计算机系统结构复习题知识分享
计算机系统结构复习题（含答案）
计算机系统结构复习题（含答案）计算机系统结构复习题1、虚拟机的概念虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。
2、指令系统的设计方法、概念、主要原因、对象、总线的仲裁算法主要原因：因为指令系统是软件设计人员与硬件设计人员之间的一个主要分界面，也是他们之间互相沟通的一座桥梁。
对象：概念：又称指令集（instruction set）是计算机体系结构设计的核心，是计算机软、硬件接口,是指机器所具有的全部指令的集合。
它反映了计算机所拥有的基本功能。
它是机器语言程序员所看到的机器的主要属性之一。
设计方法：①、首先考虑所应实现的基本功能，确定哪些基本功能应该由硬件实现，哪些功能由软件实现比较合适。
包括指令的功能设计和指令格式的设计；②、在确定哪些基本功能用硬件来实现时，主要考虑3个因素：速度、成本、灵活性；硬件实现的特点：速度快、成本高、灵活性差软件实现的特点：速度慢、价格便宜、灵活性好③、对指令系统的基本要求完整性、规整性、正交性、高效率、兼容性。
总线仲裁算法有：静态优先级算法、固定时间片算法、（动态优先级）算法和（先来先服务）算法3、要实现两条指令在世间上重叠解释步骤是什么？为了实现两条指令在时间上重叠解释：首先需要付出空间代价，如增加数据总线、控制总线、指令缓冲器、地址加法器、相关专用通路，将指令分析部件和指令执行部件功能分开、单独设置，主存采用多体交叉存取，等等。
其次要处理好指令之间可能存在的关联，如转移的处理，指令相关，主存空间数的相关、通用寄存器组的数相关和基址值相关等的处理。
此外，还应合理调配好机器指令的微操作，使“分析”和“执行”的时间尽可能相等，以提高重叠的效率。
4、互连网络的交换方式有（线路交换）、（包交换）和（线路/包交换）5、SIMD互连网络采用（线路）交换，多处理机常采用（包）交换6、与重叠机器一样，流水机器在遇到（转移指令）指令，尤其是（条件转移指令）指令时，效率也会显著下降7、按指令与数据流的多倍性将数据流分为（SISD）、（SIMD）、（MISD）、（MIMD）四类。
(完整版)计算机系统结构复习题(附答案)范文
计算机系统结构复习题和重点（附答案）一、单项选择题1．实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（）A．编译程序解释B．编译程序翻译C．汇编程序解释D．汇编程序翻译2．系列机软件必须保证（）A．向前兼容，并向上兼容B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力争向上兼容D．向后兼容，力争向下兼容3．浮点数尾数基值r m=8，尾数数值部分长6位，可表示规格化正尾数的个数是（）A．56个B．63个C．64个D．84个4．在IBM370系统中，支持操作系统实现多进程共用公用区管理最有效的指令是（）A．“执行”指令B．“程序调用”指令C．“比较与交换”指令D．“测试与置定”指令5．关于非专用总线三种控制方式中，下列叙述错误．．的是（）A．集中式定时查询，所有部件共用同一条“总线忙”线B．集中式定时查询，所有部件都用同一条“总线请求”线C．集中式独立请求，所有部件都用同一条“总线请求”线D．集中式串行链接，所有部件都用同一条“总线请求”线6．磁盘外部设备适合于连接到（）A．字节多路通道B．数组多路通道或选择通道C．选择通道或字节多路通道D．数组多路通道或字节多路通道7．在Cache存储器中常用的地址映象方式是（）A．全相联映象B．页表法映象C．组相联映象D．段页表映象8．在指令级高度并行的超级处理机中，下列叙述正确的是（）A．超标量处理机利用资源重复，要求高速时钟机制B．超流水线处理机利用资源重复，要求高速时钟机制C．超标量处理着重开发时间并行性，要求高速时钟机制D．超流水线处理机着重开发时间并行性，要求高速时钟机制9．间接二进制n方体网络是一种（）A．多级立方体网络B．多级全排列网络C．单级立方体网络D．多级混洗交换网络10．多端口存储器适合于连接A．紧耦合多处理机B．松耦合多处理机C．机数很多的处理机D．机数可变的多处理机二、填空题11．多处理机实现的是___________、___________间的并行。
计算机体系结构必考知识点
计算机体系结构必考知识点一、知识概述《计算机体系结构必考知识点》①基本定义：计算机体系结构呢，简单说就是计算机的各个组成部分，像处理器、内存、输入输出设备等，它们之间是怎么连接的，还有各自的功能怎么协同工作。
就好比一个足球队，每个球员（硬件组件）都有自己的位置（功能），教练（操作系统等软件）怎么安排他们配合踢球（协同工作），这就是大致的概念。
②重要程度：在计算机这个学科里，这可太重要了。
要是不懂体系结构，就好比你盖房子不知道怎么搭框架，那接下来的装修（软件开发之类的）就无从下手。
计算机系统的性能、功能等都和它有很大关系。
③前置知识：得有基本的数字电路知识，像什么是逻辑门之类的。
还有对计算机各个硬件部件有个简单了解，就像你得知道有CPU这个东西，它大致是干啥的。
如果之前学过计算机组成原理那就更好了，就像你是个盖房子的小工，盖了几次小房子（了解简单的硬件组合），再来盖大楼（学习体系结构）就容易些。
④应用价值：实际应用可多了。
比如说设计新的计算机芯片，要考虑体系结构。
像手机厂商想让手机运行得更快，还不那么耗电，那就得优化手机芯片的体系结构。
再比如说云计算中心设计大型服务器集群，也得按照合理的体系结构来，这样才能高效处理海量的数据。
二、知识体系①知识图谱：在计算机学科的大地图里，计算机体系结构是重要的一块。
