地址

C．逻辑地址

D．主存地址

2．虚拟存储器通常采用的地址映像是（A）。

计算机系统结构中，将主存与Cache的映像分成三种方式，直接映像，全相联映像，组相联映像。

所谓映像就是将内存地址与Cache地址间的相互转换，我们知道Cache的容量相对于主存来说很小，为了能将两者有效的对应该起来，便产生了上面提到的映像方式

A．全相联、组相联和直接映像

B．直接映像

C．组相联映像

D．全相联映像

3．不属于堆栈型替换算法是（B）。

A．近期最少使用替换算法

B．先进先出替换算法

C．最优替换算法

D．近期最久未使用替换算法

4.确保提高虚拟存储器的主存命中率的途径是（A）。

A．采用LFU替换算法并增大页面数

B．采用FIFO替换算法并增大页面

C．采用FIFO替换算法并增大页面数

D．采用LRU替换算法并增大页面

5.虚拟存储器主要是为了解决（D）问题。

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。

它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。

有WINDOWSPE、WINDOWS7等。

。

A．便于程序的“访存操作”

B．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

C．提高存储系统的速度

D．扩大存储系统的容量

6.与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（A）。

A．辅存的容量

B．主存的容量

C．页面替换算法

D．访存页地址流

7.与全相联映像相比，组相联映像的优点是（）。

全相联的缺点是：

比较器电路难于设计和实现。

只适合小容量cache采用。

优点是存放位置的灵活性命中率好。

直接映射方式的优点是：

硬件简单，成本低。

缺点是;每个主存块只有一个固定的行位置可存放！

组相联映射方式融合了前两者的优点。

尽量避免了它们的缺点。

普遍采用这种方式。

A．目录表小

B．命中率高

C．块冲突概率低

D．主存利用率高

8.Cache存储器主要是为了解决（B）。

Cache存储器：

电脑中为高速缓冲存储器，是位于CPU和主存储器DRAM（DynamicRandonAccessMemory）之间，规模较小，但速度很高的存储器，通常由SRAM（StaticRandomAccessMemory静态存储器）组成。

它是位于CPU与内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。

CPU的速度远高于内存，当CPU直接从内存中存取数据时要等待一定时间周期，而Cache则可以保存CPU刚用过或循环使用的一部分数据，如果CPU需要再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用，这样就避免了重复存取数据，减少了CPU的等待时间，因而提高了系统的效率。

Cache又分为L1Cache（一级缓存）和L2Cache（二级缓存），L1Cache主要是集成在CPU内部，而L2Cache集成在主板上或是CPU上。

A．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

B．便于程序的访存操作

C．提高存储系统的速度

D．扩大存储系统的容量

9.按Cache地址映像的块冲突概率从高到低的顺序是（C）。

地址映像

所谓映象问题是指如何确定Cache中的内容是主存中的哪一部分的拷贝，即必须应用某种函数把主存地址映象到Cache中定位，也称地址映象。

当信息按这种方式装入Cache中后，执行程序时，应将主存地址变换为Cache地址，这个变换过程叫作地址变换。

地址映象方式通常采用直接映象、全相联映象、组相联映象三种。

1．直接映象

每个主存地址映像到Cache中的一个指定地址的方式，称为直接映象方式。

在直接映象方式下，主存中存储单元的数据只可调入Cache中的一个位置，如果主存中另一个存储单元的数据也要调入该位置则将发生冲突。

地址映像的方法一般是将主存空间按Cache的尺寸分区，每区内相同的块号映像到Cache中相同的块位置。

一般地，Cache被分为2N块，主存被分为同样大小的2M块，主存与Cache中块的对应关系可用如下映像函数表示：

j=imod2N。

式中，j是Cache中的块号，i是主存中的块号。

直接映象是一种最简单的地址映像方式，它的地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换策略问题。

但是这种方式的块冲突概率较高，当称序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache的命中率将急剧下降，因为这时即使Cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系而无法应用。

2．全相联映象

主存中的每一个字块可映像到Cache任何一个字块位置上，这种方式称为全相联映像。

这种方式只有当Cache中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很高的Cache命中率；但实现很复杂。

