02325计算机系统结构复习资料
02325自考计算机系统结构重点提纲已排版
第一章概论第一节计算机系统的多级层次结构机器:指能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体。
翻译技术:指先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序,然后在低一级机器上实现的技术。
解释技术:指在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条指令或指令的功能,是通过对机器语言指令程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
固件:指一种具有软件功能的硬件。
虚拟机器:指以软件为主实现的机器。
第二节计算机系统结构、计算机组成和计算机实现系统结构:是对计算机系统中的各级界面的定义及其上下的功能分配。
透明:即如果客观存在的事物或属性从某个角度看不到,则称对它是透明的。
计算机系统结构:也称为计算机系统的体系结构(Computer Architecture),是系统结构中的一部分,它指的是层次结构中传统机器级的系统结构,是软件和硬件的交界面。
通用机计算机系统结构的属性包括:(书大纲)确定数据表示、确定寻址方式、设置寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、机器级的管态用户态定义、I/O系统、信息保护机构计算机组成(Computer Organization):指的是计算机系统结构的逻辑实现,包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机组成设计应包括:数据通路宽度、专用部件的设置、各种操作对部件的共享程度功能部件的并行度、控制机构的组成方式、缓冲和排队技术、预估预判技术、可靠性技术计算机实现:指的是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,器件、模块、插件、底板的划分等。
计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响:1.相同系统结构,可以采用不同的组成;2.一种组成可以有多种不同的实现方法;3.采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异;4.组成也会影响结构,例如微程序影响机器指令。
第三节计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理软、硬取舍的基本原则:1.在现有硬、器件的条件下,系统要有高的性能价格比。
02325计算机系统结构复习题(含参考答案)
02325计算机系统结构复习题一、单项选择题1.多处理机上两个程序段之间同时有先读后写和先写后读两种数据相关,则( C)A.交换串行B.不能并行执行C.必须并行执行D.顺序串行2.输入输出系统硬件的功能对下面哪一类人员是透明的(A)A.应用程序员B.操作系统程序员C.机器语言程序设计员D.系统结构设计人员3.输入流水线的指令既无局部性相关也没有全局性相关,则( B )A.出现瓶颈B.可获得高的吞吐率和效率C.可靠性提高D.流水线的效率和吞吐率恶化4.相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是( D )A.舍入法B.恒置1法C.截断法D.查表舍入法5.以下属于操作级并行SIMD计算机的是( A )A.阵列处理机B.多处理机C.超标量处理机D.超流水线处理机6.数据表示的含义是( C )A.程序中的数据格式B.数据结构C.硬件能直接识别引用的数据类型D.数据类型7.下面不是流水机器全局相关的处理方法的是( B )A.采取延迟转移B.堆栈法C.猜测法D.加快短循环程序的处理8.面向堆栈的寻址( D )A.能更好地支持向量的运算B.比面向寄存器的寻址访问速度快C.能更好地支持矩阵运算D.有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址及现场的保存和恢复9.中断的优先级由高到低的是( D )A.程序性→I/O→机器校验B.外部→重新启动→程序性C.I/O→程序性→掉电D.通路错→程序性→I/O→重新启动10.多端口存储器适合于连接( C )A.机数很多的多处理机B.机数可变的多处理机C.紧耦合多处理机D.松耦合多处理机11.关于归约机的描述正确的是( B )A.归约机不是基于数据流的计算模型B.归约机采用需求驱动,执行的操作序列取决于对数据的需求C.归约机不是以函数式语言为机器语言D.归约机采是Von Neumann型计算机12.关于静态流水线的描述正确的是( A )A.某一时间内各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线B.功能固定的流水线C.各段之间的连接是固定不变D.某一时间内可执行多种功能13.多处理机机间互连采用总线形式的优点是( A )A.结构简单、造价低、可扩充性好B.适用于处理机机数较多的场合C.系统增减模块不方便D.没有访问公用总线的冲突14.位片处理是指计算机采用___________方式对数据进行处理。
02325计算机系统结构复习资料
第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看,并行级别有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有:相联处理机STARAN,MPP。
全并行的例子有:阵列处理机ILLIACIV。
从加工信息的角度看,并行级别有存储器操作并行,处理器操作步骤并行,处理器操作并行,指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的,采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统,进而采用按内容访问方式,位片串字并或全并行方式,在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统,以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interl eaving ),资源重复(Resou rceReplication),资源共享(ResourceSharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率,从而提高系统性能。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件,实现一条指令对一个数据的操作。