它连接着计算机硬件底层，向上又影响着操作系统、软件应用的开发。
就好比它是城市里的交通规划（对计算机里的数据等流动起规划作用），其他的建筑物（软件等）得按照这个交通规划来建设。
②关联知识：和计算机组成原理关联紧密，组成原理就像是讲每个部件的详细构造，体系结构就是把这些部件组合起来看。
和操作系统也有很大关系，操作系统的运行依赖于计算机体系结构提供的环境。
就好像演员（操作系统）得在舞台（体系结构）上表演。
③重难点分析：掌握难度在于概念比较抽象，像多级存储体系结构，什么缓存、主存、外存的关系不好理解。
关键点在于要理解各个部件的交互原理。
计算机体系结构期末考试知识点与答案
计算机体系结构期末考试知识点与答案体系结构复习重点.doc1.冯.诺依蔓计算机的特点答：冯·若依曼计算机的主要特点如下：存储程序方式。
指令和数据都是以字的方式存放在同一个存储器中，没有区别，由机器状态来确定从存储器读出的字是指令或数据。
指令串行执行，并由控制器集中加以控制、单元定长的一维线性空间的存储器使用低级机器语言，数据以二进制形式表示。
单处理机结构，以运算器作为中心。
其实，他最大的特点就是简单易操作。
2. T（C）＝<K*K',D*D',W*W'>所描述的三个层次（8页）答：3个层次为控制器、算术逻辑部件、基本逻辑部件3. 计算机系统结构的分类（5页）4. 计算机系统中的数据表示（38页）5. 指令系统设计的原则答：指令系统的设计原则是，应特别注意如何支持编译系统能高效、简易地将源程序翻译成目标代码。
首先是正交性：又称分离原则或互不相干原则。
即指令中各个有不同含义的字段之间，在编码时应互相独立、互不相关。
规整性：对相似的操作数做出相同的规定。
可扩充性：要保留一定余量的操作码空间，为以后的扩展所用。
对称性：为了使编译能更加方便，通常希望操作具有对称性。
6. 流水操作中的相关答：流水操作过程中会出现一下的3个相关：资源或结构相关、数据相关、和控制相关。
资源相关是指当有多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一功能部件所发生的冲突。
数据相关：这是由于流水线中的各条指令的重叠操作使得原来对操作数的访问顺序发生了变化，从而导致了数据相关的冲突。
控制相关主要是转移指令引起的，比起数据相关来，他会使流水线丧失更多的性能。
7. 向量机中对向量的各种运算可以采用的加工方式（149页）答：向量机中对向量的各种运算可以采用不同的加工方式，但比较有效的加工方式应是尽量避免出现数据相关和尽量减少对向量功能的转换。
一种普通加工方式称为横向加工，它是按向量顺序计算的。
另外一种加工方式称为垂直加工，即它是先纵向加工所有B和C向量中元素对的相加操作。
计算机系统结构复习资料1
《计算机系统结构》复习资料一、名词解释1.计算机系统结构2.存储器带宽3.云计算4.缺页5.静态流水线6.多核CPU7.动态互连网络8.动态流水线二、选择题1,对计算机系统结构，下列(D)是透明的。
A.浮点数据表示B.指令系统C.访问方式保护D,阵列运算部件2.假设对A机器指令系统的每条指令的解释执行可直接由B机器的一段微程序解释执行，则A称为(D)。
A,仿真机B.宿主机C,虚拟机D.目标机3.对汇编语言程序员，下列(A)不是透明的。
A,中断字寄存器B,乘法器C,移位器D,指令缓冲器4.在采用基准测试程序来测试评价机器的性能时，下列方法按照评价准确性递增的顺序排列是(D)。
(1)、实际的应用程序方法(2)、核心程序方法(3)、玩具基准测试程序(小测试程序)(4)、综合基准测试程序A.(1)(2)(3)(4)B.(2)(3)(4)(1)C.(3)(4)(1)(2)D.(4)(3)(2)(1)5.设主存和辅存的平均访问时间分别为10-6秒和10-2秒，若要使虚拟存储器的主存-辅存层平均时间达到10-4,问至少应保证主存访问命中率为多少？CA)0,97B)0.98C)0,99D)16.SIMD是指(B)A,单指令流单数据流B,单指令流多数据流C.多指令流单数据流D,多指令流多数据流7,下列那种存储设备不需要编址？DA,通用寄存器B,主存储器C,输入输出设备D,堆栈8.按照计算机系统层次结构，算术运算、逻辑运算和移位等指令应属于(A)级机器语言。
A,传统机器语言机器B,操作系统机器C,汇编语言机器D,高级语言机器9,对输入输出系统的组织产生决定性影响的是哪些基本要求？D1)异步性2)同步性3)分时性4)实时性5）设备相关性6）设备无关性A.2,3,5B.1,4,6C.2,4,6D.1,3,510.下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的？DA.随机页面替换算法B.先进先出替换算法C.最久没有使用算法D.最优替换算法11.为了提高向量处理机的性能，会采用一些特殊的技术，下面那一项不是提高向量处理机性能而采用的技术？DA.链接技术B.向量递归技术C.Cache缓存技术D.稀疏矩阵的处理技术12.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为A t、2担和3At,顺序执行n条指令至少需要花费的时间为：CA.3n：tB.2nAtC.6n.：tD.n寸13.指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？CA.固定长度编码B.扩展编码法C.huffman编码法D.以上编码都不是14.在早期冯〃诺依曼计算机特征中，机器以（C）为中心。
最新系统结构总复习题(附答案)
《计算机系统结构》期末考试复习题一、选择题：1、我们称由（B ）实现的机器为虚拟机器。
