计算机体系结构重点
1并行线索：时间，空间的并行
并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作
2、资源重复，时间重叠，资源共享
资源重复：通过重复设置硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。（多处理机系统）
时间重叠：多个处理过程在时间上相互错开，轮流、重叠地使用同一套硬件设备的各个部分。（流水线）
资源共享：软件方法，使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。（多道程序、分时系统）
3、数据并行：字、位
（1）流水线的指令并行
（2）超流水线：细分时间
（3）超标量流水线：重复设置流水线
（4）向量机：流水线，数据并行
（5）提高cache命中率
（6）多机系统，线程级并行（CMP ）
4、局部性
（1）存储系统原理
（2）提高cache命中率（victim cache,伪相联cache）
（3）cache有好程序（空间、时间局部性）
有些去年的题都没有被老师的提纲点出来，崩溃了。。。。
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------- 卖萌了by备
（分章解读）
一、概论
1计算机体系结构与组成原理，实现的关系，基本概念（兼容、模拟、仿真）层次：微程序语言、机器语言、（操作系统虚拟机）、＜-解释的方法实现
--------- 用翻译的方法实现-＞汇编语言、高级语言、应用语言
硬件逻辑优点：速度快
虚拟机：由软件实现的机器，以区别于由硬件/固件实现的物理机器
计算机系统结构：程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器中的数据通道和控制信号的组成以及逻辑设计等。计算机实现：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。
计算机系统机构的研究对象：计算物理系统的抽象和定义；具体包括：
数据表示；寻址方式；寄存器定义；指令系统；存储结构；中断系统；机器工作状态定义和切换；I/O系统; 总线结构；系统安全与保密；
结构、组成和实现三者关系：
结构是计算机系统的软、硬件界面；
组成是计算机系统结构的逻辑实现；实现是九三级组成的物理实现；
软件兼容：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各个机器上，而且所得结果一致；向上（下）兼容：低（高）档机器的目标程序不加修改就可以运行于高（低）档机器。一般向上兼容。前后兼容：指按系列机投放市场先后，实现软件兼容。一般向后兼容。
模拟：用机器语言解释实现程序移植的方法； （用机器语言，程序在主存储器）
仿真：直接用微程序去解释另一种机器的指令系统；
（用微程序，程序在微程序存储器）
1
2、Amdahl （定律加速比公式）
S=-
j f Fi 、 （1-迟 F M IFL |
Fi :可改进比例 Si :部件加速比 应用见大题； 3、计算机体系结构设计的主要方法（三个方面。软硬件平衡） （1） 确定用户对计算机系统的功能、价格和性能要求 （2） 软、硬件平衡：性价比与实现的难易程度 （3） 系统结构设计应符合今后发展方向 IC*CPI 时钟频率，CPI ，平均CPI ，MIPS ） 5、 冯诺依曼计算机（顺序执行（串行执行） ，程序存储，集中控制，以 ALU 为核心）控制流计算机 ⑴以ALU 为中心 （2） 在存储器中，指令和数据同等对待 （3） 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 （4） 指令是顺序执行的 （5） 指令由操作码和地址码组成 （6） 指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算 6、 体系结构分类方法（Flynn 分类法：指令流，数据流，多倍性） Flynn ：按指令流和数据流的多倍性进行分类。 指令流：机器执行的指令序列 数据流：由指令流调用的数据序列 多倍性：在系统受限的部件上，同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大数目 SISD （单指令流单数据流（缩写））：传统的顺序处理计算机、标量流水线处理机 SIMD :阵列处理机、向量流水线处理机、相联处理机 MISD : 无 MIMD :大多数多处理机和多计算机系统； （处理机之间相互作用程度高，紧密耦合） 7、 非冯诺依曼计算机（数据流驱动、需求驱动） 二、流水线（并行概念） 1流水线基本概念（如何实现并行、多个取指、分析、执行部件） （1） 流水线：加快指令的解释过程，提高指令的并行性 （2） 如何实现：（重叠技术） 取指分析子过程在指令分析器里完成，执行子过程在执行部件实现。这两个部件是独立的。如果分析子 过程所需时间=执行子过程所需时间（分析周期 =执行周期），那么执行部件里处理第 n 条指令的执行子 过程时，分析器里处理的是第 n+1条指令的分析子过程。 2、先行控制技术（预处理、缓冲），锁存技术 4、计算机体系结构的评价标准（ CPU 时间 CPI : n CPI 八（CPI i * i 1 （IC :指令数; CPI :每条指令周期） （1）先行控制技术：缓冲+预处理技术结合；通过对指令流和数据流的先行控制，尽量使指令分析部件和执行部件处于忙碌状态。 （2）缓冲技术：在工作速度不固定的两个功能部件之间设置缓冲器，用以平滑他们的工作（3）预处理技术：预取指令、对指令进行加工以及预取操作数等。 3、指令并行的空间并行和时间并行性：时空图*****主要见大题 时钟周期 \ 指令 123456789 指令k IF ID EX MEM WB 指令k+1IF ID EX MEM WB 指令k+2IF ID EX MEM WB 指令k+3IF ID EX MEM WB 指令k+4IF ID EX MEM WB 指令周期取处存处修改 IF （取指令周期）存储器指令寄存器IR PC+=4 ID （指令译码/读寄存器周期）IR寄存器编号、通用寄存器组读出操作数 EX （执行/有效地址计算周期）--- MEM （存储器访问/分支完成周期）存储器（load指令）（store指令）存储单元PC （分支指令）WB （写回周期）通用寄存器组 IF-MEM可能冲突 ID-WB可能冲突 4、线性流水线（动静态）的性能分析（加速比、吞吐率、效率、瓶颈） （1）静态流水线：在同一时间段内，多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作 （2）动态流水线: -------------------------------------- 可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能 （3）线性流水线：流水线的各段串行连接，没有反馈回路 （4）非线性流水线: --------------------- ，还有反馈回路 （5）吞吐率（TP ）：单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量 实际吞吐率：TP二n（厶t j为最慢的一段时 间） a 兀（n— 1）'：t j （6）加速比（S）：完成同样一批任务，不用流水线所用时间与使用之比 m n ?