当访问一个块中的数据时，块地址要与Cache块表中的所有地址标记进行比较已确定是否命中。

在数据块调入时存在着一个比较复杂的替换问题，即决定将数据块调入Cache中什么位置，将Cache中那一块数据调出主存。

为了达到较高的速度，全部比较和替换都要用硬件实现。

3．组相联映象

组相联映象方式是直接映象和全相联映象的一种折衷方案。

这种方法将存储空间分为若干组，各组之间是直接映像，而组内各块之间则是全相联映像。

它是上述两种映像方式的一般形式，如果组的大小为1，即Cache空间分为2N组，就变为直接映像；如果组的大小为Cache整个的尺寸，就变为了全相联映像。

组相联方式在判断块命中及替换算法上都要比全相联方式简单，块冲突的概率比直接映像的低，其命中率也介于直接映像和全相联映像方式之间。

·替换策略和一致性问题的处理方法

Cache和存储器一样具有两种基本操作，即读操作和写操作。

当CPU发出读操作命令时，根据它产生的主存地址分为两种情形：

一种是需要的数据已在Cache中，那么只需直接访问Cache，从对应单元中读取信息到数据总线；另一种是需要的数据尚未装入Cache，CPU需从主存中读取信息的同时，Cache替换部件把该地址所在的那块存储内容从主存拷贝到Cache中；若Cache中相应位置已被字块占满，就必须去掉旧的字块。

常见的替换策略有两种：

1．先进先出策略（FIFO）FIFO（FirstInFirstOut）策略总是把最先调入的Cache字块替换出去，它不需要随时记录各个字块的使用情况，较容易实现；缺点是经常使用的块，如一个包含循环程序的块也可能由于它是最早的块而被替换掉。

2．最近最少使用策略（LRU）LRU（LeastRecentlyUsed）策略是把当前近期Cache中使用次数最少的那块信息块替换出去，这种替换算法需要随时记录Cache中字块的使用情况。

LRU的平均命中率比FIFO高，在组相联映像方式中，当分组容量加大时，LRU的命中率也会提高。

当CPU发出写操作命令时，也要根据它产生的主存地址分为两种情形：

一种是不命中时，只向主存写入信息，不必同时把这个地址单元所在的整块内容调入Cache中；另一种是命中时，这时会遇到如何保持Cache与主存的一致性问题，通常有三种处理方式：

1．直写式（writethrough）即CPU在向Cache写入数据的同时，也把数据写入主存以保证Cache和主存中相应单元数据的一致性，其特点是简单可靠，但由于CPU每次更新时都要对主存写入，速度必然受影响。

2．缓写式（postwrite）即CPU在更新Cache时不直接更新主存中的数据，而是把更新的数据送入一个缓存器暂存，在适当的时候再把缓存器中的内容写入主存。

在这种方式下，CPU不必等待主存写入而造成的时延，在一定程度上提高了速度，但由于缓存器只有有限的容量，只能锁存一次写入的数据，如果是连续写入，CPU仍需要等待。

3．回写式（writeback）即CPU只向Cache写入，并用标记加以注明，直到Cache中被写过的块要被进入的信息块取代时，才一次写入主存。

这种方式考虑到写入的往往是中间结果，每次写入主存速度慢而且不必要。

其特点是速度快，避免了不必要的冗余写操作，但结构上较复杂。

此外，还有一种设置不可Cache区（Non－cacheableBlock）的方式，即在主存中开辟一块区域，该区域中的数据不受Cache控制器的管理，不能调入Cache，CPU只能直接读写该区域的内容。