A、硬件B、软件C、微程序D、固件2、计算机系统结构设计者所关心的是（C ）所看到的的计算机结构。
A、硬件设计人员B、逻辑设计人员C、机器语言或汇编语言程序员D、高级语言程序员3、计算机组成是计算机系统结构的（B ）。
A、硬件实现B、逻辑实现C、软件实现D、以上三种4、在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意（A ）。
A、加快经常性使用指令的执行速度B、要特别精心设计少量功能强大的指令B、要减少在数量上占很小比例的指令的条数D、要加快少量指令的速度5、SIMD计算机可以处理（D ）。
A、多指令流、单数据流B、单指令流单数据流C、多指令流多数据流D、单指令流多数据流6、在提高CPU性能的问题上，从系统结构角度，可以（C ）。
A、提高时钟频率B、减少程序指令条数C、减少每条指令的时钟周期数D、减少程序指令条数和减少每条指令的时钟周期数7、冯.诺依曼计算机是（B ）。
A、以存储器为中心B、以CPU为中心C、以处理输入/输出危重点D、以存储器与计算器为中心8、解决软件移植最好的办法就是（C ）。
A、采用模拟方法B、采用仿真的方法C、采用统一高级语言D、采用统一标准设计计算机结构9、对计算机系统结构，下列透明的是（A ）。
A、数据总线宽度B、浮点数表示C、CPU寄存器个数D、存储器的编址方法10、以下对系统程序员不透明的是（B ）。
A、系列机各档不同的数据通路宽度B、虚拟存储器C、指令缓冲寄存器D、存储器读写缓冲寄存器11、在浮点数表示中，尾数的位数多少主要影响（ B ）。
A、表数范围B、表数精度C、表数效率D、运算实现容易程度12、当浮点数的尾数基值为（A ）时，其表数效率最高（假如不考虑隐藏位）。
A、16B、8C、4D、213、当浮点数的尾数基值为（ D ）时，其表数精度最高，表数范围最大。
A、2B、8C、16D、2或414、当浮点数的尾数用原码表示，基值为2，阶码用移码表示，基值为2时，若尾数部分占23位（不含符号位），阶码占8位（含符号位），则表示的最大负数和最大正数分别为（ C ）。
计算机系统结构复习题
1【简答题】传统的存储程序计算机的主要特征是什么？存在的主要问题是什么？目前计算机系统是如何改进的?正确答案：解：主要特征：(1)机器以运算器为中心；(2）采用存储程序原理；（3)存储器是按地址访问的、线性编址的空间；(4)控制流由指令流产生；（5）指令由操作码和地址码组成；（6)数据以二进制编码表示,采用二进制运算。
主要问题和改进：（1)问题：以运算器为中心,所有部件的操作都由控制器集中控制，导致慢速输入输出操作占用快速运算器矛盾,影响运算器效率发挥。
改进：各种分布式的I/O处理或输入输出方式如程序控制、DMA(直接存储器访问)方式、 I/O 处理机等。
（2）问题:数据和指令存放在同一存储器中，自我修改程序是难以编制、调试和使用的，不利于指令执行的重叠和流水。
改进:通过存储管理硬件的支持，由操作系统控制在程序执行过程中不准修改程序.(3)问题:访问存储器次数较多影响计算机系统性能。
改进：按内容访问的相联存储器CAM，大量使用通用寄存器,在CPU和主存之间设置高速缓冲存储器cache。
(4)问题：受程序计数器控制，程序执行只能串行、顺序执行.改进：改进CPU的组成，如采用重叠方式、先行控制、多操作部件甚至流水方式把若干条指令的操作重叠起来；采用向量处理技术、多机并行处理，总之通过并行处理技术进一步提升计算机系统速度。
（5）问题：需要指令功能更加丰富，但实现困难;计算机存储器容量大增，采用直接寻址方式指令中地址码位数不够.改进：出现了CISC和RISC指令系统，CISC用硬件实现大量丰富功能,RISC只包含使用频率高的少量指令；采用多种灵活的寻址方式,如间接寻址、相对寻址、变址寻址、基址寻址、页式寻址等。
2【简答题】通用寄存器型指令系统结构在灵活性和提高性能方面的优势主要体现在哪几个方面？正确答案:(1）寄存器的访问速度比存储器快很多;(2）对编译器而言，能更加容易、有效地分配和使用寄存器。
在表达式求值方面，通用寄存器型结构具有更大的灵活性和更高的效率。
计算机系统结构复习题(附答案)
计算机系统结构复习题和重点（附答案）一、单项选择题1．实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（）A．编译程序解释B．编译程序翻译C．汇编程序解释D．汇编程序翻译2．系列机软件必须保证（）A．向前兼容，并向上兼容B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力争向上兼容D．向后兼容，力争向下兼容3．浮点数尾数基值r m=8，尾数数值部分长6位，可表示规格化正尾数的个数是（）A．56个B．63个C．64个D．84个4．在IBM370系统中，支持操作系统实现多进程共用公用区管理最有效的指令是（）A．“执行”指令B．“程序调用”指令C．“比较与交换”指令D．“测试与置定”指令5．关于非专用总线三种控制方式中，下列叙述错误．．的是（）A．集中式定时查询，所有部件共用同一条“总线忙”线B．集中式定时查询，所有部件都用同一条“总线请求”线C．集中式独立请求，所有部件都用同一条“总线请求”线D．集中式串行链接，所有部件都用同一条“总线请求”线6．磁盘外部设备适合于连接到（）A．字节多路通道B．数组多路通道或选择通道C．选择通道或字节多路通道D．数组多路通道或字节多路通道7．在Cache存储器中常用的地址映象方式是（）A．全相联映象B．页表法映象C．组相联映象D．段页表映象8．在指令级高度并行的超级处理机中，下列叙述正确的是（）A．超标量处理机利用资源重复，要求高速时钟机制B．超流水线处理机利用资源重复，要求高速时钟机制C．超标量处理着重开发时间并行性，要求高速时钟机制D．超流水线处理机着重开发时间并行性，要求高速时钟机制9．间接二进制n方体网络是一种（）A．多级立方体网络B．多级全排列网络C．单级立方体网络D．多级混洗交换网络10．多端口存储器适合于连接A．紧耦合多处理机B．松耦合多处理机C．机数很多的处理机D．机数可变的多处理机二、填空题11．多处理机实现的是___________、___________间的并行。
