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文本内容:
1.计算机仿真与模拟的概念,有什么不同?模拟和仿真使软件能在具有不同系统结构的机器之间相互移植在一种系统结构上实现另一种系统结构从指令集的角度来看,就是要在一种机器上实现另一种机器的指令集模拟用软件的方法在一台现有的机器(称为宿主机)上实现另一台机器(称为虚拟机)的指令集通常用解释的方法来实现运行速度较慢,性能较差仿真用一台现有机器(宿主机)上的微程序去解释实现另一台机器(目标机)的指令集运行速度比模拟方法的快仿真只能在系统结构差距不大的机器之间使用
2.全相联地址映象全相联主存中的任一块可以被放置到Cache中的任意一个位置 对比阅览室位置──随便坐特点空间利用率最高,冲突概率最低,实现最复杂
3.组相联地址映象组相联主存中的每一块可以被放置到Cache中唯一的一个组中的任何一个位置组相联是直接映象和全相联的一种折中
4.流水线的吞吐量受什么影响?流水线的吞吐率要小于最大吞吐率,它除了与每个段的时间有关外,还与流水线的段数k,输入到流水线中的任务数n等有关
5.三种失效3C强制性失效Compulsorymiss当第一次访问一个块时,该块不在Cache中,需从下一级存储器中调入Cache,这就是强制性失效冷启动失效,首次访问失效容量失效Capacitymiss如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中,则当某些块被替换后,若又重新被访问,就会发生失效这种失效称为容量失效冲突失效Conflictmiss在组相联或直接映象Cache中,若太多的块映象到同一组块中,则会出现该组中某个块被别的块替换即使别的组或块有空闲位置,然后又被重新访问的情况这就是发生了冲突失效碰撞失效,干扰失效
6.主存-辅存、cache-主存是为了解决什么问题而产生的?“Cache-主存”层次弥补主存速度的不足“主存-辅存”层次弥补主存容量的不足
7.流水线的类型从不同的角度和观点,把流水线分成多种不同的种类单功能流水线与多功能流水线(按照流水线所完成的功能来分类)单功能流水线只能完成一种固定功能的流水线多功能流水线流水线的各段可以进行不同的连接,以实现不同的功能静态流水线与动态流水线(按照同一时间内各段之间的连接方式对多功能流水线做进一步的分类)静态流水线在同一时间内,多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作对于静态流水线来说,只有当输入的是一串相同的运算任务时,流水的效率才能得到充分的发挥动态流水线在同一时间内,多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接,同时执行多种功能优点灵活,能够提高流水线各段的使用率,从而提高处理速度缺点控制复杂
8.对系列机来说,兼容模式通常采用哪种?(哪种兼容模式是必须做到的)系列机由同一厂家生产的具有相同的系统结构,但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器较好地解决软件开发要求系统结构相对稳定与器件、硬件技术迅速发展的矛盾向上(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
9.计算机系统结构设计中,哪种模式比较好?自顶向下
10.并行指令集(指令集、任务集、操作集)主要适用于哪些场景?(按照流水的级别来进行分类)部件级流水线(运算操作流水线)把处理机的算术逻辑运算部件分段,使得各种类型的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)把指令的解释执行过程按照流水方式处理把一条指令的执行过程分解为若干个子过程,每个子过程在独立的功能部件中执行处理机间流水线(宏流水线)它是由两个或者两个以上的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的一部分
11.多处理机用哪种并行方式?
12.定向技术解决什么问题?通过定向技术减少数据冲突引起的停顿(定向技术也称为旁路或短路)关键思想在某条指令产生计算结果之前,其他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的地方直接送到其他指令需要它的地方,那么就可以避免停顿流水线的相关性?
13.数据相关对于两条指令i(在前,下同)和j(在后,下同),如果下述条件之一成立,则称指令j与指令i数据相关名相关名指令所访问的寄存器或存储器单元的名称如果两条指令使用相同的名,但是它们之间并没有数据流动,则称这两条指令存在名相关控制相关是指由分支指令引起的相关为了保证程序应有的执行顺序,必须严格按控制相关确定的顺序执行
14.Cache的空间利用率与什么相关?相联程度
1、并行性概念并行性是指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只要在时间上相互重叠,就存在并行性它包括同时性与并发性两种含义同时性,两个或两个以上的事件在同一时刻发生并发性,两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生
2、CISC和RISC机各有哪些主要特征CISC(复杂指令集计算机)增强指令功能,把越来越多的功能交由硬件来实现,并且指令的数量也是越来越多RISC(精简指令集计算机)尽可能地把指令集简化,不仅指令的条数少,而且指令的功能也比较简单CISC面向目标程序增强指令功能,面向高级语言的优化实现来改进指令集,面向操作系统的优化实现改进指令集强化指令功能,减少程序的指令条数,以达到提高性能的目的RISC
(1)指令条数少而简单只选取使用频度很高的指令,在此基础上补充一些最有用的指令
(2)采用简单而又统一的指令格式,并减少寻址方式;指令字长都为32位或64位
(3)指令的执行在单个机器周期内完成采用流水线机制
(4)只有load和store指令才能访问存储器,其他指令的操作都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)强调优化编译器的作用,为高级语言程序生成优化的代码
(7)充分利用流水技术来提高性能
3、实现可移植性的常用方法?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
4、冯诺依曼存储程序计算机的结构?冯·诺依曼结构的主要特点以运算器为中心在存储器中,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指令的执行是顺序的一般是按照指令在存储器中存放的顺序执行程序的分支由转移指令实现由指令计数器PC指明当前正在执行的指令在存储器中的地址指令由操作码和地址码组成指令和数据均以二进制编码表示,采用二进制运算