为如 实际加速比：S二------- U（厶.为最慢的一段时间 '?弋（n—1）'t j i * （7）效率（E）：流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比 TP n（任务数） Tk（完成n个任务所用时 1 _______ max( U , %) nk k n -1 （流水线各段时间相等） S max nk 二lim ------- 二k n r k n T （流水线各段时间相等） nAt n 匚 e k （流水线各段时间相等） T k k + n —1 E 二邑上 色== —2 （流水线各段时间相等） k T k n +k-1 效率：流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比 6、 （1） 流水线相关性分析（数据，名，控制相关） i, j,k 指令两两数据相关： i ：mov A,B j ：mov B,C k ：mov C,D i,j 指令名相关（反相关、输出相关）： i ：DIV.D F2,F6,F4 j ：ADD.D F6,F0,F12 S1与p1控制相关： if p1 {S1 ; }； （2） 相应引起的冒险（冲突） （数据，结构，控制冒险） 结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突（硬件资源冲突） 数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突（数据相关 控制冲突：流水线遇到分支指令和其他会改变 PC 值得指令所引起的冲突（控制相关） （3） 处理方式*** （见大题） 数据相关，结构冒险（写读、读写、写写） ① 推后执行（加入stall ） ② 设置相关专用通路（定向技术） ③ 静态调度技术（编译技术、乱序） ④ 动态调度技术（Tomasulo 算法->要求不高，理解；寄存器换名，动态监测，保留栈） 控制相关 ① 延迟转移 ② 提前形成条件码 max =lim n hk n -1 -1 （流水线各段时间相等） （各段时间不等） k[' ￡ (n -OmaxCg.^j , %)] i 4 （8） 细分瓶颈段：把大的瓶颈分为若干等时间的小的段 （9） 重复设置瓶颈段：把连续几次大的瓶颈并行 5、非线性流水线的调度问题（性能分析） ***主要见大题，以下是会做的方便记的自我总结的方法 （1） 禁止表F :每行X （或W 相隔距离组合 （2） 冲突向量：从右向左书写禁止表（有的地方写 1,没的写0） （3） 状态有向图：不断右移冲突向量，出 1继续移，出0按位或，得新状态再继续 （4） 最优调度策略：所有策略列表，算平均时间间隔，如策略（ x , y , z ）时间为（x+y+z ） △ t/3 （5） 实际吞吐率、加速比、效率：按照定义来算； 吞吐率: TP n （任务数） T k （完成n 个任务所用时加速比: T s T k &名相关） ③编译技术（分支失败、分支成功、延迟槽（ReOrderBuffer）） ④动态转移预测技术（分支历史表BHT） 7、精确断点与不精确断点 （1）不精确断点：流水线可以不断流；需要的硬件比较少，控制逻辑比较简单；中断响应时间加长； （2）精确断点：流水线一定中断；要设置一定数量的后援寄存器 （3）定义：对于输入输出设备的中断服务，使中断指令现场和其后已进入流水线的指令得到保护，并保证流水线可以恢复中断。 8超标量与超流水线处理机（概念指令并行度（ILP ），区别，指令相关性分析，超标量发射性能分析） （1）超流水线处理机：一个时钟周期内能够分时流出多条指令的处理机（指令流水线级数为8+） （2）超标量处理机：使用了多指令流水线，每个时钟周期发射多条指令并产生多个结果 （3）不同： 9、循环展开和指令调度 （1）循环展开：是一种牺牲程序的尺寸来加快程序的执行速度的优化方法。<-来自百度0.0!!! 增加指令间并行性，开发循环级并行性。循环的不同迭代之间存在的并行性。 三、向量机（并行性）-> 要求不高，概念，方式 1向量机的基本概念和原理：流水线，多处理机（向量指令、内部寄存器），链接技术，半性能向量长度 （1）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 （2）半性能向量长度W/2：向量处理机的运行性能达到其峰值性能R甘勺一半时所必须满足的向量长度。越小越好 （3）流水线：讲一个重复的时序过程分解为若干子过程，而每个子过程都可以有效地在其专用功能上与其他子过程同时执行。 （4）多处理机： 包含两个或两个以上功能大致相同的处理器； 所有处理器共享一个公共内存； 所有处理器共享I/O通道、控制器和外围设备； 整个系统由统一的操作系统控制，在处理器和程序之间实现作业、任务、程序段、数组和数组元素等各级的全面并行。 2、满足运算器带宽要求的存储系统（存储器-存储器结构，寄存器-寄存器结构） （1）存储器-存储器结构：主存由多个模块构成，流水处理部件与主存系统之间有三条独立的数据通路（两条输入， 一条输出），个数据通路可以同时工作，但一个存储模块在某一个时刻只能为一个通路服务。 工作特点：源向量都取自主存，且结果向量也存放到主存中 （2）寄存器-寄存器结构：主存系统和向量功能部件之间插入了一个小容量的高速向量寄存器组，可以得到较大的 带宽。大部分操作在向量寄存器之间进行，减少访存次数，降低对主存带宽要求。 工作特点：源向量都取自向量寄存器，且结果也存放到向量寄存器中 3、向量处理方式（横向，纵向，纵横向）：D=A*（B+C） （1）横向处理方式： for （i=1,i<=n,i++ ）{ki=bi+ci ；di=ki*ai} （2）纵向处理方式： for （i=1,i<=n,i++ ）{ki=bi+ci} for （i=1,i<=n,i++ ）{di=ki*ai} （3）纵横向处理方式: N=S*n+r ; （N为向量长度，S为组数，n为每组长度，r为余数） for （j=1,j<=S+1,j++ ） { for (i=(j-1)n+1,i (i=(j-1)n+1,i 4、向量处理机性能分析（指令执行时间，编队） T|oop + T start )+ nT chime (1 )向量指令流水线处理时间T VP : T VP - T S T/f (n - 1)T C 5、提高向量处理机性能常用方法（设置多个功能部件，向量链接技术，分段开采技术，向量递归） （1）链接技术：具有先写后读相关的两条指令，在不出现功能部件冲突和源向量冲突的情况下，可以把功能部 件链接起来进行流水处理，以达到加快执行的目的。---- 流水线的定向技术在向量处理机中的应用---省去每个元素多余的存储时间 （2）分段开采技术：向量的长度大于向量寄存器长度--> 把长向量分成长度固定的段，然后循环分段处理，每一次循环只处理一个向量段。 （3）向量递归：对一维数组归约求值结果是一个标量------两种方法解决-----> 1、将归约操作分解为可向量化部分和递推求和部分； 2、或者在递推求和部分采用递归折叠技术，他是加快向量归约操作的有效方法。 四、存储系统（局部性） 1体系结构的存储系统（虚拟存储器、容量、cache存储系统，速度） （1）虚拟存储器：“主存-辅存”层次进一步发展的结果。 （2）容量、速度、价格的关系： 容量：S M =W（存储器字长/bit）l（存储器字数）m （并行工作的存储器个数） 每位价格：c = C（具有S M位存储容量的存储器总价格）/S M （3）Cache存储系统： 作用：弥补主存速度不足 结构：分成块（行），每块由若干字（字节）组成 速度：主存的2-4倍 2、三个主要问题（地址映像、地址变换、替换算法）详见大题 （1）映像规则：全相联（n：1）、直接相联（1: n）、组相联（n: n） （2）替换算法：随机法；FIFO; LRU 3、存储系统性能分析（访问周期、命中、访问效率、CPI ） 令：M1和M2两个存储器构成两级存储层次结构，假设M1的容量、访问时间和每位价格分别为3、T A1、C1；M 2的参数为S2、T A2、C2 （1）存储层次的平均每位价格C：c二皿C 3+S2 N1 （2）命中率H: H = 计算机体系结构试题及答案 1、计算机高性能发展受益于：(1) 电路技术的发展；(2) 计算机体系结构技术的发展。 2、层次结构：计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构，每一层以不同的语言为特征。第六级：应用语言虚拟机-> 第五级：高级语言虚拟机-> 第四级：汇编语言虚拟机-> 第三级：操作系统虚拟机->第二级：机器语言(传统机器级) -> 第一级：微程序机器级。 3、计算机体系结构：程序员所看到的计算机的属性，即概括性结构与功能特性。 4、透明性：在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，从某一角度来看又好像不存在的概念称为透明性。 5、Amdahl 提出的体系结构是指机器语言级程序员所看见的计算机属性。 6、经典计算机体系结构概念的实质3是计算机系统中软、硬件界面的确定，也就是指令集的设计，该界面之上由软件的功能实现，界面之下由硬件和固件的功能来实现。 7、计算机组织是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机系统的物理实现。 8、计算机体系结构、计算机组织、计算机实现的区别和联系？ 答：一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种物理实现，体系结构包括对组织与实现的研究。 9、系列机：是指具有相同的体系结构但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。 10、软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的 各机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。 11、兼容机：不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。 12、向后兼容是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。 13、当今计算机领域市场可划分为：服务器、桌面系统、嵌入式计算三大领域。 14、摩尔定律：集成电路密度大约每两年翻一番。 15、定量分析技术基础（1）性能的评测：（a）响应时间：从事件开始到结束之间的时间；计算机完成某一任务所花费的全部时间。（b）流量：单位时间内所完成的工作量。（c ）假定两台计算机x 、y；x 比y 快意思为：对于给定任务，x 的响应时间比y少。x的性能是y的几倍是指：响应时间x / 响应时间y = n ，响应时间与性能成反比。 计算机体系结构解 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 第一章计算机组成原理 本部分要求掌握计算机方面的基础知识，包括计算机的发展、计算的系统组成、基本组成和工作原理、计算机的数制数据表示以及运算校验、指令系统以及计算机系统的安全等基础性的知识。内容多而且复杂，尤其是有关计算机硬件方面的内容，很细而且灵活性不高，知识量相当大，掌握这部分一定要多下功夫，学会取舍、把握重点、抓住要害。 1.1 考试大纲及历年考题知识点 1.1.1 大纲要求 考试要求： 1 掌握数据表示、算术和逻辑运算； 2 掌握计算机体系结构以及各主要部件的性能和基本工作原理考试范围 1 计算机科学基础 1.1 数制及其转换二进制、十进制和十六进制等常用制数制及其相互转换 1.2 数据的表示 ?数的表示（原码、反码、补码、移码表示，整数和实数的机内表示，精度和溢出）?非数值表示（字符和汉字表示、声音表示、图像表示） ?校验方法和校验码（奇偶校验码、海明校验码、循环冗余校验码） 1.3 算术运算和逻辑运算 ?计算机中的二进制数运算方法 ?逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简 2．计算机系统知识 2.1 计算机系统的组成、体系结构分类及特性 ?CPU 和存储器的组成、性能和基本工作原理 ?常用I/O 设备、通信设备的性能，以及基本工作原理 ?I/O 接口的功能、类型和特性 ?I/O 控制方式（中断系统、DMA、I/O 处理机方式） ?CISC/RISC，流水线操作，多处理机，并行处理 2.2 存储系统 ?主存-Cache 存储系统的工作原理 ?虚拟存储器基本工作原理，多级存储体系的性能价格 ?RAID 类型和特性 2.3 安全性、可靠性与系统性能评测基础知识 ?诊断与容错 ?系统可靠性分析评价 ?计算机系统性能评测方式 1.2 计算机科学基础 1.2.1 数制及其转换 1、R 进制转换成十进制的方法按权展开法:先写成多项式,然后计算十进制结果. 举例： (1101.01)2=1×2^3+1×2^2+0×2^1+1×2^0+ 0×2^-1+1×2^-2 =8+4+1+0.25=13.25 (237)8=2×8^2+3×8^1+7×8^0 =128+24+7=159 (10D)16=1×16^2+13×16^0=256+13=269 (仅供参考，不作为考试标准)， 选择题分，每题分)2(30计算机系统结构设计者所关心的是________所看到的的计算机结构。 A)硬件设计人员B)逻辑设计人员 D)高级语言程序员C)机器语言或汇编语言程序员 。意________，应当注提系在计算机统设计时，为了高系统性能度的令执行速快A)加经常性使用指大的指令特B)要别精心设计少量功能强数的占减少在数量上很小比例的指令条C)要度D)要加快少量指令的速 。的问题统中因________而导致系主重叠寄存器技术要用于解决在RISC 流水线影A)JMP指令响保护令B)CALL指的现场问存储器不便来只C)有LOAD和STORE指令带的访度速器访问D)存储 ________ 效率高计为使流水算机运行要A)各过程段时间不同B)连续处理的任务类型应该不同 D)连续处理的任务数尽可能少C)连续处理的任务类型应该相同 栈型替是的________。换算法堆不属于B)近期最少A)近期最使用法久未用法 D)页面失效频率法出进C)先先法 象联组，相映的优点。是________象联全与相映相比B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率小录A)目表高 是方好关相指除中叠次一重消令最的法________。