计算机系统结构 复习要点
计算机系统结构：第一章基本概念填空题、选择题复习：1、从使用语言角度，系统按功能划分层次结构由低到高分别为：微程序机器M0、传统机器M1、操作系统机器M2、汇编语言机器M3、高级语言机器M4、应用语言机器M5.2、计算机系统的设计思路：“从中间开始”设计的“中间”是指层次结构中的软硬件交界面，目前多数在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间。
3、翻译与解释的区别与联系：区别：翻译是整个程序转换，解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句；联系：都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。
4、模拟与仿真的区别：模拟：用机器语言解释实现软件移植的方法，解释的语言存在主存中；仿真用微程序解释，存储在控制存储器中。
5、解决好软件的可移植性方法有统一高级语言、采用系列机、模拟与仿真。
6、系列机必须保证向后兼容，力争向上兼容。
7、非用户片也称通用片，其功能是由器件厂生产时定死的，器件的用户只能用，不能改；现场片，用户根据需要改变器件内部功能；用户片是专门按用户的要求生产高集成度VLSI器件，完全按用户的要求设计的用户片称为全用户片。
一般同一系列内各档机器可分别用通用片、现场片或用户片实现。
8、计算机应用可归纳为向上升级的4类：数据处理、信息处理、知识处理、智能处理。
9、并行性开发的途径有：时间重叠、资源重复和资源共享。
10、并行性是指：同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，并行性包含同时性和并发性二重含义。
11、科学计算中的重大挑战性课题往往要求计算机系统能有1TFLOPS的计算能力、1TBYTE 的主存容量、1TBYTE/S的I/O带宽。
12、并行处理计算机的结构：流水线计算机——时间重叠，阵列处理机——资源重复，多处理机——资源共享。
13、多机系统分多处理机系统和多计算机系统，多处理机系统：多台处理机组成的单一系统，多计算机系统：多台独立的计算机组成的系统。
14、多机系统的耦合度可以分为最低耦合、松散耦合和紧密耦合。
《计算机系统结构》复习提纲
《计算机系统结构》复习提纲第一章复习题1、计算机的多级层次结构2、透明性的概念，会判断那些特征对哪些人是透明的。
3、计算机系统结构、组成、计算实现的定义、含义、包含的内容及三者之间的关系。
4、软硬件取舍的基本原则及计算机系统设计方法。
5、掌握阿姆达尔定律。
6、什么是峰值性能、持续性能？持续性能有哪几种表示方法。
列出它们的计算公式，并比较它们的优缺点。
7、软件、应用、器件对系统结构有哪些促使影响？8、解释软件可移植性、模拟、仿真？注意模拟和仿真的区别。
9、什么是并行性？并行性指的是哪两种？什么是并行处理？并行可分为哪几个等级？10、并行性开发有哪几种方法，它们是如何实现并行性的，简要解释并各举一系统类型的例子。
11、Flynn分类法的依据是什么？共分哪几类？解释其含义。
12、衡量计算机性能用什么方法？13、要求会计算CPI、TCPU、MIPS、MFLOPS。
14、MIPS与MFLOPS、MFLOPS与SPEC分值有何对应关系？15、如何用Gm评价不同机器的性能？第二章复习题1、数据表示的定义2、数据表示、数据结构有什么关系？3、IEEE754有哪几种基本格式？4、IEEE754标准浮点数N有哪些解释？5、要求会计算用IEEE754表示十进制数。
6、要求可将IEEE754转换为十进制数。
7、自定义数据有哪二种表示形式？各自的定义是什么？8、在采用描述符方法取操作数的方法中，可以将描述符按树形联结来描述多维数组。
要会画图表示用描述符描述一个 3 × 4 的二维阵列的情况。
9、浮点数尾数基值大小的选择，要求掌握非负阶、规格化、正尾数的最大最小值及采用尾基为r m的浮点数表示的特性。
10、如何用哈夫曼、扩展哈夫曼对指令操作码进行编码？平均码长如何计算？11、CISC有哪些主要特点？CISC有什么问题？12、RISC有哪些主要特征？13、RISC在CPU内部设置大量寄存器，试叙述RISC机中所采用的窗口重叠寄存器的工作原理，并列举它的主要优缺点。
计算机系统结构复习题
计算机系统构造复习1、从使用语言角度，可将系统按功能划分为多层次机器级构造，层次构造分别是：应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序序机器级。
2、各机器级的实现主要靠翻译和解释或两者结合进展。
翻译是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，然后再在低一级机器级上实现的技术。
解释则是在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器上的一条语句或指令的功能，是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