由于该区域不与Cache发生关系，也就不存在数据不一致性问题。

目前微机系统的BIOS设置程序大多允许用户设置不可Cache区的首地址和大小。

A．全相联映像、直接映像、组相联映像

B．组相联映像、直接映像、全相联映像

C．直接映像、组相联映像、全相联映像

D．全相联映像、组相联映像、直接映像

10.下列说法不正确的是（D）。

A．单体多字存储器能提高存储器频宽

B．多体存储器高位交叉编址能提高存储器频宽

C．多体存储器高位交叉编址便于扩大存储器容量

D．多体存储器低位交叉编址能提高存储器频宽

11．输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（）B。

A．程序控制输入输出方式

B．直接存储器访问方式

C．中断输入输出方式

D．上面3种方式

12．直接存储器访问方式的并行性是指（A）。

A．CPU和DMA控制器并行工作

B．CPU和主存储器并行工作

C．外设和主存储器并行工作

D．多个外设可以同时并行地通过DMA控制器进行数据传送

13．指令执行结果出现异常而引起的中断是（C）。

A．外部中断

B．机器校验中断

C．程序性中断

D．I/O中断

14.主存故障引起的中断是（B）。

A．外部中断

B．机器校验中断

C．程序性中断

D．I/O中断

15.在中断处理过程中，完全由硬件自动执行的步骤是（D）。

A．返回中断点D

B．识别中断源

C．保存将被中断服务程序破坏的通用寄存器中的内容

D．保存中断点

16.在配置有通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时，引起的中断是（C）。

A．程序性中断

B．外部中断

C．访管中断

D．I/O中断

17.通道程序结束时引起的中断是（A）。

A．I/O中断

B．访管中断

C．外部中断

D．程序性中断

18.当计算机系统通过执行通道程序完成输入输出工作时，执行通道程序的是（D）。

A．指定的外设

B．CPU和通道

C．CPU

D．通道

19.在由多个通道组成的I/O系统中，I/O系统的最大流量是（C）。

A．各通道实际流量之和

B．各通道最大流量的最大值

C．各通道最大流量之和

D．各通道实际流量的最大值

20.通道最大流量等于通道实际流量时，有可能发生局部的数据丢失，这是因为（A）。

A．通道没有空闲的工作周期及时响应优先级低的外设的个别数据传送请求

B．通道流量匹配的要求不够合理

C．通道在数据传送过程中丢失数据

D．多个外设的数据传输速率之和大于通道最大流量

21．数据表示的含义是（）。

E．表示数据所采用的数制和码制

F．硬件能够直接识别的数据类型

G．数据类型

H．浮点数的表示方式

22．浮点数表示的尾数的基rm=8，尾数长度p=6，可以表示的规格化最小正尾数的值是（）。

A．0.5B．0.25

C．0.125D．0.015625

23．浮点数表示的尾数的基rm=16，尾数长度p=8，可以表示的规格化最大正尾数的值是（）。

A．

B．

C．

D．

24.多维数组的自定义数据表示通常采用（）。

E．浮点数表示

F．带数据描述符的数据表示

G．带标志符的数据表示

H．带标志符和数据描述符的数据表示

25.不需要编址的数据存储空间是（）。

E．CPU中通用寄存器

F．主存储器

G．堆栈

H．I/O接口中的寄存器

26.平均码长最短的编码是（）。

E．定长码

F．扩展码

G．需要根据编码使用的频度计算平均码长后确定

H．Huffman编码

27.下述4种编码中，不是2-4扩展编码的是（）。

A．1/12

B．2/8

C．3/4

D．4/8

28.2-4扩展编码最多可以得到的码点数是（）。

A．6

B．9

C．10

D．13

29.RISC执行程序的速度比CIRC要快的原因是（）。

A．RISC的指令系统的指令数比较少

B．程序在RISC上编译生成的目标程序比较短

C．RISC的指令平均周期数比较少

D．RISC只允许Load指令和Store指令访问存储器

30.RISC采用交叉寄存器窗口技术，从而大大减少了（）。

A．绝大多数指令的执行时间

B．程序调用引起的访问存储器的次数

C．目标程序的指令条数

D.CPU访问存储器的访问周期

31．程序员编写程序时使用的访存地址是（）。

A．物理地址

B．有效地址

C．逻辑地址

D．主存地址

32．虚拟存储器通常采用的地址映像是（）。

E．全相联、组相联和直接映像

F．直接映像

G．组相联映像

H．全相联映像

33．不属于堆栈型替换算法是（）。

E．近期最少使用替换算法

F．先进先出替换算法

G．最优替换算法

H．近期最久未使用替换算法

34.确保提高虚拟存储器的主存命中率的途径是（）。

A．采用LFU替换算法并增大页面数

B．采用FIFO替换算法并增大页面

C．采用FIFO替换算法并增大页面数

D．采用LRU替换算法并增大页面

35.虚拟存储器主要是为了解决（）问题。

A．便于程序的“访存操作”

