计算机系统结构选择题

宋涛2025年3月2日大约 10 分钟

计算机系统结构选择题考点总结

对Cache写操作时，写回法需要少量缓冲器。
提高虚拟存储器访问主存命中率的途径是改用LRU替换算法并增大页面数。
用虚拟存储器页面替换，且为堆栈型的算法是近期最久未使用法。
主存出错引起的中断是机器校验中断。
浮点数尾数下溢处理方法有截断法、舍入法、查表舍入法、恒置1法
浮点数尾数下溢处理方法中，平均误差最大是截断法。
平均码长最短的编码是哈夫曼编码。
在计算机系统的多层级结构中，单条指令执行速度最快的一级是微程序级。
多处理机是指两台以上的处理机、共享I/O子系统，机间通过共享主存或高速通信网络通信，在统一操作系统控制下，协同求解。
SIMD互联网络是连接多个处理机的。
与线性流水线最大吞吐率有关的是最慢的那一段的执行时间。
Cache存储器的性能取决于命中率，命中率与块的大小、块的总数、采用组相联时组的大小、替换算法和地址流的簇聚性等有关。
全相联映象的优点是块冲突概率最低、Cache的空间利用率最高；组相联映象的优点是地址变换速度快、目录表小。
输入/输出系统发展的3种方式为程序控制I/O、直接存储器访问（DMA）、I/O处理机方式。
CISC方向发展和改进指令系统分别从面向目标程序、面向高级语言、面向操作系统的优化实现。
软件移植的技术包括统一高级语言、采用系列机、模拟和仿真。
直接执行微指令的是硬件。
采用阵列处理机构形2的典型机器是BSP。
适合打印机等低速设备的数据宽度是单字。
如果多台计算机通过通道或通信线路实现互联，共享某些外围设备，以较低频带在文件或数据集一级相互作用，则这种系统称为松散耦合系统。
根据并行性等级划分，多处理机属于指令、任务、作业并行；流水线处理机属于处理器操作步骤并行。
并行性等级从低到高分为位串字串、位并字串、位片串字并、全并行。
计算机所用器件从电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路迅速发展到超大规模集成电路。
全用户片设计周期长、设计费用高、销量小、成本高。
可编程只读存储器PROM属于现场片。
计算机系统设计方法有由上往下、由下往上、由中间开始。
计算机系统设计原理有哈夫曼压缩原理、Amdahl定律、程序访问的局部性定律。
新的数据流计算机有采用提高并行度等级的数据流计算机、采用同异步结合的数据流计算机、采用控制流与数据流结合的数据流计算机。
IBM370系统中，支持操作系统实现多进程公用区管理最有效的指令是比较与交换指令。
堆栈计算机表现方面有由高速寄存器组成的硬件堆栈，并附加控制电路，有丰富的堆栈操作指令且功能很强，有力支持了高级语言程序的编译，有力支持了子程序的嵌套和递归调用。
编译程序设计者需要指令系统设计应具有的特性有规整性、对称性、独立性和全能性、正交性、可组合性、可扩充性。
寻址方式面向包括面向堆栈、面向寄存器、面向主存。
设计RISC的基本原则有确认指令系统时，只选择使用频率高的指令，减少指令系统所用寻址方式种类，让所有指令都在一个机器周期内完成，大多数指令用硬联控制实现，少数指令用微程序实现，通过精简指令和优化设计编译程序，简单有效地支持高级语言的实现。
RISC采用重叠寄存器窗口技术，可以减少程序调用引起的访存次数。
按CISC方向，面向操作系统的优化实现改进指令系统的思路有通过对操作系统中常用指令和指令串的使用频度进行统计分析来改进，如何增设专用操作系统的新指令，把操作系统中频繁使用的、对速度影响大的某些软件子程序硬化或固化，改为直接用硬件或微程序解释实现，发展让操作系统由专门的处理机来执行的功能分别处理系统结构。
CISC指令集存在的缺点有各种指令的使用频率相差悬殊；带来了计算机系统的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且容易造成设计错误；指令集结构复杂性给VLSL设计带来了很大的负担，不利于单片集成；许多指令需要复杂的操作，运行速度慢；各条指令功能不均衡，不利于采用先进的计算机体系结构技术来提高系统的性能。