3、计算机系统构造在计算机系统机器级层次中指传统机器级的系统构造。
4、计算机系统构造研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面确实定，提供机器语言、汇编语言程序设计或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到的遵循的计算机属性。
5、计算机系统构造的属性包括：数据表示、寻址方式、存放器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、系统机器级的管态和用户态的定义和切换、机器级的I/O构造、系统各局部的信息保护方式和保护机构等属性。
6、机器透明性：指相对于每一机器级设计人员，都客观存在的功能或属性看不到的现象，称相对于此级设计人员来说，这此功能或属性是具有透明性，即透明的。
7、计算机组成指的是计算机系统构造的逻辑实现，包括机器级部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
它着眼于机器级部各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能及各部件间的联系。
8、计算机组成设计要解决的问题是在所希望到达的性能和价格下，怎样更好、更合理地把各种设备各部件组织成计算机，来实现所确定的系统构造。
9、当前，计算机组成设计主要是围绕提高速度，着重从提高操作的并行度、重叠度，以及功能的分散和设置专用功能部件来进展的。
10、计算机组成设计要确定的方面一般应包括：数据通路宽路、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、可靠性技术等。
计算机体系结构复习题(有答案)
《计算机系统结构》总复习
主存储器
定义：主存储器是计算机系统中的主要存储器用于存储程序和数据。 组成：由多个存储单元组成每个单元存储一个二进制数。 访问方式：通过地址码直接访问存储单元实现数据的读取和写入。 性能指标：主要包括存储容量、存取时间和可靠性等。
高速缓存
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定义：高速缓存是一种用于存储经常访问 数据的硬件设备
功能：输入输出接口的主要功能是传输数据和命令支持各种外部设备的接入和控制。
发展趋势：随着技术的不断发展输入输出接口也在不断演进和改进未来将更加高效、快速和智能化。
输入输出处理机
输入输出处理机是计算机系统中的重要组成部分负责管理计算机的输入输出设备。
输入输出处理机的主要功能是实现输入输出数据的传输和控制支持各种外部设备的操作。
分布式系统概述
定义：分布式系统是由多个相互通信的计算机组成的系统这些计算机在物理上通过网络连接协同完 成共同的任务。
特点：分布式系统具有并行性、可靠性和可扩展性等特点能够提高系统的整体性能和可靠性。
组成：分布式系统由多个节点组成每个节点都有自己的处理器和存储器节点之间通过网络进行通信。
应用：分布式系统广泛应用于各种领域如云计算、大数据处理、物联网等。
计算机系统结构总复习
汇报人：
目录
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存储系统
01
04
计算机系统概述
02
处理器系统
03
输入输出系统
05
并行处理与分布式系 统
06
添加章节标题
计算机系统概述
计算机系统的基本组成
硬件：计算机系 统的物理实体包 括中央处理器、 存储器、输入输
出设备等。
软件：计算机 系统的程序和 数据包括系统 软件和应用软
计算机系统结构复习题
1【简答题】传统的存储程序计算机的主要特征是什么？存在的主要问题是什么？目前计算机系统是如何改进的？正确答案：解：主要特征：(1)机器以运算器为中心；(2)采用存储程序原理；(3)存储器是按地址访问的、线性编址的空间；(4)控制流由指令流产生；(5)指令由操作码和地址码组成；(6)数据以二进制编码表示，采用二进制运算。
主要问题和改进：(1)问题：以运算器为中心，所有部件的操作都由控制器集中控制，导致慢速输入输出操作占用快速运算器矛盾，影响运算器效率发挥。
改进：各种分布式的I/O处理或输入输出方式如程序控制、DMA(直接存储器访问)方式、 I/O 处理机等。
(2)问题：数据和指令存放在同一存储器中，自我修改程序是难以编制、调试和使用的，不利于指令执行的重叠和流水。
改进：通过存储管理硬件的支持，由操作系统控制在程序执行过程中不准修改程序。
(3)问题：访问存储器次数较多影响计算机系统性能。
改进：按内容访问的相联存储器CAM，大量使用通用寄存器，在CPU和主存之间设置高速缓冲存储器cache。
(4)问题：受程序计数器控制，程序执行只能串行、顺序执行。
改进：改进CPU的组成，如采用重叠方式、先行控制、多操作部件甚至流水方式把若干条指令的操作重叠起来；采用向量处理技术、多机并行处理，总之通过并行处理技术进一步提升计算机系统速度。
(5)问题：需要指令功能更加丰富，但实现困难；计算机存储器容量大增，采用直接寻址方式指令中地址码位数不够。
改进：出现了CISC和RISC指令系统，CISC用硬件实现大量丰富功能，RISC只包含使用频率高的少量指令；采用多种灵活的寻址方式，如间接寻址、相对寻址、变址寻址、基址寻址、页式寻址等。
2【简答题】通用寄存器型指令系统结构在灵活性和提高性能方面的优势主要体现在哪几个方面？正确答案：(1)寄存器的访问速度比存储器快很多；(2)对编译器而言，能更加容易、有效地分配和使用寄存器。
在表达式求值方面，通用寄存器型结构具有更大的灵活性和更高的效率。
