计算机体系结构复习

1. 计算机系统的多级层次结构：

第6级

第5级

第4级

第3级

第2级

第1级 2. 系统结构的概念： 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

序员或编译程序设计者所能看到的传统机器级所具有的属性。

3. 在计算机技术中， 对本来存在的事物或属性， 但从某种角度看又好象不存在的概念称为

透明性。

4. 对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指： （选择题）

1） 指令系统（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等） 2） 数据表示 （硬件能直接辩认和处理的数据类型）

3） 寻址规则 （包括最小寻址单元、寻址方式及其表示）

4） 寄存器定义 （包括各种寄存器的定义、数量和使用方式） 5） 中断系统 （中断的类型和中断响应硬件的功能等） 6） 机器工作状态的定义和切换 （如管态和目态等）

7） 存储系统 （主存容量、程序员可用的最大存储容量等） 8） 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）

9） I/O 结构（包括 I/O 连接方式、处理机 /存储器与 I/O 设备间数据传送的方式和

格式 以及 I/O 操作的状态等）

5. 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。

6. 计算机实现指的是计算机组成的物理实现。

7. 数据表示是指计算机硬件能够直接识别、指令集可以直接调用的数据类型。 8. 数据类型、数据结构、数据表示之间的关系

名词解释 填空 选择 简答 计算

L1：微程序机器

9.系列机指由同一厂商生产的具有相同体系结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型

号的机器。

10.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn 分类法和冯氏分类法。冯氏分类法是用系

统的最大并行度对计算机进行分类；Flynn 分类法是指按照指令流和数据流的多倍性进行分类。

11.定量分析技术（简答题）：

1）以经常性事件为重点：在计算机系统设计中，经常需要在多种不同的方法之间进行折中，这时应按照对经常发生的情况采用优化方法的原则进行选择。

2）Amdahl 定律：加速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。

3）CPU性能公式：执行一个程序所需的CPU 时间=执行程序所需的时钟周期数*时钟周期时间

4）程序的局部性原理：指程序执行时所访问的存储器地址分布不是随机的，而是相对簇聚的。分为时间局部性和空间局部性。

12.冯诺依曼结构的特点：以运算器为中心；在存储器中，指令和数据同等对待；存储器是

按地址访问、按顺序线性编址的一维结构，每个存储单元的位数是固定的；指令是按顺序执行的；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。

13.实现可移植性的常用方法有三种：采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。

14.系列机在兼容方面，向后兼容一定要保证，尽量保证向上兼容

15.模拟是指用软件的方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令集。（软件方法）

16.仿真是指用一台现有计算机上的微程序去解释实现另一台计算机的指令集。（硬件方法）

17.并行性包括同时性和并发性。

18.从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：（简答）

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）任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务，以子程序或进程为调度单位。

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。

19.提高并行性的技术路径（12 字）：时间重叠、资源重复、资源共享

20.能够对紧密耦合系统和松散耦合系统进行区分：紧密耦合系统共享主存，松散耦合系统共

享外设

21.CISC 指令集结构存在的问题：

1)各种指令的使用频度相差悬殊

2)指令集庞大，指令条数很多，许多指令的功能又很复杂，

3)许多指令由于操作繁杂，其CPI 值比较大，执行速度慢。

4)由于指令功能复杂，规整性不好，不利于采用流水技术来提高性能。

22.设计RISC 机器遵循的原则

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。

23.指令动态调度是在程序的执行过程中，依靠专门硬件对代码进行调度。静态调度的流水线

依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。

24.数据结构指由软件进行处理和实现的各种数据类型。

25.MIPS 的数据寻址方式只有立即数寻址和偏移量寻址。

26.流水技术是指：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效

地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。

流水线的段数称为流水线的深度。

27.流水技术的特点

1)流水线把一个处理过程分解为若干个子过程(段) ，每个子过程由一个专门的功能部

件来实现。

2)流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞、断流。时间长的段将

成为流水线的瓶颈。

3)流水线每一个功能部件的后面都要有一个缓冲寄存器 (锁存器)，称为流水寄存器。

4)流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发

挥流水线的效率。

5)流水线需要有通过时间和排空时间。

28.流水线分类：

1)按流水线所完成的功能分：单功能流水线和多功能流水线

2)按照同一时间段内各段之间的连接方式分：静态流水线和动态流水线

3)按照流水的级别分：部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线

4)按照流水线中是否有反馈回路分：线性流水线和非线性流水线

5)按照任务流入和流出的顺序分：顺序流水线和乱序流水线

29.解决流水线瓶颈问题的常用方法：细分瓶颈段、重复设置瓶颈段

30.程序中的相关有三种类型：数据相关、名相关(反相关、输出相关) 、控制相关流水线中

的相关有：数据相关、结构相关、控制相关处理机找中的相关：数据相关、控制相关31.控制相关带来了两个限制：

1)与一条分支指令控制相关的指令不能被移到该分支之前，否则这些指令就不受该分

支控制