(完整word版)02325计算机系统结构复习题(含参考答案)_共10页
02325计算机系统结构复习题一、单项选择题1.多处理机上两个程序段之间同时有先读后写和先写后读两种数据相关,则( C)A.交换串行B.不能并行执行C.必须并行执行D.顺序串行2.输入输出系统硬件的功能对下面哪一类人员是透明的(A)A.应用程序员B.操作系统程序员C.机器语言程序设计员D.系统结构设计人员3.输入流水线的指令既无局部性相关也没有全局性相关,则( B )A.出现瓶颈B.可获得高的吞吐率和效率C.可靠性提高D.流水线的效率和吞吐率恶化4.相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是( D )A.舍入法B.恒置1法C.截断法D.查表舍入法5.以下属于操作级并行SIMD计算机的是( A )A.阵列处理机B.多处理机C.超标量处理机D.超流水线处理机6.数据表示的含义是( C )A.程序中的数据格式B.数据结构C.硬件能直接识别引用的数据类型D.数据类型7.下面不是流水机器全局相关的处理方法的是( B )A.采取延迟转移B.堆栈法C.猜测法D.加快短循环程序的处理8.面向堆栈的寻址( D )A.能更好地支持向量的运算B.比面向寄存器的寻址访问速度快C.能更好地支持矩阵运算D.有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址及现场的保存和恢复9.中断的优先级由高到低的是( D )A.程序性→I/O→机器校验B.外部→重新启动→程序性C.I/O→程序性→掉电D.通路错→程序性→I/O→重新启动10.多端口存储器适合于连接( C )A.机数很多的多处理机B.机数可变的多处理机C.紧耦合多处理机D.松耦合多处理机11.关于归约机的描述正确的是( B )A.归约机不是基于数据流的计算模型B.归约机采用需求驱动,执行的操作序列取决于对数据的需求C.归约机不是以函数式语言为机器语言D.归约机采是Von Neumann型计算机12.关于静态流水线的描述正确的是( A )A.某一时间内各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线B.功能固定的流水线C.各段之间的连接是固定不变D.某一时间内可执行多种功能13.多处理机机间互连采用总线形式的优点是( A )A.结构简单、造价低、可扩充性好B.适用于处理机机数较多的场合C.系统增减模块不方便D.没有访问公用总线的冲突14.位片处理是指计算机采用___________方式对数据进行处理。
02325计算机系统结构复习题(含参考答案)
A.出现瓶颈B.可获得高的吞吐率和效率
C.可靠性提高D.流水线的效率和吞吐率恶化
4.相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是(D)
A.舍入法B.恒置1法
C.截断法D.查表舍入法
5.以下属于操作级并行SIMD计算机的是(A)
A.阵列处理机B.多处理机
17.计算机系统的层次结构由高到低分别为(A)
A.高级语言机器级,汇编语言机器级,传统机器语言机器级,微程序机器级
B.高级语言机器级,应用语言机器级,汇编语言机器级,微程序机器级
C.应用语言机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,操作系统机器级
D.应用语言机器级,操作系统机器级,微程序机器级,传统机器语言机器级
三、填空题
1.引起中断的各种事件称为__中断源___,中断源向中断系统发出请求中断的申请,称为___中断请求_____。
2.____逻辑地址____是程序员编程用的地址,___主存物理___是程序在主存中的实际地址。
3.输入输出系统包括输入输出设备、设备___控制器___及与输入输出操作有关的__硬、软__件。
5.多功能流水线指的是同一流水线的各个阶段之间可以有多种不同的_____连接方式____以实现多种不同的___运算和功能________。
6.集中式总线控制根据优先次序的不同可以有____串行连接_____、定时查询和___独立访问____三种不同方式。
7.页式虚拟存储器中,影响命中率的主要因素有页面大小__访问页地址流、替换算法_____和分配给该程序的__实页数_____。
B.功能固定的流水线
C.各段之间的连接是固定不变
D.某一时间内可执行多种功能
计算机系统结构复习材料
考试题型一、单项选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分)二、名词解释(本题共4小题,每小题3分,共12分)三、判断题(本题共13小题,每小题1分,共13分)四、简答(本题共5小题,每小题5分,共25分)五、应用题(本大题共3小题,每小题10分,共30分)第一章计算机系统结构概论一、系统结构(名词解释):从计算机系统的层次结构定义,系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。
每级都有其自己的系统结构。
二、透明性(名词解释):客观存在的事物或属性从某个角度看不到,简称透明。
不同机器级程序员所看到的计算机属性是不同的,它就是计算机系统不同层次的界面。
三、组成(名词解释)1.计算机组成的定义:计算机组成(又称计算机设计)是指计算机系统的逻辑实现。
包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
它着眼于机器内各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能以及各部件间的联系。
2.计算机组成的设计是按所希望达到的性能价格比,最佳、最合理的把各种设备和部件组成计算机,以实现所确定的计算机系统结构。
对传统机器程序员来说,计算机组成的设计内容一般是透明的。