B)设相关专用令指改准A)不修通路 令指条下析分后推C) 令指条下行执后推D) 流的用采，时关据数到，中作水操遇相________。有法办解决器译编化优A)用办的排新重令指过通，测检序法据数B)向定重技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 D)上述多级混洗交换网络任何网络C) 序传送的________。是以虫蚀寻径流水方式在各寻径器是顺B)包A)消息C)片节D)字 ________ 处理机超标量作指条令部件个B) 只有一操期A)在一个时钟周内分时发射多多钟C)在一个时周期内同时发射条指令件有只一个取指部D) 目录 第一章计算机系统结构基本概念 (2) (一) 概念 (2) (二) 定量分析技术 (3) (三) 计算机系统结构发展 (4) (四) 计算机的并行性 (5) 第二章计算机指令集结构 (7) 一. 指令集结构的分类 (7) 二. 寻址方式 (7) 三. 指令集结构的功能设计 (8) 四. 指令格式的设计 (10) 五. MIPS指令集结构 (10) 第三章流水线技术 (14) 一. 流水线的基本概念 (14) 二. 流水线的性能指标 (14) 三. 流水线的相关与冲突 (16) 四. 流水线的实现 (18) 第四章指令集并行 (18) 付志强 第一章计算机系统结构基本概念 (一)概念 什么是计算机系统结构:程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性. 透明性:在计算机技术中,把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成为透明性. 常见计算机系统结构分类法 冯氏分类法(冯泽云):按最大并行度对计算机进行分类. Flynn分类法:按指令流和数据流多倍性进行分类 ①单指令流单数据流 ②单指令流多数据流 ③多指令流单数据流(不存在) ④多指令流多数据流 付志强 (二)定量分析技术 Amdahl定律:加快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. 加速比=系统性能 改进后 系统性能 改进前 = 总执行时间 改进前 总执行时间 改进后 加速比依赖于以下两个因素 ①可改进比例 ②部件加速比 CPU性能公式 CPU时间 CPU时间=执行程序所需时间的时钟周期数x时钟周期时间(系统频率倒数) CPI(Cycles Per Instruction) CPI =执行程序所需时钟周期数/所执行指令条数 ∴CPU时间= IC x CPI x 时钟周期时间 可知CPU性能取决于一下三个方面 ①时钟周期时间:取决于硬件实现技术和计算机组成 付志强 第一题选择题 1．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 2．下列那种存储设备不需要编址？D A. 通用寄存器 B. 主存储器 C. 输入输出设备 D. 堆栈 3．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 4．早期的计算机系统只有定点数据表示，因此硬件结构可以很简单。但是这样的系统有明显的缺点，下面哪一个不是它的缺点：B A．数据表示范围小 B．单个需要的计算时钟周期多 C．编程困难 D．存储单元的利用率很低 7．下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的？D A）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 9．指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？C A. 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 10．在早期冯·诺依曼计算机特征中，机器以（C）为中心。 A、存储器 B、输入输出设备 C、运算器 D、控制器 1.RISC 计算机的指令系统集类型是( C ) 。 A. 堆栈型 B. 累加器型 C. 寄存器—寄存器型 D. 寄存器- 存储器型 2、相联存储器的访问方式是( D )。 A．先进先出顺序访问 B．按地址访问 C．无地址访问 D．按内容访问 3、假设—条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每—段分别只有—个部件可供使用，并且执行时间分别为Δt、2Δt和3Δt，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为( C )。 （假设“取指令”、“分析”和“执行”可重叠，并假设n足够大） A．6 nΔt B．2 nΔt C．3 nΔt D．nΔt 6、下列计算机不属于RISC计算机的是（C ）。 A．SUN：Ultra SPARC 第1章计算机系统结构的基本概念 (1) 第2章指令集结构的分类 (10) 第3章流水线技术 (15) 第4章指令级并行 (37) 第5章存储层次 (55) 第6章输入输出系统 (70) 第7章互连网络 (41) 第8章多处理机 (45) 第9章机群 (45) 第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 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。 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。 计算机组成：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。 计算机实现：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。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。 计算机测试系统发展综述 来源：牌技研究中心 https://www.doczj.com/doc/9c6900659.html, 摘要: 计算机测试系统通常作为设备或武器系统的一个不可缺少的组成部分,其测试性能是衡量设备或武器系统优劣的一项重要指标。其应为基于标准总线的、模块化的开放式体系结构且具备虚拟仪器特点。通过分析和比较VXI总线和PXI总线特点,给出了计算机测试系统的发展方向。归纳出了计算机测试系统应具备的9个方面功能。给出了设计和研制计算机测试系统应遵循的基本原则。 关键词: 测试系统;VXI总线; PXI总线 测试技术涉及到众多学科专业领域,如传感器、数据采集、信息处理、标准总线、计算机硬件和软件、通信等等。测试技术与科学研究、工程实践密切相关,两者相辅相成,科学技术的发展促进了测试技术的发展,测试技术的发展反过来又促进了科学技术的进步。 测试仪器发展至今,大体经历了5 代: 模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。自上个世纪80年代以来,伴随微电子技术和计算机技术飞速发展,测试技术与计算机技术的融合已引起测试领域一场新的革命。1986 年美国国家仪器公司提出“虚拟仪器”即“软件就是仪器”的概念。虚拟仪器是卡式仪器的进一步发展,是计算机技术应用于仪器领域而产生的一种新的仪器类型,它以标准总线作为测试仪器和系统的基本结构框架,配置测量模块,通过软件编程实现强大的测量功能。