国防科大计算机体系结构最强复习资料

【实例简介】
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第一章基础 名词解释/填空 1.(微处理器技术)的发展带来了计算机设计的复兴,既强调(体系结构)方面的创新,也重视技术 改进的高效应用.(2006 2. Throughout this range in price and capabiity, the desktop market tends to be driven to optimize(price-performance). (2006) 3. Power Consumption in Computer Systems Power consumption in modern systems is depen dent on a variety of factors, including the chip (clock frequency),(efficiency), the disk drive peed, disk drive utilization and(DRAM).(2013) 4.服务器的三个关链特征:(可用性),(可扩展性),(吞吐能力)、(2006 5.一个事件从启动到完成的时间,称为(响应时间),也称为(执行时间);仓库级计算机的操作人 员可能关心的是(吞吐量),也就是给定时间内完成的总工作量(2006 6.计算机体系结构:计算机系统结构是指(传统机器程序员)看到的(计算机属性),即(概念性结构 和(功能特性).(2001、2005、2008、2013 7.存储程序计算杋(冯诺依曼结构)的特点是:机器以(运算器)为中心,采用存储程序原理;存储 器是按照(地址)访问的、线性编址的空间;控制流由(指令流)流产生;指令由操作码和地址码 组成;数据以(三)进制编码表示采用二进制运算;由(运算器)、(存储器)(输入/出设备),(控制器 组成(2007、209、2012、2015) 8.程序的局部性原理( locality principle)是指:程序总是趋向于使用最近使用过的(数据)和 (指令),程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对簇集,包括(时间局部性) 和(空间局部性):(2008、2012、2015) a)时间局部性( temporal locality):程序即将用到的信息很可能是目前正在使用的信 息.(2002) )空间局部性( spatial locality: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 上邻 9.软件兼容( Software Compatable):欤件兼容是指一台计算机上的程序不加修改就可以搬到 另一台计算机上正常运行.(2002) 10.所谓系列杌就是指具有相同的(休系结构).但具有不同(组成)和(实现)的一些列不同型号的 机器.我们把不同厂家生产的具有相同体系结构的计算机称为(兼容机)、(2008、2010、2013) 第一章基础 11.并行性( parallelism):并行性是指计算机系统在同一时刻或者同一吋间间隔内运行多种运算 或者操作,包括同时性和并发性两种含义,同时性是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生, 并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生.(2002) 12.大概率事件优先原则:对于大概率事件,赋予它优先的处理杈和资源使用权。 13.Δ dahl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(加速比 受限于该部件的(执行时间)占总执行时间的(百分比.(2004、2010、2011、2014、2016) 14.器件发生故障的概率与(时间)的关系可以使用学习曲线来说明。(2011) 15.我们把DRAM这种不供电数据丢失的存储器称为(易失性)存储器,把磁盘这种不供电也能 够保存数据的存储器称为(非易失性)存储器。(2015) 16.模拟( Simalation六:用软件方法在一台现有计算机上实现另一台计算机的指令系统。 简答题 1.简述存储程序计算机的特点:(2002) 机器以运算器为中心;采用存储程序原理:存储器是按照地址访问的、线性编址的空间;控 制流由指令流流产生;指令由作码和地址码组成:数据以二进制编码表示.采用二进制运算 由运算器,存储器,输入/输出设备,控制器组成。 第二章指令系统 名词解释/填空 1·设计指令系统包括(寻址方式设计)(指令集功能设计),(操作数表示和据癸型),(指令系统编码设计)。 (2011、2016 2.RISC含义是(精简指令集计算机),CISC含义是(复杂指令集计算机);把指令集设计成只包 含那些频率高的少量指令,并提供一些必要的指令以支持(操作系统)和(高级语言,按照这 个原则设计的计算机称为精简指令集计算机。(2008、2015 3.寄器寄存器型(Ioad/ Store型)指令结构:操作数都来白(通用寄存器组)。(2001、2003) 4.指令系统的基本要求 (a)完整性:在有限可用的存储空间内,对于仼何可解的问趣,编制计算程序时,指令系统提供 的功能足够使用 (b)规整性:指令系统的规整性主要包括对称性和均匀性,对称性是指所有与指令系统有关的 存储单元的使用、操作码的设置等都是对称的;均勺性是指对于各种不同的操作数类型、 字长、操作种类和数据存储单元,指令的设置都要同等对待.(2001、2004) (c)正交性:指令中斧个不同含义的字段,如操作类型、数据类型、寻址方式字段等,在编码时 应该互不相关、相互独立.(2002) (d)高效率:指令的执行速度快、使用频率高。 简答题 1.CSC结构计算机的缺点和RSC结构计算机的设计原则:(2004) CISC是复杂指令集计算机.缺点主要有以下几点 各种指令的使用频率相差悬殊,许多指令很少用到。 