计算机系统结构问答题
计算机系统结构问答题
1.简述CISC存在的问题
1）指令系统庞大，一般在200条以上；
2）由于许多指令的操作繁杂，执行速度低；
3）由于指令系统庞大，使高级语言编译程序选择目标指令的范围太大，难以优化生成高效机器语言程序，编译程序也太长太复杂；
4）由于指令系统庞大，各种指令的使用频度都不会太高，且差别很大，其中相当一部分指令的利用率很低，增加机器设计人员的负担，降低系统性能价格比。
2.简述IBM360/91解决流水控制的途径
1）在各个寄存器中设置忙位标志；
2）设置多条流水线让它们并行工作；
3）通过分布设置的站号来控制相关专用通路的连接；
4）相关专用通路采用总线方式，相关后通过更改站号来实现不同相关专用通路的连接。
3.紧耦合多处理机中解决多Cache一致性的办法
1）解决进程迁移引起的多Cache不一致性，可以通过禁止进程迁移的方法予以解决，也可以在进程挂起时，靠硬件方法将Cache中该进程改写过的信息块强制写回主存相应位置；
2）以硬件为基础实现多Cache的一致性，主要有监视Cache协议法，另一种是目录法；
3）以软件为基础实现多Cache的一致性，例如依靠编译程序的分析，不把一些公用的可写数据存入Cache中。
4.简述中断的概念、中断的分类依据及分类的目的
- 概念：CPU中止正在执行的程序，转去处理随机提出的请求，待处理完成后，再回到原先被打断的程序继续恢复执行的过程称为中断；
- 分类依据：将中断源性质相近、中断处理过程类似的归为一类；
- 分类目的：减少中断处理程序的入口，每一类给一个中断服务程序总入口，可以减少中断服务程序入口地址形成的硬件数量。
5.简述实现软件移植的技术途径及其适用环境
1）统一高级语言：适用于结构完全相同以至完全不同的机器之间的高级语言程序应用软件的移植；
2）采用系列机：适用于结构相同或相近的机器之间的汇编语言应用软件和部分系统软件的移植；
3）模拟和仿真：适用于结构不同的机器之间的机器语言程序的移植。
6.简述流水线机器全局性相关的概念及处理全局性相关的四种方法
全局性相关指的是已进入流水线的转移指令和其后续指令之间的相关；
处理全局性相关的四种方法有：
1）使用猜测法；
2）加快和提前形成条件码；
3）采取延迟转移；
4）加快短循环程序的处理。
7.简述字节多路通道、数组多路通道、选择通道分别适用连接的设备及各通道的特点
1）字节多路通道适用于连接大量的字符类低速设备，传送一个字符的时间很短，但字符间的等待时间很长；
2）数组多路通道适用于连接多台高速设备，设备的传送速率很高，但传送开始前的寻址辅助操作时间很长；
3）选择通道适用于连接优先级高的高速设备，在数据传送期内独占通道，只能执行一道通道程序。
8.计算机中的存储件可以分为哪些类型
按照存储介质分：半导体介质、磁表面介质、光记录介质等；
按照访问方式分：随机访问、顺序访问、半顺序访问。
9.解决计算机主存与CPU的速度对机器性能的影响，可以采取哪三种解决方法
1）在CPU中设置通用寄存器；
2）采取存储器的多体交叉并行存取；
3）采用Cache存储器。
10.什么是虚拟存储器？它有什么特点和作用
虚拟存储器是以主存与辅存为根据建立起来的一种存储体系，它使得程序能够像访问主存储器一样访问外部存储器，虚拟存储器的地址空间可以达到CPU的最大寻址范围，为了提高平均访存速度，将虚机地址空间中访问最频繁的一小部分寻址范围映像到主存储器，其余的地址空间映像到外存储器，这样使得存储系统既具有外存的容量，又有接近主存的访问速度。
11.简述程序的动态再定位的思想
在硬件上设置基址寄存器和地址加法器，在程序不做变换直接装入主存的同时，装入主存的起始地址存入对应该道程序使用的基址寄存器中，程序执行时，只要通过地址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的程序基址形成物理地址后去访存即可。
12.简述实现指令的重叠，解释必须在计算机组成上满足的要求
1）要解决访存的冲突，解决取指令和分析中取操作数的访存冲突；
2）要解决“分析”与“执行”操作的并行；
3）要解决“分析”与“执行”操作控制上的同步，在硬件上解决控制上的同步。
13.简述顺序方式与重叠方式的定义
顺序方式：各条指令之间顺序串行地进行，每条指令内部的各个微操作也顺序串行地进行；
重叠方式：在解释第K条指令的操作完成之前，就可以开始解释第K+1条指令。
14.用什么方法可以提高向量处理机的性能
1）设置多个功能部件，使它们并行工作；
2）采用连接技术，加快一串向量指令的执行；
3）采用循环开采技术，加快循环的处理；
4）采用多处理机系统。进一步提高性能。
15.简述阵列机与流水线处理机相比的特点
1）与同样擅长于向量处理的流水线处理机相比，阵列处理机利用的是资源重复，而不是时间重叠；
2）阵列机利用的是并行性中的同时性，而不是并发性；
3）阵列机使用简单、规整的互连网络来确定处理单元间的连接。
16.简述多处理机要解决的主要技术问题