在虚拟仪器系统中,用灵活、强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件,用人的智力资源代替物质资源,特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的解析,使仪 器中的一些硬件、甚至整件仪器从系统中“消失”,而由计算机的硬软件资源来完成它们的功能。另外,通过软件可产生许多物理设备难以产生的激励信号以检测并处理许多以前难以捕捉的信号。虚拟仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物,是传统测试仪器与测试系统观念的一次巨大变革。 测试技术和设备涉及国民经济和国防建设的各行各业,先进的电子测试设备在众多行业的科研、生产和设备维护使用过程中起着举足轻重的作用。特别是在电子产品、航空航天、武器装备、工业自动化、通信、能源等诸多领域,只要稍微复杂一点的涉及到弱电的系统(或装置)都要考虑测试问题。测试系统是设备或装备的一个必不可少的组成部分,如武器系统的维护维修离不开测试设备。一个系统(或装置)测试功能的完备与否已成为衡量其设计是否合理和能否正常运行的关键因素之一。 测试仪器和系统在国民经济和国防建设中起着把关和指导者的作用,它们广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工和国防科研等行业。测试仪器和系统从生产现场各个环节获得各种数据,进行处理、分析和综合,通过各种手段或控制装置使生产环节得到优化,进而保证和提高产品质量。在武器系统科研试验现场,测试仪器和系统可获得试验中各个阶段和最终试验数据,用于及时发现试验中出现的问题和给出试验结论,并为后续相关试验提供依据。因此,测试仪器与系统对于提高科研和试验效率,加快武器试验进程和保证试验安全至关重要。以雷达、综合电子战为代表的军事电子领域,以预警机、战斗机、卫星通信、载人航天和探月工程为代表的航空、航天领域及以导弹武器系统为代表的兵器领域等都离不开测试设备,它是这些装备和系统正常使用和日常维护及维修所必备的。 1 系统类型 现代的测试系统主要是计算机化系统,它是计算机技术与测量技术深层次结合的产物。随着计算机技术的发展,构成测试系统的可选择性不断加大,按照测试功能要求,可构成多种类型的计算机测试系统。在计算机测试系统分类问题上并没有严格的统 计算机系统结构 姓名：学号： 一、简答题（每小题10分，共20分） 1．简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。 2．从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。 二、（60分）现有如下表达式： Y＝a ×X 其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。 1．请写出实现该表达式的MIPS代码。 2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS 代码（非流水化实现）的执行时间。 3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。 4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响。 三、（20分）请分析I/O对于性能的影响有多大？假设： 1．I/O操作按照页面方式进行，每页大小为16 KB，Cache块大小为64 B；且对应新页的地址不在Cache中；而CPU不访问新调入页面中的任何数据。 2．Cache中95%被替换的块将再次被读取，并引起一次失效；Cache使用写回方法，平均50%的块被修改过；I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块。 3．访问或失效在所有Cache块中均匀分布；在CPU和I/O之间，没有其他访问Cache 的干扰；无I/O时，每1百万个时钟周期中，有15,000次失效；失效开销是30个时钟周期。如果替换块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存。计算机平均每1百万个周期处理一页。 软件体系结构研究综述 班级：软件092 学号：17 姓名：陈世华摘要: 近年来,软件体系结构逐渐成为软件工程领域的研究热点以及大型软件系统与软件产品线开发中的关键技术之一.归纳了软件体系结构技术发展过程及其主要研究方向.在分析了典型的软件体系结构概念之后,给出了软件体系结构的定义.通过总结软件体系结构领域的若干研究活动,提出了软件体系结构研究的两大思路,并从7个方面介绍了软件体系结构研究进展.探讨了软件体系结构研究中的不足之处,并分析其原因.作为总结,给出了软件体系结构领域最有前途的发展趋势. 关键词: 软件体系结构;基于体系结构的软件开发;软件体系结构描述语言;软件体系结构描述方法;软件体系结构演化;软件体系结构发现;软件体系结构分析;软件体系结构验证;特定域软件体系结构(DSSA) Abstract: Software architecture (SA) is emerging as one of the primary research areas in software engineering recently and one of the key technologies to the development of large-scale software-intensive system and software product line system. The history and the major direction of SA are summarized, and the concept of SA is brought up based on analyzing and comparing the several classical definitions about SA. Based on summing up the activities about SA, two categories of study about SA are extracted out, and the advancements of researches on SA are subsequently introduced from seven aspects. Additionally, some disadvantages of study on SA are discussed, and the causes are explained at the same time. Finally, it is concluded with some significantly promising tendency about research on SA. Key words: software architecture; architecture-based development; architecture description language; architectural representation and description; architectural evolution and reuse; architectural discovery; architectural analysis; architectural verification and evaluation; domain-specific software architecture (DSSA) 1、、Amdahl定律:某部件应用越频繁,当提高该部件性能时,整机性能也提高得越多;整机得性能加速不可能大于在原机器中除该部件外所有其它部件运行时间得百分比得倒数1/(1-F)。 