3.计算机组成的任务是在计算机系统结构确定分配给硬件子系统的功能及其概念结构之后,研究各组成部分的内部构造和相互联系,以实现机器指令级的各种功能和特性。
(1)数据通路宽度:数据总线上一次并行传送的信息位数。
(2)专用部件的设置:是否设置乘除法、浮点运算、字符处理、地址运算等专用部件,设置的数量与机器要达到的速度、价格及专用部件的使用频度等有关。
(3)各种操作对部件的共享程度:分时共享使用程度高,虽限制了速度,但价格便宜。
设置部件多降低共享程度,因操作并行度提高,可提高速度,但价格也会提高。
(4)功能部件的并行度:是用顺序串行,还是用重叠、流水或分布式控制和处理。
(5)控制机构的组成方式:用硬联还是微程序控制,是单机处理还是多机或功能分布处理。
02325计算机系统结构复习题(含参考答案)
02325计算机系统结构复习题(含参考答案)02325计算机系统结构复习题一、单项选择题1.多处理机上两个程序段之间同时有先读后写和先写后读两种数据相关,则( C)A.交换串行B.不能并行执行C.必须并行执行D.顺序串行2.输入输出系统硬件的功能对下面哪一类人员是透明的(A)A.应用程序员B.操作系统程序员C.机器语言程序设计员D.系统结构设计人员3.输入流水线的指令既无局部性相关也没有全局性相关,则( B )A.出现瓶颈B.可获得高的吞吐率和效率C.可靠性提高D.流水线的效率和吞吐率恶化4.相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是( D )A.舍入法B.恒置1法C.截断法D.查表舍入法5.以下属于操作级并行SIMD计算机的是( A )A.阵列处理机B.多处理机C.超标量处理机D.超流水线处理机6.数据表示的含义是( C )A.程序中的数据格式B.数据结构C.硬件能直接识别引用的数据类型D.数据类型7.下面不是流水机器全局相关的处理方法的是( B )A.采取延迟转移B.堆栈法C.猜测法D.加快短循环程序的处理8.面向堆栈的寻址( D )A.能更好地支持向量的运算B.比面向寄存器的寻址访问速度快C.能更好地支持矩阵运算D.有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址及现场的保存和恢复9.中断的优先级由高到低的是( D )A.程序性→I/O→机器校验B.外部→重新启动→程序性C.I/O→程序性→掉电D.通路错→程序性→I/O→重新启动10.多端口存储器适合于连接( C )A.机数很多的多处理机B.机数可变的多处理机C.紧耦合多处理机D.松耦合多处理机11.关于归约机的描述正确的是( B )A.归约机不是基于数据流的计算模型B.归约机采用需求驱动,执行的操作序列取决于对数据的需求C.归约机不是以函数式语言为机器语言D.归约机采是Von Neumann型计算机12.关于静态流水线的描述正确的是( A )A.某一时间内各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线B.功能固定的流水线C.各段之间的连接是固定不变D.某一时间内可执行多种功能13.多处理机机间互连采用总线形式的优点是( A )A.结构简单、造价低、可扩充性好B.适用于处理机机数较多的场合C.系统增减模块不方便D.没有访问公用总线的冲突14.位片处理是指计算机采用___________方式对数据进行处理。
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第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看,并行级别有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD 。
位片串字并的例子有:相联处理机 STARAN, MPP。
全并行的例子有:阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看,并行级别有存储器操作并行,处理器操作步骤并行,处理器操作并行,指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个 CPU 字的,采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统,进而采用按内容访问方式,位片串字并或全并行方式,在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统,以相联存储器为核心分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(TimeInterleaving),资源重复(ResourceReplication),资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率,从而提高系统性能。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制每一级为了执行一条指令,需要下一级的 N 条指令来解释。
如果执行第 1 级的一条指令要Kns 时间,那么执行第 2 、第 3和第 4 级的一条指令各需要用多少时间?解答:执行第 2 、第 3 和第4 级的一条指令各需要 KNns 、KN^2ns 、 KN^3ns 的时间。
1.有一个计算机系统可按功能分成 4 级,每级的指令互不相同,每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强 M倍,即第 i 级的一条指令能完成第i-1 级的 M条指令的计算量。
计算机系统结构复习资料
第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看,并行级别有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有:相联处理机STARAN,MPP。