计算机系统结构 总复习
∑ 而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算： AiBi i =1
① 画出时空图；（9 分） ② 计算实际的吞吐率、加速比和效率。（6 分） 15. 静态多功能流水线由 6 个功能段组成，如图 E_3 所示。其中，s1、s4、s5、s6 组
成乘法流水线，s1、s2、s3、s6 组成加法流水线，各个功能段时间均为△t，假设 该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以 最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中 i＝1..4，∏为连乘符号） ① 画出时空图；（9 分） ② 计算实际的吞吐率、加速比和效率。（6 分） 16. （20 分）设指令流水线由取指令、分析指令和执行指令 3 个部件构成，每个部件 经过的时间为△t，连续流入 12 条指令。分别画出标量流水处理机以及 ILP 均为 4 的超标量处理机、超长指令字处理机、超流水处理机的时空图，并分别计算它们 相对于标量流水处理机的加速比。 17. （15 分）给定以下的假设，试计算直接映象 Cache 和两路组相联 Cache 的平均访 问时间以及 CPU 时间。 ① 理想 Cache（命中率为 100%）情况下的 CPI 为 2.0，时钟周期为 2ns，平均每条指 令访存 1.2 次。 ② 两种 Cache 容量均为 64KB，块大小都是 32 字节。 ③ 组相联 Cache 中的多路选择器使 CPU 的时钟周期增加了 10%。 ④ 这两种 Cache 的失效开销都是 80 ns。 ⑤ 命中时间为 1 个时钟周期。 ⑥ 64 KB 直接映象 Cache 的失效率为 1.4%，64 KB 两路组相联 Cache 的失效率为 1.0%。
① 画出处理过程的时空图。（9 分） ② 计算其吞吐率、加速比和效率。（6 分） 12. 有一条动态多功能流水线由 5 段组成（如图 E_2 所示），加法用 1、3、4、5 段，
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。
期末复习1.《计算机系统结构》重点知识总结
《计算机组成原理与结构》重要知识点第一章概论一、基本概念1.冯.诺依曼体制？存储程序方式？冯•诺依曼体制包含三个要点：（1）采用二进制代码表示信息，以便计算机识别；（2）采用存储程序工作方式，才能使计算机自动地对信息进行处理；（3）由存储器、运算器、控制器、输入/输出设备等功能部件组成计算机硬件系统。
存储程序工作方式：事先编制程序，事先存储程序，自动、连续地执行程序。
2.控制流？数据流？控制流：控制计算机工作的信息，即指令或命令。
数据流：计算机加工处理的对象，即数值和非数值数据。
传统的诺依曼机采用控制流（指令流）驱动方式：按指令序列依次读取指令，根据指令所包含的控制信息对数据进行处理，在程序执行过程中，始终由指令流驱动计算机工作。
数据流驱动方式是对传统诺依曼机工作方式的根本改变：只要数据准备好，有关指令就可并行执行，如数据流计算机。
3.模拟信号？数字信号？数字信号有哪两种？模拟信号：在时间上连续变化的电信号，用信号的某些参数模拟信息。
数字信号：在时间上或空间上断续变化的电信号，依靠彼此离散的多位信号的组合表示信息。
数字信号有两种：脉冲信号和电平信号。
脉冲信号：在时间上离散的电信号，利用脉冲的有无表示不同的状态。
电平信号：在空间上离散的电信号，利用信号电平的高低表示不同的状态。
4.总线及其组成？一组能为多个部件分时共享的公共的信息传送线路。
总线由一组传送线与相应控制逻辑构成（包括CPU内设置控制逻辑、总线控制器）。
按照传输的信息类型可分为地址总线、数据总线、控制总线。
5.接口的概念？主机与外设之间的连接逻辑，控制外设的I/O操作。
6.基本字长？一般指参加一次定点运算的操作数的位数。
7.CPU主频？时钟频率？外部频率或基频，也叫系统时钟频率。
CPU主频=外频×倍频系数；CPU主频是指CPU内核的工作频率，即CPU的时钟频率，计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟信号周期完成一步操作，时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。
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_____。
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计算机系统结构复习题计算机系统结构复习1、从使用语言角度，可将系统按功能划分为多层次机器级结构，层次结构分别是：应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序序机器级。
2、各机器级的实现主要靠翻译和解释或两者结合进行。
翻译是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，然后再在低一级机器级上实现的技术。
解释则是在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器上的一条语句或指令的功能，是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
3、计算机系统结构在计算机系统机器级层次中指传统机器级的系统结构。