F定义为采用先进高速部件得那部分程序在未采用先进高速部件得计算机上运行得时间占总时间得百分比,则F= 采用高速部件得任务在老计算机上运行得时间 整个任务在老计算机上运行得时间 同时将S定义为先进高速部件与老部件得性能,则 S= 老部件完成该功能得时间 先进高速部件完成该功能得时间 而采用了高速部件后整机性能提高比,即 Speedup = T old = 1 T new (1－F)+F/S 某种硬件增强技术,可使执行速度提高10倍,在采用增强技术得计算机上测出其使用率就是50%。根据Amdahl定律计算: ⑴采用增强技术后计算机性能加速比就是多少？ ⑵未采用增强技术运行得部件在不采用增强技术得机器上运行时得时间比例。 2、(1)90/10局部性规则:程序花费90%得执行时间运行指令集中10%得指令代码。这就就是说在指令集中所有得指令只有10%指令就是常用得,而另外90%指令得使用率合起来只有10%。 (2)时间局部性:如果某一参数被引用,那它不久将再次被引用。这里指出了程序执行时在时间上得局部性 (3)空间局部性:如果某一参数被引用,那它附近得参数不久也将被引用。指出程序执行时地址空间上得局部性。 3、计算机得性能就是指在计算机上完成用户得应用任务所需得时间长短。完成同样任务所需得时间越短,计算机得性能越好。(考判断) 4、衡量计算机性能得参数:响应时间就是指计算机系统完成某一任务(程序)所花费得时间。 5、如果用速度来评价性能,我们称“高”为性能好;如果用响应时间来评价性能,我们称“短”为性能好。(考判断) 6、计算机整机性能分成两部分:一就是CPU执行程序得时间,二就是等待时间。 提高计算机性能就就是提高CPU性能与减少等待时间。 cpu性能因子CPI:每条指令得平均时钟周期数(clock cycles per instruction), CPI=CPU花费得时钟数/CPU执行得总指令数 CPUtime =指令数× CPI ×时钟周期==I× CPI ×τ 8、CPU性能因子:(1)时钟频率(f)(2)CPI(3)指令数(I) (考填空) CPU性能 =1/CPU time= f / ( I×CPI ) 计算机性能常用指标:(1)MIPS(million instruction per second)MIPS得意思就是每秒钟执行得百万条指令数。 MIPS= 指令数/ ( 执行时间×106 ) = 时钟频率 / ( CPI×106 ) =f / ( CPI×106 ) MFLOPS(million floating-point operation per second)每秒钟执行得百万个浮点操作数MFLOPS=浮点操作数 / 执行时间×106 10、工作负载基准程序(workload benchmark): (1)实际程序(2)核心基准程序(3)简单基准程序(4)合成基准程序 (考填空) 11、基准程序得一般设计原则: (1)具有代表性,反映用户得实际应用。 (2)不能对基准程序进行优化。 (3)复现性。能重复测试,其环境相同,结果能重复出现。(4)可移植性。系统相关性要小。 (5)紧凑性。基准程序不宜太庞大。 (6)成本-效率要高。 12、测量结果得统计与比较----性能报告:SPEC(system performance evaluation cooperative)基准程序 13、指令设计时主要以下几个方面来考虑: (考填空) ⑴应用范围;⑵指令得使用概率;⑶常用指令分析;⑷特殊指令设计。 计算机系统结构论文 计算机系统结构中多处理机技术 摘要：多处理机通过共享的主存或输入/输出子系统或高速通信网络进行通信。利用多台处理机进行多任务处理，协同求解一个大而复杂的问题来提高速度，或者依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用行。该文介绍了微处理器的发展、多处理机的总线以及处理机系统中通信和存储技术的发展和两种特殊的多处理机系统结构。 关键词：多处理机；体系结构；总线 微电子技术和封装技术的进步，使得高性能的VLSI 微处理器得以大批量生产，性能价格比不断合理，这为并行多处理机的发展奠定了重要的物质基础。 计算机系统性能增长的根本因素有两个：一是微电子技术，另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来，人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等一系列并行处理技术，提高计算机处理速度，增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容，已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。 1 微处理器的发展 20 世纪80 年代中期，RISC 精简指令集计算机，用20%指令的组合实现了CISC 计算机指令系统不常用的80%指令的功能。在提高性能方面，RISC 采用了超级流水线、超级标量、超长指令字并行处理结构；多级指令Cache；编译优化等技术，充分利用RISC 的内部资源，发挥其内部操作的并行性，从而提高流水线的执行效率。20 世纪80 年代后期，RISC 处理机的性能指标几乎以每年翻一番的速度发展，它对于提高计算机系统的性能和应用水平起着巨大的作用。 目前，由Intel 和HP 两家公司联合开发的基于IA—64 架构的Merced 芯片，并由其共同定义的显式并行指令计算技术EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing )，将为微处理器技术的发展带来突破性进展。EPIC 技术主要指编译器在微处理器执行指令之前就对整个程序的代码作出优化安排，编译器分析指令间的依赖关系，将没有依赖关系的指令(最多3 个)组成一“组”，由Merced内置的执行单元读入被分成组的指令群并执行。从理论上讲，EPIC 可以并行执行3 倍于执行单元数的指令。64 位体系结构的Merced 芯片还采用了指令预测、数据预装等技术，可以显著地减少实际执行程序的长度，同时增强语句执行的并行性，经过代码的重组，程序的执行时间比基于传统体系结构 (仅供参考，不作为考试标准)， 选择题(30分，每题2分) 计算机系统结构设计者所关心的是________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 在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意________。 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 C)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 重叠寄存器技术主要用于解决在RISC系统中因________而导致的问题。 