全并行的例子有:阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看,并行级别有存储器操作并行,处理器操作步骤并行,处理器操作并行,指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的,采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统,进而采用按内容访问方式,位片串字并或全并行方式,在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统,以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interleaving),资源重复(Resource Replication),资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率,从而提高系统性能。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件,实现一条指令对一个数据的操作。
02325计算机系统结构复习题(含参考答案)
02325 计算机系统结构复习题一、单项选择题1.多处理机上两个程序段之间同时有先读后写和先写后读两种数据相关,则(C )A •交换串行B •不能并行执行C •必须并行执行D •顺序串行2 •输入输岀系统硬件的功能对下面哪一类人员是透明的(A )A •应用程序员B •操作系统程序员C •机器语言程序设计员D •系统结构设计人员3 •输入流水线的指令既无局部性相关也没有全局性相关,则(B )A •岀现瓶颈B •可获得高的吞吐率和效率C •可靠性提高D •流水线的效率和吞吐率恶化4 •相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是(D )A •舍入法B •恒置1 法C •截断法D •查表舍入法5 •以下属于操作级并行SIMD计算机的是(A )A •阵列处理机B •多处理机C •超标量处理机D •超流水线处理机6 •数据表示的含义是(C )A •程序中的数据格式B •数据结构C •硬件能直接识别引用的数据类型D •数据类型7 •下面不是流水机器全局相关的处理方法的是(B )A •采取延迟转移B • 堆栈法C猜测法 D •加快短循环程序的处理8 •面向堆栈的寻址(D )A. 能更好地支持向量的运算B•比面向寄存器的寻址访问速度快C能更好地支持矩阵运算D •有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址及现场的保存和恢复9 •中断的优先级由高到低的是(D)A .程序性T I/O T机器校验C・I/O T程序性T掉电B •D •外部T重新启动T程序性通路错T程序性T I/O T重新启动10•多端口存储器适合于连接(C)A •机数很多的多处理机B , 机数可变的多处理机C紧耦合多处理机 D . 松耦合多处理机11.关于归约机的描述正确的是(B)A•归约机不是基于数据流的计算模型B •归约机采用需求驱动,执行的操作序列取决于对数据的需求C归约机不是以函数式语言为机器语言D •归约机采是Von Neumann 型计算机A •某一时间各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线B •功能固定的流水线C .各段之间的连接是固定不变D .某一时间可执行多种功能B •字串位并 D •字串位串15 .在主存一Cache 地址变换过程中块冲突率最低的是16 •关于页面替换算法描述正确的是17 •计算机系统的层次结构由高到低分别为B .高级语言机器级,应用语言机器级,汇编语言机器级,微程序机器级C •应用语言机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,操作系统机器级D .应用语言机器级,操作系统机器级,微程序机器级,传统机器语言机器级 18.除了分布处理、 MPP 和机群系统外,并行处理计算机按其基本结构特征可分为流 水线计算机,阵列处理机,多处理机和A .计算机网络B .控制流计算机C .机群系统19 .在23 x 23Delta 网络中需要2 X 2交叉开关模块个数为20.通道程序执行结束时引起的中断是A . I/O 中断B •访管中断21 .计算机使用的语言是A. 专属软件畴,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 22.动态数据流机最突出的特点是使 A. 数据流令牌无标号 B. 需要程序记数器来实现 C. 令牌带上标号D. 同步由门(Latch)寄存器来实现 23.多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关,则 A. 可以并行执行B . 12C . 24D . 6412.关于静态流水线的描述正确的是 13. 多 处理机机间互连采用总线形式的优点是A .结构简单、造价低、可扩充性好B •适用于处理机机数较多的场合 14 •C .系统增减模块不方便位片处理是指计算机采用D •没有访问公用总线的冲突 方式对数据进行处理。
02325计算机系统结构背诵资料
念1.1计算机系统的多级层次结构1.2计算机系统结构、组成与实现1.2.1结构、组成、实现的定义与内涵1.2.2计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响1.3软硬件取舍与计算机系统设计思路1.3.1软硬件取舍的基本原则1.3.2计算机系统的设计思路1.4结构设计要解决好软件的可移植性1.4.1统一高级语言1.4.2采用系列机1.4.3模拟与仿真1.5应用与器件的发展对系统结构的影响1.5.1应用的发展对系统结构的影响1.5.2器件的发展对系统结构的影响1.6系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类1.6.1并行性概念1.6.2并行处理系统的结构与多机系统的耦合度1.6.3计算机系统的分类第2章数据表示与指令系统2.1数据表示2.1.1数据表示与数据结构2.1.2高级数据表示2.1.3引入数据表示的原则2.1.4浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择2.2寻址方式2.2.1寻址方式分析2.2.2逻辑地址与主存物理地址2.3指令格式的优化设计2.3.1操作码的优化2.3.2指令字格式的优化2.4按CISC方向发展与改进指令系统2.4.1面向目标程序优化实现改进2.4.2面向高级语言优化实现改进2.4.3面向操作系统优化实现改进2.5按RISC方向发展与改进指令系统2.5.1 