1）硬件结构，解决好处理机、存储器模块及I/O子系统间的互连；
2）最大限度开发系统的并行性，以实现多处理机各级的全面并行；
3）任务的粒度选择，使并行度高，辅助开销小；
4）解决好处理机中各并行任务和进程间的同步问题；
5）解决好处理机调度、任务资源分配，防止死锁；
6）一旦某处理机发生故障，如何对系统进行重新组织而不使其瘫痪；
7）多处理机机数增多后，如何能给编程者提供良好的编程环境，减轻程序的复杂性。
17.简述数据表示和数据结构之间的关系及引入高级数据表示的基本原则
1）数据表示反映了各种元素或信息单元之间的结构关系，数据结构要通过软件映像变换成机器所具有的各种数据表示来实现。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性上的不同。数据结构和数据表示是软件和硬件的交界面；
2）引入高级数据表示的基本原则：一是看系统效率是否有显著提高，包括实现时间和存储空间是否有显著减少；二是看引入这种数据表示的通用型和利用率是否提高。
18.简述采用RISC技术的好处
1）简化指令系统设计，适合VLSI实现；
2）提高计算机的执行速度和效率，指令系统的精简可以加快指令的译码；
3）降低设计成本，提高系统的可靠性；
4）可直接支持高级语言的实现，简化编译程序的设计。
19.简述机器指令系统的设计、发展和改进上的两种途径
一种是如何进一步增强原有指令的功能以及设置更为复杂度新指令以取代原先由软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化，称为这种途径设计CPU的计算机为复杂指令系统计算机（CISC）;
另一种是如何通过减少指令种类数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行速度，按此方向发展，使机器指令系统精简，称通过这种途径设计CPU的计算机为精简指令系统计算机（RISC）。
20.简述机器级的实现采用的翻译技术和解释技术
翻译技术是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变成低一级机器级上等效的程序，然后在低一级机器级上实现的技术；
解释技术则是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能，是通过对高级机器级语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现技术。
21.CPU写Cache时，会发生Cache与主存的对应内容不一致的现象，简述解决这个问题点两种方法及各需要增加什么开销
1）写回法：CPU只写入Cache，不写入主存，仅当Cache块替换时，才先写回主存后再替换，这种方法要求对每个Cache块增加一个修改位的开销；
2）写直达法：CPU每次写Cache的同时，也通过直接通路写入主存，这种方法要增加写主存的时间开销。
22.简述设计RISC的一般原则
1）确定指令系统时，只选择使用频度很高的那些指令，再增加少量能有效支持操作系统、高级语言实现及其它功能的指令，一般不超过100条；
2）减少指令系统所用寻址方式种类，一般不超过2种；
3）让所有的指令都在一个机器周期内完成；
4）扩大通用寄存器数，一般不少于32个，尽量减少访存，只有存取指令访存；
5）为提高指令执行速度，大多数指令都使用硬联控制实现，少数指令采用微程序实现；
6）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。
23.多处理机操作系统有哪三种类型？各适合于哪类机器?
有主从型、各自独立型、浮动型3种。
1）主从型：适合于工作负荷固定，且从处理机能力明显低于主处理机，或由功能差别很大的处理机组成的异构型多处理机；
2）各自独立型：适合于松耦合多处理机；
3）浮动型：适用于紧耦合多处理机。
24.多处理机与单指令流多数据流系统的并行处理机有哪些主要差别？
1）结构灵活性不同；
2）程序并行性等级不同，当然所需的软硬件支持不用；
3）并行任务派生的方式不同，并行处理机能否并行工作是由指令决定，多处理机必须有专门指令指明程序段能否并行执行，派生的任务数是动态变化的。
25.简述并行程序设计语言的基本要求
能使程序员在其程序中灵活、方便地表示出各类并行性，能在各种并行/向量计算机系统中高效的实现。并行程序的特点是这些进程在时间上重叠地执行，一个进程未结束，另一个进程已开始。
26.简述中断的含义
CPU中止正在执行的程序，转去处理随机提出的请求，待处理完成后，再回到原先被打断的程序继续恢复执行的过程称为中断。
27.简述流水线中可能出现的三种相关
1）资源相关：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；
2）数据相关：是在几条相近的指令间共用相同的操作数时发生的；
3）控制相关：是无条件转移和条件转移引起的。