B．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

C．提高存储系统的速度

D．扩大存储系统的容量

36.与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（）。

A．辅存的容量

B．主存的容量

C．页面替换算法

D．访存页地址流

37.与全相联映像相比，组相联映像的优点是（）。

E．目录表小

F．命中率高

G．块冲突概率低

H．主存利用率高

38.Cache存储器主要是为了解决（）。

E．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

F．便于程序的访存操作

G．提高存储系统的速度

H．扩大存储系统的容量

39.按Cache地址映像的块冲突概率从高到低的顺序是（）。

E．全相联映像、直接映像、组相联映像

F．组相联映像、直接映像、全相联映像

G．直接映像、组相联映像、全相联映像

H．全相联映像、组相联映像、直接映像

40.下列说法不正确的是（）。

E．单体多字存储器能提高存储器频宽

F．多体存储器高位交叉编址能提高存储器频宽

G．多体存储器高位交叉编址便于扩大存储器容量

H．多体存储器低位交叉编址能提高存储器频宽

41．输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（）。

E．程序控制输入输出方式

F．直接存储器访问方式

G．中断输入输出方式

H．上面3种方式

42．直接存储器访问方式的并行性是指（）。

A．CPU和DMA控制器并行工作

B．CPU和主存储器并行工作

C．外设和主存储器并行工作

D．多个外设可以同时并行地通过DMA控制器进行数据传送

43．指令执行结果出现异常而引起的中断是（）。

A．外部中断

B．机器校验中断

C．程序性中断

D．I/O中断

44.主存故障引起的中断是（）。

A．外部中断

B．机器校验中断

C．程序性中断

D．I/O中断

45.在中断处理过程中，完全由硬件自动执行的步骤是（）。

A．返回中断点

B．识别中断源

C．保存将被中断服务程序破坏的通用寄存器中的内容

D．保存中断点

46.在配置有通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时，引起的中断是（）。

A．程序性中断

B．外部中断

C．访管中断

D．I/O中断

47.通道程序结束时引起的中断是（）。

A．I/O中断

B．访管中断

C．外部中断

D．程序性中断

48.当计算机系统通过执行通道程序完成输入输出工作时，执行通道程序的是（）。

A．指定的外设

B．CPU和通道

C．CPU

D．通道

49.在由多个通道组成的I/O系统中，I/O系统的最大流量是（）。

A．各通道实际流量之和

B．各通道最大流量的最大值

C．各通道最大流量之和

D．各通道实际流量的最大值

50.通道最大流量等于通道实际流量时，有可能发生局部的数据丢失，这是因为（）。

A．通道没有空闲的工作周期及时响应优先级低的外设的个别数据传送请求

B．通道流量匹配的要求不够合理

C．通道在数据传送过程中丢失数据

D．多个外设的数据传输速率之和大于通道最大流量

三、多选题

1．使二级存储系统的等效访问速度接近于第一级存储器访问速度的依据是程序的（），它包括（）和（）两个方面。

A．电源准备好信号

B．局部性

C．电源启动电脑信号

D．空间局部性

E．电源开关信号

F．时间局部性

2．通过通道完成一次输入输出工作，CPU需要2次调用操作系统的管理程序，第1次调用是为了（），第2次调用是为了（）。

A．编制通道程序

B．进行异常处理

C．进行正常结束的登记等工作或进行异常处理

D．进行断点处理

E．进行正常结束的登记等工作

F．运行通道程序

3．若TS是通道的设备选择时间，TD是通道传送一个字节数据的传送时间，p为通道连接的外设台数，n为每台外设需要传送的字节数，那么，字节多路通道完成数据传送的时间Tbyte=（），选择通道完成数据传送的时间Tselect=（），数组多路通道完成数据传送的时间Tblock=（）。

A．

B．

C．

D．

E．

F．

4．流水线的性能指标有（）。

A．吞吐率

B．数据宽度

C．加速比

D．加速度

E．效率

F．传输率

5．若通道连接的外设台数为p，外设i的数据传输速率为fi，那么，字节多通道的实际流量

（），选择通道的实际流量

（），数组多路通道的实际流量

（）。

A．

B．

C．

D．

E．

F．

6．使二级存储系统的等效访问速度接近于第一级存储器访问速度的依据是程序的（），它包括（）和（）两个方面。

G．电源准备好信号

H．局部性

I．电源启动电脑信号

J．空间局部性

K．电源开关信号

L．时间局部性

7．通过通道完成一次输入输出工作，CPU需要2次调用操作系统的管理程序，第1次调用是为了（），第2次调用是为了（）。

G．编制通道程序

H．进行异常处理

I．进行正常结束的登记等工作或进行异常处理

J．进行断点处理

K．进行正常结束的登记等工作

L．运行通道程序

8．若TS是通道的设备选择时间，TD是通道传送一个字节数据的传送时间，p为通道连接的外设台数，n为每台外设需要传送的字节数，那么，字节多路通道完成数据传送的时间Tbyte=（），选择通道完成数据传送的时间Tselect=（），数组多路通道完成数据传送的时间Tblock=（）。

A．