RISC的提出2.5.2设计RISC的原则2.5.3设计RISC结构用的基本技术2.5.4 RISC技术的发展第3章总线、中断与输入输出系统3.1输入输出系统的基本概念3.2总线设计3.2.1总线的类型3.2.2总线的控制方式3.2.3总线的通讯技术3.2.4数据宽度与总线线数3.3中断系统3.3.1中断的分类和分级3.3.2中断系统的软硬件功能分配3.4通道处理机3.4.1工作原理3.4.2通道流量的分析第4章存储体系4.1存储体系概念与并行主存系统4.1.1发展存储体系的必要性4.1.2并行主存系统频宽的分析4.1.3存储体系的形成与分支4.1.4存储体系的性能参数4.2虚拟存储器4.2.1不同的虚拟存储管理方式4.2.2页式虚拟存储器的构成4.2.3页式虚拟存储器实现中的问题4.3高速缓冲(Cache)存储器4.3.1基本结构4.3.2地址的映象与变换4.3.3替换算法的实现4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析第5章重叠、流水和向量处理机5.1重叠方式5.1.1基本思想和一次重叠5.1.2相关处理5.2流水方式5.2.1基本概念5.2.2流水线处理机的主要性能5.2.3流水机器的相关处理和控制机构5.3向量的流水处理与向量流水处理机5.3.1向量的流水处理5.3.2向量流水处理机5.4指令级高度并行的超级处理机5.4.1超标量处理机5.4.2超长指令字(VLIW)处理机5.4.3超流水线处理机第6章阵列处理机6.1阵列处理机原理6.1.1阵列处理机的基本构形6.1.2阵列处理机的特点6.2阵列处理机的并行算法6.2.1 ILLIACⅣ的处理单元阵列结构6.2.2阵列处理机的并行算法举例6.3 SIMD计算机的互连网络6.3.1互连网络的设计目标及互连函数6.3.2基本的单级互连网络6.3.3多级互连网络6.4并行存储器的无冲突访问6.5并行处理机举例6.5.1 MPP位平面阵列处理机6.5.2 CM连接机第7章多处理机7.1多处理机的特点及主要技术问题7.2多处理机的硬件结构7.2.1紧耦合和松耦合7.2.2机间互连形式7.3程序并行性7.3.1并行算法7.3.2程序并行性的分析7.3.3并行程序设计语言7.4多处理机的性能7.4.1任务粒度与系统性能7.4.2性能模型与分析7.5多处理机的操作系统7.5.1主从型操作系统7.5.2各自独立型操作系统7.5.3浮动型操作系统第8章其它计算机结构8.1脉动阵列机8.1.1脉动阵列结构的原理和特点8.1.2通用的脉动阵列结构8.2大规模并行处理机MPP与机群系统8.2.1大规模并行处理机MPP8.2.2机群系统8.3数据流机8.3.1数据驱动的概念8.3.2数据流程序图和语言8.3.3数据流计算机的结构8.3.4数据流机器存在的问题8.4归约机8.5智能机8.5.1智能信息处理与智能机正的实处理机代替虚拟机器;可以增加存储寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、逐级往以上方法存在的问题是软、硬件脱语义同一语言在不同机器上不通用;程序员的习惯但到一定时还可采用模拟仿困难;重新设计软件经济上不划处理单络设计,数据在存储器中的分布算进程间的同步间调度。
02325计算机系统结构复习资料全
第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看,并行级别有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有:相联处理机STARAN,MPP。
全并行的例子有:阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看,并行级别有存储器操作并行,处理器操作步骤并行,处理器操作并行,指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的,采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统,进而采用按内容访问方式,位片串字并或全并行方式,在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统,以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(TimeInterleaving),资源重复(Resource Replication),资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率,从而提高系统性能。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件,实现一条指令对一个数据的操作。
计算机体系结构复习资料(汇总版)
第一章计算机系统结构的基础知识1、计算机体系结构:计算机体系结构是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:对本来是存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
在一个计算机系统中,低层机器的属性对高层机器的程序员往往是透明的,如传统机器级的概念性结构和功能特性,对高级语言程序员来说是透明的。
3、计算机系统结构、计算机组成、计算机实现之间的关系:计算机系统结构指的是计算机系统的软、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:指的是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.它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关系。
计算机的实现:指的是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.它着眼于器件技术和微组装技术,其中器件技术在实现技术中起主导作用。