A)JMP指令影响流水线 B)CALL指令的现场保护 C)只有LOAD和STORE指令带来的访问存储器不便 D)存储器访问速度 为使流水计算机运行效率高________ A)各过程段时间要不同B)连续处理的任务类型应该不同 C)连续处理的任务类型应该相同D)连续处理的任务数尽可能少不属于堆栈型替换算法的是________。 A)近期最少使用法B)近期最久未用法 C)先进先出法D)页面失效频率法 与全相联映象相比，组相联映象的优点是________。 A)目录表小B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率高"一次重叠"中消除"指令相关"最好的方法是________。 A)不准修改指令B)设相关专用通路 C)推后分析下条指令D)推后执行下条指令 流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决办法有________。 A)用优化编译器检测，通过指令重新排序的办法 B)数据重定向技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 C)多级混洗交换网络D)上述任何网络 虫蚀寻径以流水方式在各寻径器是顺序传送的是________。 授课：XXX 第一部分：计算机系统组成及说明 一、计算机系统组成 一个完整的计算机系统通常是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。（一）硬件（hardware） 硬件是指计算机的物理设备，包括主机及其外部设备。具体地说，硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。 ①存储器。存储器是计算机用来存放程序和原始数据及运算的中间结果和最后结果的记忆部件。 ②运算器。运算器对二进制数码进行算术或逻辑运算。 ③控制器。控制器是计算机的“神经中枢”。它指挥计算机各部件按照指令功能的要求自动协调地进行所需的各种操作。 ④输入/输出设备（简称I/O设备）。计算机和外界进行联系业务要通过输入输出设备才能实现。输入设备用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转换成计算机所能识别的形式（二进制）存放到内存中。输出设备的主要功能是把计算机处理的结果转变为人们能接受的形式，如数字、字母、符号或图形。 （二）软件（software） 软件是指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档的集合。包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需的应用软件（三）硬件和软件的关系 硬件是计算机的基础，软件对硬件起辅助支持作用，二者相辅相成，缺一不可，只有有了软件的支持，硬件才能充分发挥自己的作用。 二、计算机工作原理 （一）冯·诺依曼设计思想 计算机问世５０年来，虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大的差别，但基本体系结构没有变，都属于冯·诺依曼计算机。 冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点： ①计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。 ②计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中，操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器的位置。 ③将编好的程序和原始数据送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机应在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令和执行任务。 冯·诺依曼设计思想最重要之处在于他明确地提出了“程序存储”的概念。他的全部设计思想，实际上是对“程序存储”要领的具体化。 集中式共享存储器结构（centralized shared memory architecture）：这类多处理机在目前至多有几十个处理器，可通过大容量的cache和总线互连使各处理器共享一个单独的集中式存储器。 物理上分离的多个存储器可作为一个逻辑上共享的存储空间进行编址，每个处理器可以访问任何一个其他的局部存储器。这类机器的结构被称为分布式共享存储器（DSM，distributed shared memory）或可缩放共享存储器（SSM，scalable shared memory）体系结构。 整个地址空间由多个独立的地址空间构成，它们在逻辑上也是独立的，远程的处理器不能对其直接寻址。在这种机器的不同处理器中，相同的物理地址指向不同存储器的不同单元，每一个处理器、存储器模块实际上是一个单独的计算机，因而这种机器也称为多计算机（multicomputers）。 通讯延迟：发送开销＋跨越时间＋传输延迟＋接收开销。 迁移是把远程的共享数据项的拷贝放在一个本处理器局部的cache中使用，从而可降低对远程共享数据的访问延迟。 复制是把多个处理器需要同时读取的共享数据项的拷贝放在各自局部cache中使用，复制不仅降低了访存的延迟，也减少了访问共享数据时的产生的冲突。 目录（directory）：物理存储器中用来保存共享数据块的状态及相关信息的数据结构。 监听（snooping）：每个cache除了包含物理存储器中块的数据拷贝外，也保存着各个块的共享状态信息。Cache通常连在共享存储器的总线上，各个cache控制器通过监听总线来判断它们是否有总线请求的数据块。 在一个处理器写某个数据项之前保证它对此数据项有唯一的访问权，对应这种方法的协议称为写作废（write invalidate）协议。cache块拥有唯一的拷贝的处理器通常称为这个cache 块的拥有者（ower）。处理器的写操作使其成为对应cache块的拥有者。 原子性（atomic），即操作运行过程中不能被打断，例如将写失效的检测、申请总线连接、接收响应作为一个单独的原子操作。基于目录的相关性协议称为全映射（full map）。 原子交换（atomic change）：将一个存储单元的值和一个寄存器的值进行交换。建立一个锁，锁值为0表示开锁，为1表示上锁。 旋转锁是指处理器环绕一个锁不停地旋转而试图获得该锁。 栅栏（barrier）同步：是一个同步操作，它强制所有到达该栅栏的进程进行等待，直到全部的进程到达栅栏，然后释放全部的进程，从而形成同步。 组合树是多个请求在局部结合起来形成树的一种分级结构，它降低冲突的原因是将大冲突化解成为并行的多个小冲突。排队记录等待的进程，当锁释放时送出一个已确定的等待进程，这种机制称为排队锁（queuing lock）。一个处理器对变量的写和另一个处理器对该变量的访问（读或写）由一对同步操作分开，其中一个在写操作后执行，另一个在别的处理机访问之前执行，则称数据访问有序。 无同步操作排序变量可能提前被刷新，这种情况称为数据竞争（data race），从而对于同步的程序可称之为无数据竞争（data－race－free）。 