标识符数据表示的优点有简化指令系统和程序设计，简化了编译程序，便于实现一致性校验，能由硬件自动变换数据类型，支持数据库系统的实现与数据类型无关的要求，为软件调试和应用开发提供了支持。
解释一条机器指令的微操作有取指、分析、执行。
面向高级语言的优化实现改进指令系统途径有通过对源程序中各种高级语言语句的使用频度进行统计来分析改进；如何面向编译，优化代码生成来改进；改进指令系统，使它与各种语言间的语义差距都有同等的缩小；采用让计算机具有分别向各种高级语言的多种指令系统、多种系统结构的面向问题动态自寻优点计算机系统；发展高级语言计算机。
指令自格式优化措施有采用扩展操作码；采用多种寻址方式；采用0、1、2、3等多种地址形式；使用多种不同指令字长度。
浮点数尾数增大时会扩大浮点数的表示范围，增加可表示数的个数，减少移位次数，降低右移造成的精度损失和提高运算速度。
推出系列机的新机器，不能更改的是原有指令的寻址方式和操作码。
脉动阵列结构的特点结构简单、规整，模块化强；PE间数据通信距离短；具有极高的计算机并行性。
互联网络设计的目标是结构不要过分复杂，以降低成本；互联要灵活，以满足算法和应用的需要；处理单元间信息交换所需的传送步数要尽可能少。
适合大批量数据传输的交换方法是线路交换。
STARAN网络属于多级立方体网络。
ILLIAC-IV阵列处理机中，PE之间所用的互联函数是 $PM_{2±0}$ 和 $PM_{2±3}$ 。
阵列处理机的两种构形差别主要在于存储器的组成方式和互联网络的作用不同。
脉动阵列式处理机系统具有多个相同的排列阵列结构的处理机。
拓扑结构用多级立体网络、二功能交换单元、级控制方式，称这种网络为交换网络。
shuffle算法将编码转为二进制，再把第一位放到最后一位。
向量处理的方式有横向（水平）处理、纵向（垂直）处理、分组纵横处理。
监视Cache协议法是属于以硬件为基础实现多Cache的一致性。
共享主存的多处理机中，为减少访问主存冲突，采用的方式一般为并行多体交叉主存系统。
细粒度并行算法一般指向量或循环级的并行。
若有先读后写的数据反相关，可以并行执行，但必须保证其写入共享主存时的先后读写次序，不能交换串行。
多处理机的种类有同构型、异构型和分布型。
开发并行的途径有时间重叠、资源重复和资源共享。
基于关系运算的并行算法有选择、排序、查找。
多处理机间的互联方式一般采用总线、环形互联、多端口存储器、蠕虫穿洞寻径网络。
通过共享主存来实现处理机间的通信是紧耦合处理器。
蠕虫穿洞寻径网络采用小容量缓冲存储器，用于消息分组寻径存储转发。
各自独立型操作系统的优点是减少对大型控制专用处理机的需求。
字节交叉方式工作的应是该通道所接各种设备的字节传输速率之和。
总线按在系统中的位置分类可分为芯片级、板级、系统级。
优先次序的确定有串行链接、定时查询和独立请求。
专用总线的优点是通信时不用指明源和目的，控制简单。
独立请求方式优点是总线分配速度快。
设置专用通路的方法适用于变址寄存器一次相关、变址寄存器二次相关和通用寄存器相关。
存储器操作并行的典型是并行存储器系统和相联处理机，处理机操作步骤并行的典型是阵列处理机，指令、任务、作用并行的典型是多处理机。
IBM370系统的中断分为机器校验、管理程序调用、程序性、外部、输入/输出、重新启动。
串行链接方式获得总线的优先次序由部件的物理位置决定。
先进先出替换算法不属于堆栈型替换算法。
在全相联的目录表法同样可用于实现组内的全相联。
虚拟存储器是因为主存容量满足不了要求。
最易出现块冲突的Cache地址映像方式是直接相联。
虚拟存储器中段式管理不包括页号。
在全局性相关处理中，用软件方法进行静态指令调度的技术是采取延迟转移。
“一次重叠”中消除指令相关的方法，最好的是不准修改指令。
解决主存冲突的方法有让操作数和指令分别存放于两个独立编址且可同时访问的存储器中；仍维持指令数和操作数混存，但采用多体交叉主存结构；增设采用先进先出方式工作指令缓冲寄存器。