6、计算机系统结构的Flynn分类?按照指令流和数据流的多倍性进行分类指令流计算机执行的指令序列数据流由指令流调用的数据序列多倍性在系统受限的部件上,同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大数目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
7、计算机系统结构的定义以及和计算机组成、计算机实现间的关系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计算机系统结构计算机系统的软、硬件的界面即机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属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着眼于物理机器级内各事件的排序方式与控制方式、各部件的功能以及各部件之间的联系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着眼于器件技术(起主导作用)、微组装技术一种体系结构可以有多种组成一种组成可以有多种物理实现
8、计算机系统的多级层次结构
9、先行指令缓冲站、先行读数站以及后行写数站的工作原理先行操作站:在指令分析部件和运算器之间提供缓冲.先行因为其中的指令对于运算器正在执行的指令来说是后续的,但却被先行取出并预处理指令分析部件:从先行指令缓冲站取指令,并进行预处理,加工成统一格式的RR型操作命令,然后送入先行操作站对于不同指令做不同的处理运算器:从先行操作站取出RR型操作命令并执行每执行完一条,将运算结果写入通用寄存器组或者后行写数站继续执行先行操作站中的后续命令先行读数站:作用接收指令分析部件送来的访问主存的有效地址,按顺序依次从主存读取操作数,提供给运算器使用先行因为对于正在执行的指令来说,先行读数站中的操作数是先行取出的后行写数站:作用接收从运算器送来的结果数据,并负责将之写入主存后行因为站在运算器的角度来看,结果数据不是在相应的指令运算完后立即写入主存,而是由后行写数站滞后写入的每一个存储单元由3部分组成后行地址字段、后行数据字段、标志字段每当从运算器接收数据时,将之放入后行数据字段,并把相应的数据有效标志置位后行写数站的控制逻辑自动向主存发出写数请求当写数据操作完成后,也要置位有关标志
10、什么叫单功能流水线
11、什么叫多功能流水线
12、什么叫静态流水线?
13、什么叫动态流水线?单功能流水线与多功能流水线(按照流水线所完成的功能来分类)单功能流水线只能完成一种固定功能的流水线多功能流水线流水线的各段可以进行不同的连接,以实现不同的功能静态流水线与动态流水线(按照同一时间内各段之间的连接方式对多功能流水线做进一步的分类)静态流水线在同一时间内,多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作对于静态流水线来说,只有当输入的是一串相同的运算任务时,流水的效率才能得到充分的发挥动态流水线在同一时间内,多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接,同时执行多种功能优点灵活,能够提高流水线各段的使用率,从而提高处理速度缺点控制复杂
16、数据相关性是指?P71对于两条指令i(在前,下同)和j(在后,下同),如果下述条件之一成立,则称指令j与指令i数据相关
(1)指令j使用指令i产生的结果;
(2)指令j与指令k数据相关,而指令k又与指令i数据相关
17、流水线冲突类型包括?P73
(1)结构冲突因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突
(2)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的执行结果而发生的冲突
(3)控制冲突流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令所引起的冲突
18、简述Cache的三种替换算法?P163随机法为了均匀使用一组中的各块,这种方法随机地选择被替换的块先进先出法选择最早调入的块作为被替换的块最近最少使用法这种方法本来是指选择近期最少被访问的块作为被替换的块但由于实现比较困难,现在实际上实现的LRU都只是选择最久没有被访问过的块作为被替换的块
19、简述Cache的两种写策略方式P164写直达法写直达法也称为存直达法它是指在执行“写”操作时,不仅把信息写入Cache中相应的块,而且也写入下一级存储器中相应的块写回法(也称为拷回法):执行“写”操作时,只写入Cache中相应的块该块只有在被替换时,才被写回主存设置“修改位”用于指出该块是否被修改过
20、Cache可能出现的三种失效3CP172强制性失效Compulsorymiss当第一次访问一个块时,该块不在Cache中,需从下一级存储器中调入Cache,这就是强制性失效也称为冷启动失效或首次访问失效容量失效Capacitymiss如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中,则当某些块被替换后,若又重新被访问,就会发生失效这种失效称为容量失效冲突失效Conflictmiss在组相联或直接映像Cache中,若太多的块映像到同一组块中,则会出现该组中某个块被别的块替换即使别的组或块有空闲位置,然后又被重新访问的情况这就是发生了冲突失效也被称为碰撞失效或干扰失效
21、简述减少Cache失效开销的几种方法(三种以上)P190让读失效优先于写、写缓冲合并、请求字处理技术、非阻塞Cache技术、采用两级Cache
22、解决访问主存的冲突问题的解决方法P
20323、根据系统中处理器多少,可把MIMD系统分为哪两类?每类分别适用于什么情况?P268集中式共享存储器多处理机结构:最多有几十个处理器构成分布式存储器结构:适用于规模较大的多处理机系统
14、吞吐率、加速比以及效率的计算方法P60吞吐率在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量计算公式n任务数Tk处理完成n个任务所用的时间加速比完成同样一批任务,不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比假设不使用流水线(即顺序执行)所用的间为Ts,使用流水线后所用的时间为Tk,则该流水线的加速比为流水线各段时间相等(都是△t),一条k段流水线完成n个连续任务所需要的时间为Tk=k+n-1Δt顺序执行n个任务所需要的时间Ts=nk△t(解释)流水线的实际加速比为最大加速比流水线的各段时间不完全相等时,一条k段流水线完成n个连续任务的实际加速比为效率流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比值,即流水线设备的利用率由于流水线有通过时间和排空时间,所以在连续完成n个任务的时间内,各段并不是满负荷地工作如果各段时间相等,则各段的效率ei相同整条流水线的效率为从时空图上看,效率就是n个任务占用的时空面积和k个段总的时空面积之比。