称与解锁相对应的同步操作为释放（release）与加锁相对应的则称为获取（acquire）。防护（fence）是计算过程中的固定点，用来保证无读或写穿过防护点。预取能返回最新数据值，并且保证对数据实际的存储器访问返回的是最新的数据项，则被称为非绑定的（nonbinding）。 互连网络是将集中式系统或分布式系统中的结点连接起来所构成的网络，这些结点可能是处理器、存储模块或其它设备，它们通过互连网络进行信息交换。静态网络由点和点直接相连而成，这种连接方式在程序执行过程中不会改变。 动态网络是用开关通道实现的，它可动态地改变结构，使其与用户程序中通信要求匹配。 《计算机系统结构》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码: 课程名称：计算机系统结构 英文名称：Computer Architecture 课程类别: 专业课 学时：72(其中实验18学时) 学分: 3.5 适用对象: 计算机科学与技术、网络工程专业 考核方式：考试（其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%） 先修课程：计算机组成原理、操作系统 二、课程简介 本课程是计算机专业一门重要的专业基础课，对于培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力有非常重要的作用。其目标是使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。通过学习本课程，能把在“计算机组成原理”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。 This course is a computer professional important foundation for the professional class, for training students in abstract thinking, and top-down, System analysis and the ability to solve problems is a very important role. The goal is to enable students to master computer system structure the basic concepts, basic principles and basic structure, basic design and analysis methods and computer system architecture and the history of the development of an understanding of the status quo. Through the study of this course, can in "Principles of Computer Organization", y the school curriculum of the software and hardware knowledge combined organic, Computer systems in order to establish the integrity of the concept. 三、课程性质与教学目的 《计算机系统结构》的教学对象为计算机相关专业的高年级本科生专业技术基础课程，目的是介绍计算机体系结构的概念、技术和最新动态，着重介绍软，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。要求了解基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。使学生对计算机系统结构、组成和实现有一个整体掌握。 四、教学内容及要求 第一单元计算机系统结构的基本概念 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_________ 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_________ 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______________________________________________________ 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_________ 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、计算机性能诵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 计算机体系结构的基本概念 第一章计算机体系结构的基本概念 1、20世纪50年代，人们认为在银行里用计算 机来完成现金存取业务的想法三荒唐可 笑的。 2、填空题：计算机的发展始终受到制造技术 和计算机体系结构技术的双重影响。 3、目前广泛使用的存储程序计算机的完整概念 就是在这个时期产生的，人们通常称之为冯.诺依曼计算机结构。 3、微处理器出现以后，计算机系统设计、计算 机市场和计算机应用都出现了较大的变化。 首先，计算机用户是最直接的收益者。 第二，对于市场而言，微处理器的大批量生产促成了计算机产品的批量化、标准化、和市场化，这种变化也促进了计算机设计、生产和应用的良性发展。 第三、大量兼容的微处理器、标准化的接口、高度兼容的计算机系统的出现，避免了系统程序和应用程序的重复开发。 4、经典的关于“计算机体系结构”的定义三 1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描叙为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性 结构与功能特性”。 5、Amdahi提出的体系结构是指机器语言程序级 程序员所看见的计算机属性。 6、经典计算机体系结构概念的实际是计算机系 统中软、硬件界面的确定，也就是指令集 的设计，该界面之上由软件的功能实现， 界面之下由硬件和固定的功能来实现。 7、系列机的软件兼容还有向上兼容、向下兼容、 向前兼容、向后兼容之分。 8、现代计算机实现技术的基础核心是以晶体管 为基本单元的平面集成电路。 9、集成电路密度大约每两年翻一番。 10、集成电路制造中的重要技术指标之一是特 征尺寸，在现有集成电路制造工艺中，它 是指集成电路上一个晶体管的尺寸或者x 和y两个维度上的最大制造线宽。 11、用户关心的是响应时间：从事件开始到结 束之间的时间，也称为执行时间。 管理员关心的是如何提高流量：在单位时间内所能完成的工作量。 它们的相同点是都认为能够以最短时间完成指定任务的计算机就是最快的；这两 者之间的不同点是响应时间通常针对单任 务，而流量往往针对多任务。计算机体系结构试题及答案版本
计算机体系结构解
计算机系统结构有详细答案
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