体系结构试题及答案

一．名词解释

2:1Cache经验规则：大小为N的直接印象Cache的失效率约等于大小为N/2的两路组相联Cache的失效率。

通道处理机：通道的专用处理机，来专门负责整个计算机体系的输入/输出工作。通道处理机只能执行有限的一组输入/输出指令。

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。

向量处理机：设置了向量数据表示和相应的向量指令的流水线处理机称为向量处理机。

虚拟Cache：直接用虚拟地址进行访问的Cache

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。

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。

同构型多处理机系统：由多个同类型或至少担负同等功能的处理机组成，它们同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。

堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。

累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。

通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，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。

定向：用来解决写后读冲突的。在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。

指令级并行：简称ILP。是指指令之间存在的一种并行性，利用它，计算机可以并行执行两条或两条以上的指令。

指令的动态调度：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。是由硬件在程序实际运行时实施的。

指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化的。

失效率：CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。

失效开销：CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。

强制性失效：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。

容量失效：如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。

冲突失效：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。RAID：廉价磁盘冗余阵列或独立磁盘冗余阵列。

通道：专门负责整个计算机系统输入/输出工作的专用处理机，能执行有限的一组输入输出指令。

通道流量：指一个通道在数据传送期间，单位时间内能够传送的数据量。

互连网络：一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系

统中结点之间的相互连接。在拓扑上，互连网络是输入结点到输出结点之间的一组互连或映象。

分布式共享多处理机：它的共享存储器分布在各台处理机中，每台处理机都带有自己的本地存储器，组成一个“处理机-存储器”单元。但是这些分布在各台处理机中的实际存储器又合在一起统一编址，在逻辑上组成一个共享存储器。这些处理机存储器单元通过互连网络连接在一起，每台处理机除了能访问本地存储器外，还能通过互连网络直接访问在其他处理机存储器单元中的“远程存储器”。

机群：是一种价格低廉、易于构建、可扩放性极强的并行计算机系统。它由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网络或局域网互连在一起，协同完成特定的并行计算任务。从用户的角度来看，机群就是一个单一、集中的计算资源。

二、填空

1.单机和多机系统中并行性发展的技术途径有：（时间重叠）、（资源重复）、（资源共享)。

2.软件兼容有(向上兼容)、(向下兼容)、(向前兼容)和(向后兼容)四种其中（向后兼容）是软件兼容的根本特征。

3.说出三种对计算机发展非常关键的实现技术（动态随机访问存储器）、（磁盘）、（网络）。

4.同构型和异构型多处理机所采用的提高并行性的技术分别是

5.从处理数据的角度，并行性等级可以分为字串位串、（字串位并）、（字并位串）、和全并行。

6.从执行程序的角度看，并行性等级可以分为：（指令内部并行）、（指令级并行）、（任务级或过程级并行）和作业或程序级并行。

7.计算机系统中提高并行性的技术途径有（时间重叠）、（资源重复）和（资源共享）三种。在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是（时间重叠原理）。

8.根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为（堆栈型）指令集结构、（累加器型）指令结构、（通用寄存器型）指令集结构。

9.在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（名）相关,否则就有可能出现（名相关）、（数据相关）和（控制）相关。

10.流水线中的相关有（数据）相关、（名）相关、（控制）相关三种。

11.数据相关有三种，分别是：（写后读）、（读后写）和（写后写）。

12.对向量的处理有（水平处理）方式、（垂直处理）方式、（分组处理）方式。

13.存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的（访问的局部性原理）。

14.在存储层次中映像规则有

15.在存储层次中，常用的替换算法有（随机法）、（先进先出法）、（最近最少使用法）。

16.设有一个“Cache-主存”层次，Cache为4块，主存为8块；试分析对于以下2种情况，计算访存块地址为5时的索引（index）。

1）：组相连，每组两块：索引为

2）直接映像：索引为

17.地址映像方法有（直接映像）、（组相连映像）和（全相连映像）等三中，其中（全相连）的冲突率最低。

18.按照产生失效的原因不同，Cache失效可以分为（强制性失效）、（容量失效）和（冲突失效）三种。

19.2:1Cache经验规则是指大小为N的（直接映像）Cache的失效率约等于大小为1/2的（两路组相连）Cache的失效率。

20.相连度越高，（冲突）失效就越少：（强制性）失效不受Cache容量的影响，但（容量）失效却随着容量的增加而减少。（强制性失效和容量失效不受相连度的影响）

21.在虚拟存储器中，一般采用（全相连）地址映像方法和（LRU）更新策略。