4、计算机系统结构研究的是软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定，提供机器语言、汇编语言程序设计或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到的遵循的计算机属性。
5、计算机系统结构的属性包括：数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、系统机器级的管态和用户态的定义和切换、机器级的I/O结构、系统各部分的信息保护方式和保护机构等属性。
6、机器透明性：指相对于每一机器级设计人员，都客观存在的功能或属性看不到的现象，称相对于此级设计人员来说，这此功能或属性是具有透明性，即透明的。
7、计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
它着眼于机器级内部各事件的排序方式与控制机构、各部件的功能及各部件间的联系。
8、计算机组成设计要解决的问题是在所希望达到的性能和价格下，怎样更好、更合理地把各种设备各部件组织成计算机，来实现所确定的系统结构。
9、当前，计算机组成设计主要是围绕提高速度，着重从提高操作的并行度、重叠度，以及功能的分散和设置专用功能部件来进行的。
10、计算机组成设计要确定的方面一般应包括：数据通路宽路、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、可靠性技术等。
11、计算机实现指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、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，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着主导作用。
12、计算机系统结构设计的任务是进行软、硬件的功能分配，确定传统机器级的软、硬件界面。
13、软、硬件取舍的三个基本原则是：第一个基本原则是应考虑在现有硬、器件(主要是逻辑器件和存储器)条件，系统要有高的性能价格比，主要从实现费用、速度和其他性能要求来综合考虑。
第二个基本原则是要考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。
第三个基本原则是从“软”的角度考虑如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计提供更多更好的硬件支持放在首位。
14、程序运行的时间应该是衡量机器时间（速度）性能最可靠的标准。
15、计算机性能通常用峰值性能及持续性能来评价。
峰值性能是指在理想情况下计算机系统可获得的最高理论性能值，它不能反映出系统的实际性能。
16、持续性能的表示有算术性能平均值、调和性能平均值和几何性能平均值三种。
17、算术性能平均是通常对系统执行时间评价；调和性能平均值反映运行全部程序所需的时间成反比，比较准确地衡量计算机的时间（速度）性能；几何性能平均值是对不同机器进行性能比较时，可以对性能采取归一化，即可以以某台机器性能作为参考标准，让其他机器的性能与参考标准去比，不论哪台机器作参考机，几何性能平均值均能正确地反映出结果的一致性。
18、计算CPU的程序执行时间Tcpu有3个因素，即程序执行的总指令条数IC、平均每条指令的时钟周期数CPI、主时钟频率fc。
19、MIPS是指每秒执行多少百万条指令数。
它与时钟周期数CPI有关，CPI越少，MIPS就越高，一定程度上反映机器的性能越好。
MIPS很大程度依赖于机器的指令系统，用它很难准确衡量指令系统不同的机器之间的性能。
因此MIPS 只能用于比较相同机器指令系统的计算机之间的性能。
即使是同一台机器，程序不同，其CPI也不同，其性能的差异会很大。
其次MIPS还与机器硬件有关，如浮点运算部件的机器，虽MIPS很低，但浮点运算速度会很高，而在软件实现浮点运算机器上，MIPS虽然很高，但浮点运算速度可能很低。
MFLOPS只能反映机器执行浮点操作的性能，并不能反映机器的整体性能。
20、简述Amdahl定理？答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。
Told：没有采用改进措施前执行某任务的时间Tnew：采用改进措施后执行某任务的时间Sp ：加速比Fe:计算机执行某个任务的总时间中可被改进部分的时间所占比例。
r new：改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施的性能提高倍数。
（部件加速比）21、程序访问的局部性包括时间上和空间上的两个局部性。
22、什么是时间上的局部性？指最近将来要用到的信息很可能就是现在正在使用的信息，这是因为程序存在着循环。
23、什么是空间上的局部性？指最近将来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在程序位置上是邻近的，这是因为指令通常是顺序存放、顺序执行的，数据也通常是以向量、阵列、树、表等形式簇聚地存放在一起。
24、系统结构的差异决定软件的移植工作量，要实现软件移植工量小，常采用三种方法来实现：统一高级语言、采用系列机、模拟和仿真。
25、模拟是指？仿真是指？B机器的每条机器指令用 A机器一段机器语言程序解释,如同A 机器上也有B 机器的指令系统一样,这种用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为模拟.进行模拟的A 机器称为宿主机,被模拟的 B机器称为虚拟机.用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法就称为仿真。