4、计算机系统的分类:1)Flynn(单/多指令流单/多数据流四种)2)冯氏分类法:最大并行速度.5、程序的局部性:时间局部性(程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息)空间局部性(程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者邻近)。
6、计算机系统设计原理:由上往下设计、由下往上设计、从中间开始设计。
从中间设计的优点:“中间"指层次结构中的软硬件的交界面,目前一般是在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
好处:采用这种方法时,首先要进行软硬件功能分配,确定好这个界面。
然后从这个界面开始,软件设计者往上设计操作系统、汇编、编译系统等,硬件设计者往下设计传统机器级、微程序机器级等。
软件和硬件并行设计可以缩短设计周期,设计过程中可以交流协调,是一种交互式的、很好的设计方法。
7、存储程序计算机(冯·诺依曼结构):采用存储程序原理,将程序和数据存放在同一存储器中。
02325计算机系统结构复习题参考答案
计算机系统结构(02325)复习题一、填空题1. 评价存储系统的指标包括每位价格c、命中率H 和存储层次的等效访问时间”。
2. 计算机系统设计方法有“由上往下”设计、“由下往上”设计和“由中间开始”向两边设计。
其中软硬件结合较好的是“________ 的设计方法。
3.1/0 控制方式可分为程序控制I/O方式、直接存储器访问(DMA方式和I/O处理机方式。
4. 在通道方式I/O传输过程中,用户经由输入/输出的访管指令来使用外设,进管后按其提供的入口地址,将管理程序调出来执行要编制通道程序。
CPU在执行完启动I/O指令后,通道就可以与其并行工作。
5. Cache块的调度算法通常有FIFO算法和LRU算法两种。
6. 计算机硬件和软件在逻辑功能上是等效的,在性能、价格、实现的难易程度上是不同的。
7. 系列机的软件兼容可分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容,其中向后兼容是软件兼容的根本特性。
第8 —12题重复第1 —5题13.有一个“主存一辅存”层次,采用组相联映象。
主存共1024个页面,分为S组。
当S= 1时,则成为全相联映象,当S= 1024 时,则成为直接映象。
二、解释题1. 冷启动失效率:Cache空到Cache满的失效率。
2. Huffman 压缩概念:当各种事件发生的概率不均等时,采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数(时间)来表示(处理),而对出现概率较低的,允许用较长的位数(时间)来表示(处理),就会导致表示(处理)的平均位数(时间)的缩短。
3. 动态再定位:在硬件上设置基址寄存器和地址加法器。
在程序不作变换直接装入主存的同时,装入主存的起始地址存入对应该道程序使用的基址寄存器中。
程序执行时,只要通过地址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的程序基址形成物理(有效)地址后去访存即可。
4. LRU替换算法:LRU替换算法就是近期最少使用替换算法,即选择近期里使用得最少的页,将其替换出去。
02325计算机系统结构复习题(含参考答案)
C.各段之间的连接是固定不变
D.某一时间内可执行多种功能
13.多处理机机间互连采用总线形式的优点是(A)
A.结构简单、造价低、可扩充性好B.适用于处理机机数较多的场合
C.系统增减模块不方便D.没有访问公用总线的冲突
14.位片处理是指计算机采用___________方式对数据进行处理。(C)
D.同步由门(Latch)寄存器来实现
23.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
24.多处理机的各自独立型操作系统( D )
A.要求管理程序不必是可再入的
B.适合于紧耦合多处理机
C.工作负荷较平衡
D.有较高的可靠性
C.松耦合多处理机和多计算机
D.阵列处理机
29.设16个处理器编号分别为0,1,2,…,15用Cube3互联函数时,第10号处理机与第( D )号处理机相联。
A.11 B.8 C.14 D.2
30.若输入流水线的指令既无局部性相关,也不存在全局性相关,则( A )
A.可获得高的吞吐率和效率
B.流水线的效率和吞吐率恶化
C.主存的容量D.辅存的容量
36.以下说法不正确的是( D )
A.线性流水线是单功能流水线B.动态流水线是多功能流水线
C.静态流水线是多功能流水线D.动态流水线只能是单功能流水线
37.流水处理机对全局性相关的处理不包括( D )
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
8.解决重叠方式相关处理的两种基本方法是____推后分析___和设置___相关专用通路_____。
【2325】计算机系统结构考试复习资料
【2325】计算机系统结构考试复习资料【2325】计算机系统结构自考复习资料第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看,并行级别有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有:相联处理机STARAN,MPP。
全并行的例子有:阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看,并行级别有存储器操作并行,处理器操作步骤并行,处理器操作并行,指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的,采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统,进而采用按内容访问方式,位片串字并或全并行方式,在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统,以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(Time Interleaving),资源重复(Resource Replication),资源共享(Resource Sharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率,从而提高系统性能。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
