高等计算机体系结构考题部分答案整理与分析(1).

高等计算机体系结构考题部分答案整理与分析(1)

——2002年高体考试真题解析1.填空题

1)第一台通用流水线计算机是：Stretch，即IBM7030

解析：主要是考察流水线技术的相关背景。最早实现流水线技术的计算机应该是使用Stretch，即IBM7030，使用流水线实现了重叠取指令、译码和执

行。其中还设计了避免冲突的ALU旁路技术。在1964年发布了CDC6600是使

用记分板技术实现动态调度流水线机制的机器。而使用保留站机制的Tomasulo

算法是在IBM 360/91中使用的。知识来源于本科课件第二讲

2)有效检测N位加法溢出的方法是：

察看输入最高位的进位是否等于最高位输出的进位

解析：该知识来自本科计算器加减法运算的相关知识。溢出指运算的结果超出了正常的表示范围。加法溢出只可能出现在两个同为正数或同为负数相加

才可以实现。可用以下方法检测：察看输入最高位的进位是否等于最高位输出

的进位。若不相等则容易知道该数据溢出。

3)时间局部性是指：

如果一个信息项正在被访问，那么近期它还会再被访问

解析：考察流水线及性能改进基础——局部性原理。局部性原理：CPU访问存储器时，无论取指令或者存取数据，访问存储单元都趋向于聚集在一个较

小的连续区域中。局部性原理包含时间局部性和空间局部性。时间局部性指

如果一个信息项正在被访问，那么近期它还会再被访问。原因：由程序循环和

堆栈技术造成的。空间局部性指在最近的将来用到的信息很可能在现在正在使

用的信息在空间地址上临近。原因：由指令顺序执行和数组存放造成。

4)流水线存在的三种相关是：数据相关、名字相关和控制相关

解析：考察指令级并行技术的基础相关知识。相关性是程序的特性，一个相关

是否会导致实际的冒险，该冒险是否会造成停顿，这是流水线结构的基本特征。

指令共有三种不同类型的相关：数据相关、名字相关和控制相关。

2.辨析题

1)加深流水线级数一定可以提升处理器性能。

这句话说法不对。当然在一定条件下加深流水线的级数可以加快流水线处理的

并行度，从而提高处理器的性能。但超过一定限度后，流水线级数无法无限制

地增加并提高处理性能。影响和限制流水线级数来提高性能的因素如下：1）指

令流的并行度有限，当流水线级数增加，即流水线深度增加时，因为相关引起

停顿将最终造成CPI的增加。更深的流水线会造成时钟周期的下降，并受到时

钟扭斜和负载的限制。

2)增加页面大小一定可以提升系统整体性能。

这句话说得不对。由于RAM价格下降，存储器变得更大；处理器和存储器之间

的速度差别更大，因此必须增加页面大小。但增加页面大小会使存储器中的内

部碎片变得严重，从而浪费很多存储空间。因此增加页面大小不一定可以提升

系统整体性能。

3.简答题

1)简要回答DMA的概念和优势。

答：DMA方式是利用硬件控制的特殊处理器实现直接访问存储器，它可以在CPU做其他工作时组织内存和IO设备之间传送数据，适合成组数据的交换。

DMA控制器可以接管CPU总线控制，数据传输不受CPU干预，直接在存储器

和外围设备之间传输数据，节约了硬件中断开销，大大减少了CPU访问和控制

IO设备的时间。

2)时钟扭斜与建立时间，时钟周期之间的关系。

答：时钟扭斜是指两个同步时钟边沿可能会产生不一致，由于时钟时间>=CLK-to-Q+最长延迟路径+Setup+时钟扭斜，因此时钟扭斜会影响最小时钟周

期长度，从而影响处理器的性能和频率。由于时钟扭斜会影响保持时间，

CLK-to-Q+最短延迟路径-时钟扭斜>保持时间，从而无法确定保持时间的范围。

综上，时钟扭斜对电路稳定性、时钟周期和处理器性能都有所影响。

3)什么是Cache分配写回策略？

答：cache分配写回策略指Cache对应快被替换时才会被写入内存从而更新数据，之前内存的数据往往是脏数据。写回策略主要是出于减少存储器之间

通信量的考虑。

4)什么是软件流水技术？

答：软件流水技术主要是发现如果程序循环中每次迭代没有相关，通过从不同迭代中抽取指令来获得更高的指令级并行，即对循环结构重构，使得每次

迭代指令属于原循环不同的迭代过程。软件流水的代码空间比较小，每次只需

填充和排空流水线一次，而程序循环结构展开每次就需要一次迭代。但要求原

有循环结构每次迭代之间不能存在相关。

5)精确中断技术的定义？

精确中断指对于单条指令，所有该指令之间的指令都处于提交状态，且所有后

续指令，包括产生中断的指令没有改变任何机器状态，需要一定措施使得指令

执行次序与指令发射流进行再同步。

高等计算机体系结构考题部分答案整理与分析(2)

——2003年高体考试真题解析1.填空题

1)第一台全面的、可操作的、存储程序计算机是：剑桥大学的EDSAC计算机

解析：这是来自本科的内容，考察计算机制造历史的基本知识。似乎对于这方面的考察每年似乎都有相关的题目。世界上第一台通用电子计算机来自1946年宾夕法尼亚大学的ENIAC计算机，世界上第一台可以操作的存储式计算机来自1948年曼彻斯特大学的Mark-I计算机，世界上第一台全面的、可操作的、存储程序的计算机是1949年剑桥大学的EDSAC计算机。最早用于商业应用的通用计算机是UNIVAC I 计算机。世界上第一台通用流水线计算机是IBM 7030(Stretch)计算机，世界上第一台超级计算机是1966年CDC公司的CDC 6600计算机。IBM 360/85计算机是第一台使用cache的商业计算机。