进行仿真的机器称为宿主机,被仿真的B机器称为目标机。
为仿真所写的解释程序称为仿真微程序。
26、多级存储体系的采用是依据_局部性原理_原理建立，且存储速度提高，但存储体价格下降。
27、B机上的每条指令都由A机上的一段微程序解释执行称为仿真。
28、计算机系统结构设计的任务是进行软、硬件的功能分配，确定传统机器级的软、硬件界面。
29、衡量浮点操作的指标是 MFLOPS ，衡量指令执行速度的指标是____MIPS____。
30、指令系统设计的两大典型风格是___CISC___和____RISC___________。
31、克服流水中的瓶颈段的两种方法是：瓶颈流水段的细分和瓶颈流水段的重复。
32、流水线中出现的3种相关是：结构相关，数据相关，控制相关。
33、系统结构的差异决定软件的移植工作量，避免软件移植瓶颈，常采用三种方法来解决，三种方法是统一高级语言、采用系列机、模拟和仿真。
34、向量的处理三种方式有：（1）横向处理方法；（2）纵向处理方法；（3）纵横向处理方法。
35、处理器间采用单向环网时的互连函数是：PM2+0或PM2-0。
36、以硬件为基础实现多Cache一致性方法有：写作废法、写更新法、目录表法。
37、编址方式常分为三种,它们是___隐含编址__,__独立编址__和统一编址。
38、阵列处理机的基本结构分为两种：（1）分布式存储器的阵列机；（2）共享存储器的阵列机。
39、程序并行性相关性有三种，即数据相关、数据反相关、数据输出相关。
40、有两台机器，它们对条件转移指令的处理采用不同的设计方案:(1)CPUA采用一条比较指令来设置相应的条件码，由紧随其后的一条转移指令对此条件码进行测试，以确定是否进行转移。
因此实现一次条件转移要执行比较和测试两条指令。
(2)CPUB采用比较和测试两种能合在一条指令的方法，这样实现条件转移只需一条指令。
假设在这两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需2个时钟周期，而其他指令只需1个时钟周期。
又假设CPUA中，条件转移指令占总执行指令条数20%。
由于每条转移指令都需要一条比较指令，所以比较指令也将占20%。
由于CPUB在转移指令中含了比较功能，因此它的时钟周期就比CPUA要慢10%。
问CPUA和CPUB哪个工作速度要快些？[解]设CPUA的时钟周期长度为tA，CPUB的时钟周期长度为tBCPIA=0.2×2+0.8×1=1.2 TcpuA=IＮA×1.2×tA CPUB中由于没有比较指令，转移指令由原来占20%上升为20%÷80%=25%，它需要2个时钟周期，而其余的75%指令只需1个时钟周期，所以CPIB=0.25×2+0.75×1=1.25 CPUB中由于没有比较指令，因此IＮB=0.8×IＮA。
又因 tB=1.25tA，所以 TcpuB=IＮB×CPIB×tB =0.8IＮA×1.25×1.25tA =1.25IＮA×tA 可见TcpuA＜TcpuB，故CPUA比CPUB运行得更快些。
41、假设FPSQR 操作占整个测试程序执行时间的20%。
改进的一种方法是采用FPSQR 硬件，使FPSQR 操作的速度加快到10倍。
另一种方法是使FP 指令的速度提高到2倍，FP 指令占整个执行时间的50%。
比较两个设计方案。
解：分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比：Se FeFe T To S n n +-==)1(133.175.0125.0)5.01(122.182.01102.0)2.01(1==+-===+-=FP FPSQR S S42、假设要将某一执行部件改进后速度提高10倍,改进后被改进部件执行时间占系统总运行时间的50%.问改进后,获得的加速比Sp 是多少?解：假设系统在改进前后的执行时间分别为 T 0 和 T n ，则S p = T 0 / T n =e e e /S F +)F -1(1 （1） 由（1）式得T n = [（1-F e ）+ F e /S e ]×T 0 （2）根据题意：50% T n = （F e ×T 0 ）/10 （3）由（2）式 - （1）式得50% T n = （ 1 - F e ）×T 0 （4） Fe =0n T ×2T ×10 （5）由（4）、（5）式可得S p = T 0 / T n = 5.543、假设Cache 的工作速度是主存的5倍,且Cache 被访问命中的概率为90%.问:采用Cache 后,能使整个存储系统获得多高的加速比?根据加速比的计算公式,57.39.051.011__=⨯+⨯=⨯+⨯==h it Ca ch e miss ma in ma in a vera g e n ew a vera g eo ld p R T R T T T T S44、为提高某计算机运算速度,决定增加向量处理部件.此时处理向量的速度比其通常的运算速度要快20倍.现定义向量处理部件运算的时间占总时间的百分比称为可向量化百分比.(1)求出加速比和可向量化百分比之间的关系.解;由Amdahl 定律知：(2)若要得到加速比为2,可向量化百分比是多少?45、某计算机Cache 能存放2000条指令.假设10%的指令承担了90%时间的指令访问,且知这10%指令中每条指令的执行时间相同.如果要执行的某程序共50000条指令（,且已知其中的10%是频繁使用的.）问:当计算机执行该程序时,在Cache 中能访问到的指令会占多少百分比?由题意可知：45000条指令承担10%时间的指令访问，5000条指令承担90%时间的指令访问。