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02325计算机系统结构复习资料第一章计算机系统结构的基本概念从处理数据的角度看,并行级别有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。
位串字串和位并字串基本上构成了SIMD。
位片串字并的例子有:相联处理机STARAN,MPP。
全并行的例子有:阵列处理机ILLIAC IV。
从加工信息的角度看,并行级别有存储器操作并行,处理器操作步骤并行,处理器操作并行,指令、任务、作业并行。
存储器操作并行是指可以在一个存储周期内并行读出多个CPU字的,采用单体多字、多体单字或多体多字的交叉访问主存系统,进而采用按内容访问方式,位片串字并或全并行方式,在一个主存周期内实现对存储器中大量字的高速并行操作。
例子有并行存储器系统,以相联存储器为核心构成的相联处理机。
处理器操作步骤并行是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢得速度。
例子有流水线处理机。
处理器操作并行是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
擅长对向量、数组进行处理。
例子有阵列处理机。
指令、任务、作业并行是指多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
并行性的开发途径有时间重叠(TimeInterleaving),资源重复(ResourceReplication),资源共享(ResourceSharing)。
时间重叠是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上错开,轮流重复地执行使用同一套设备的各个部分,加快硬件周转来赢页脚内容37得速度。
例子有流水线处理机。
资源重复是指一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
资源共享是指用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源以提高资源的利用率,从而提高系统性能。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
SISD:一个指令部件控制一个操作部件,实现一条指令对一个数据的操作。
例子有传统的单处理机 SIMD:一个指令部件同时控制多个处理单元,实现一条指令对多个数据的操作。
例子有阵列处理机,相联处理机。
MIMD:多个独立的处理机分别执行各自的指令、任务、作业,实现指令、任务、作业并行的多机系统,是多个SISD的集合,也称多倍SISD系统(MSISD)。
例子有多处理机,计算机网络,分布处理系统。
exercises:1.有一台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条指令来解释。
如果执行第1级的一条指令要Kns时间,那么执行第2、第3和第4级的一条指令各需要用多少时间?解答:执行第2、第3和第4级的一条指令各需要KNns、KN^2ns、KN^3ns的时间。
1.有一个计算机系统可按功能分成4级,每级的指令互不相同,每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍,即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N条指令解释第i+1级的一条指令,而有一段第1级的程序需要运行Ks,问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间?页脚内容37答:第2级上等效程序需运行:(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行:(N/M)*(N/M)*Ks。
第4级上等效程序需运行:(N/M)*(N/M)*(N/M)* Ks。
note: 由题意可知:第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
而现在第i级有N条指令解释第i+1级的一条指令,那么,我们就可以用N/M 来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。
所以,当有一段第1级的程序需要运行Ks时,在第2级就需要(N/M)Ks,以此类推2.硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上又是不等效的?试举例说明。
答:软件和硬件在逻辑功能上是等效的,原理上,软件的功能可用硬件或固件完成,硬件的功能也可用软件模拟完成。
但是实现的性能价格比,实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代,汉字系统是一个重要问题,早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡(硬件)上,而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展,UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。
3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答:计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同,但又相互影响。
(1)计算机的系统结构相同,但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同,均是由中央处理机/主存,通道、设备控制器,外设4级构成。
其中,中央处理机都有相同页脚内容37的机器指令和汇编指令系统,只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行,在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
(2)相同的组成可有多种不同的实现。
如主存器件可用双极型的,也可用MOS型的;可用VLSI单片,也可用多片小规模集成电路组搭。
(3)计算机的系统结构不同,会使采用的组成技术不同,反之组成也会影响结构。
如为实现A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系统结构,也可采用面向主存的三地址寻址方式的系统结构。
要提高运行速度,可让相加与相乘并行,为此这两种结构在组成上都要求设置独立的加法器和乘法器。
但对面向寄存器的系统结构还要求寄存器能同时被访问,而对面向主存的三地址寻址方式的系统结构并无此要求,倒是要求能同时形成多个访存操作数地址和能同时访存。
又如微程序控制是组成影响结构的典型。
通过改变控制存储器中的微程序,就可改变系统的机器指令,改变结构。
如果没有组成技术的进步,结构的进展是不可能的。
综上所述,系统结构的设计必须结合应用考虑,为软件和算法的实现提供更多更好的支持,同时要考虑可能采用和准备采用的组成技术。
应避免过多地或不合理地限制各种组成、实现技术的采用和发展,尽量做到既能方便地在低档机上用简单便宜的组成实现,又能在高档机上用复杂较贵的组成实现,这样,结构才有生命力;组成设计上面决定于结构,下面受限于实现技术。
然而,它可与实现折衷权衡。
例如,为达到速度要求,可用简单的组成但却是复杂的实现技术,也可用复杂的组成但却是一般速度的实现技术。
前者要求高性能的器件,后者可能造成组成设计复杂化和更多地采用专用芯片。
页脚内容37组成和实现的权衡取决于性能价格比等因素;结构、组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同的计算机系统会有差异。
软件的硬化和硬件的软件都反映了这一事实。
VLSI的发展更使结构组成和实现融为一体,难以分开。
4.什么是透明性概念?对计算机系统结构,下列哪些是透明的?哪些是不透明的?存储器的模m交叉存取;浮点数据表示;I/O 系统是采用通道方式还是外围处理机方式;数据总线宽度;字符行运算指令;阵列运算部件;通道是采用结合型还是独立型;PDP-11系列的单总线结构;访问方式保护;程序性中断;串行、重叠还是流水控制方式;堆栈指令;存储器最小编址单位;Cache存储器。
答:透明指的是客观存在的事物或属性从某个角度看不到。
透明的有:存储器的模m交叉存取;数据总线宽度;阵列运算部件;通道是采用结合型还是独立型;PDP-11系列的单总线结构串行、重叠还是流水控制方式;Cache存储器。
不透明的有:浮点数据表示;I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式;字符行运算指令;访问方式保护;程序性中断;;堆栈指令;存储器最小编址单位。
5.从机器(汇编)语言程序员看,以下哪些是透明的?指令地址寄存器;指令缓冲器;时标发生器;条件寄存器;乘法器;主存地址寄存器;磁盘外设;先行进位链;移位器;通用寄存器;中断字寄存器。
答:透明的有:指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先进先出链、移位器、主存地址寄存器。
6.下列哪些对系统程序员是透明的?哪些对应用程序员是透明的?系列机各档不同的数据通路宽度;虚拟存储器;页脚内容37Cache存储器;程序状态字;“启动I/O”指令;“执行”指令;指令缓冲寄存器。
答:对系统程序员透明的有:系列机各档不同的数据通路宽度;Cache存储器;指令缓冲寄存器;对应用程序员透明的有:系列机各档不同的数据通路宽度;Cache 存储器;指令缓冲寄存器;虚拟存储器;程序状态字;“启动I/O”指令。
note:系列机各档不同的数据通路宽度、Cache 存贮器、指令缓冲寄存器属于计算机组成,对系统和程序员和应用程序员都是透明的。
虚拟存贮器、程序状态字、“启动I/O”指令,对系统程序员是不透明的,而对应用程序员却是透明的。
“执行”指令则对系统程序员和应用程序员都是不透明的。
7.想在系列机中发展一种新型号机器,你认为下列哪些设想是可以考虑的,哪些则不行的?为什么?新增加字符数据类型和若干条字符处理指令,以支持事务处理程序的编译。
(2)为增强中断处理功能,将中断分级由原来的4级增加到5级,并重新调整中断响应的优先次序。
(3)在CPU和主存之间增设Cache存储器,以克服因主存访问速率过低而造成的系统性能瓶颈。
(4)为解决计算误差较大,将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法,改为用ROM存取下溢处理结果的查表舍入法。
(5)为增加寻址灵活性和减少平均指令字长,将原等长操作码指令改为有3类不同码长的扩展操作码;将源操作数寻址方式由操作码指明改成如VAX-11那种设寻址方式位字段指明。
(6)将CPU与主存间的数据通路宽度由16位扩页脚内容37展成32位,以加快主机内部信息的传送。
(7)为减少公用总路线的使用冲突,将单总线改为双总线。
(8)把原0号通用寄存器改作堆栈指示器。
答:可以考虑的有:1,3,4,6,7。
不可以考虑的有:2,5,8。
原则是看改进后能否保持软件的可移植性。
P.S.为了能使软件长期稳定,就要在相当长的时期里保证系统结构基本不变,因此在确定系列结构时要非常慎重。
其中最主要是确定好系列机的指令系统、数据表示及概念性结构。
既要考虑满足应用的各种需要和发展,又要考虑能方便地采用从低速到高速的各种组成的实现技术,即使用复杂、昂贵的组成实现时,也还能充分发挥该实现方法所带来的好处。
8.并行处理计算机除分布处理、MPP和机群系统外,有哪4种基本结构?列举它们各自要解决的主要问题。
答:除了分布处理,MPP和机群系统外,并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机,阵列处理机,多处理机和数据流计算机四种不同的结构。
流水线计算机主要通过时间重叠,让多个部件在时间上交划重叠地并行招待运算和处理,以实现时间上的并行。
它主要应解决:拥塞控制,冲突防止,流水线调度等问题。
阵列处理机主要通过资源重复实现空间上的并行。