指令系统庞大,指令条数很多:许多指令功能又很复杂,这使得控制器硬件变得非常复 杂 许多指令山于操作繁杂,其CPI值比较大,执行速度慢。 ·由于指令功能复杂,规整性不好,不利于利用流水线来提高性能。 RISC是精简指令集计算机,设计原则主要包括以下几点: 指令条数少、指令功能简单 3 第二章指令系统 采用简单而统一的指令格式,减少寻址方式 指令的执行在单周期内完成(采用流水线技术); ·采用load- store结构,即只有load和 store指令才能访间存储器,其它指令的操作都是 在寄存器之间进行的; 大多数指令都采用硬连逻辑实现 强调优化编译器的作用,为髙级语言程序生成优化的代码 允分利用沇水技术来提高性能。 第三章流水线 名词解释/填空 1.流水线分类: (a)部件级流水线( Arithmetic Pipeline:把处理机中的部件进行分段,冉把这些分段相互连 接而成 (b)处理杋级流水线:又称指令沇水线( Instruction Pipeline),把指令的执行过程按照沇水方 式进行处理,即把一条指令的执行过程分解为若干个子过程 (c)系统级流水线:又称为宏流水线( Macro pipeline),把多个处理机串行连接起来.对同一数 据流进行处理,每个处理机完成整个任务中的一部分. (d)单功能流水线( Unifunction pipeliner:流水线各段之间连接固定不变,只能完成单一固定 功能. (e)多功能流水线( Multifunction Pipeline):流水线各段之间可以进行不同的连接,以实 现不同功能.(2004) (f)静态流水线 Static Pipeline:同一时间内,多功能流水线的各段只能按照同一种功能的 连接方式工作 (g)动态流水线( Dynamic Pipeline):同一时间内,多功能流水线的各段可以按照不同的方式 连接. (h)线性流水线(「 inear pipeline}流水线各段串行连接、没有回馈 i)非线性流水线( Nonlinear Pipeline)各段除了有串行的连接外,还有反馈回路. j)顺序流水线(w- order Pipeline:流水线输岀端仼务流岀顺序与输亼端仼务流入顺序完仝 相同 k)乱序流水线(Out- order pipeline):流水线输岀端仼务流岀顺序与输入端仼务流亼顺序可 以不同 2.对于采用指令流水线的处理器,其CPⅠI公式为:CPI流水线=流水线理想CPI+(结构相关导致的停顿) 十(数据相关导致的停顿)+(控制相关导致的停顿)(2005、2007、2013) 3.流水线的理想OPI是衡量流水线(最高)性能的一个指标(2006) A.冲突眉冒险(Haar:由于指令之间有在依赖关系,使得指令流中的下一条指令不能在指定的 时钟周期开始执行。 5.相关分类 第三章流水线 (a)结构相关:当指令在同步重叠执行过程中,硬件资源滷足不了指令重叠执行的要求,发生 资源冲突.(2001、2002、2003) (b)数据相关(真相关):对于顺序指令i和j,指令i和j存在数据相关是指,指令j的 (操作数等存器或存储单元)是指令i要写人的寄冇器或者(存储单元)。或者指令j与k 数据相关,指令k与指令i数据相关,则指令j与指令i数据相关。(2006、2010) (c)控制相关:当流水线遇到分支指令和其它能够改变PC值的指令就会发生控制相关. d)名相关:指令使用的笱存器或存储器称为名,如果两糸指令使用相同的名,但是他们之问 没有数据流,则称之为名相关。 输出相关:如果指令j和指令i所写的名相同,则称指令ⅰ和j发生了输出相关 ⅱ反相关:如果指令j的(目标寄存器或存储单元)是指令i要(访同)的(等存器)或 (存储总元):则称指令i和指令j发生了反相关。(2011、2014、2016、2017) 6.解决流水线瓶颈的方法有(细分瓶颈段)和(瓶颈段重复设置)。 7.乔吐率( ThroughPut,TP):单位时间内流水线所完成的任务数量或者输出结果的数量(2002) 8.定向( Forwarding, Bypassing):在某条指令产生一个计算结果之前,其它指令并不真正需 要该计算结果,如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方,就 以避免因数据相关引起的停顿,这就是定向技术。(2003、2017) 9.分支延迟槽( Branch Delay slot,):存放分攴指令的后继指令,无论分攴指令成功与否,都 会执行分支延迟槽中的指令。(2017) 10.分支延迟( Branch Delay):由分支指令引起的延迟。 11.异常( Exception):异常也称为中断或错误,主要分为两类,一类会导致程序终止运行,另一 类则要求在程序处理完异常后继续“透明”地执行原来程序 12.精确弁常φυ recise e: ception)、非精确异常:不精确异常是指,当指令i导致发生异常时,处理 机的现场与严格按程序顺序执行时指令i的现场不同。如果发生异常时,处理机的现场与严格 按照程序顺序执行时指令ⅰ是现场相同,就称为精确异常;如果流水线能够准确的判断出异常 是由流水线的哪一条指令引发的,并可以正确的保留住这一条指令的现场,则称之为精确异 常处理,否则就是非精桷异常处理 13.流水线互锁( Pipeliηelπ merlotκk):用于检测发现数据冲突,并使流水线停顿,直至冲突消失 14.分支取消机制( Canceling, Nall l ifyring):分支指令隐含了预测的分支执行方向。当分支的实际 执行方向和事先预测的一样时,执行分支延迟槽中的指令,否则就将该指令转化成空操作。 简答题 1.降低流水线分支损失的方法 冻结(re)或排空(iush)流水线,一旦在⑩段检测到分支指令,就暂停后续指令的执行; 预测分支失败;预测分支成功;延迟分支,从逻辑上延长分支指令的执行时间 第四章向量处理机 名词解释/填空 1.通过时间:第一个任务从进入流水线到流出结果的时间段。 2.#空时间:最后一个任务从进入流水线到流出结果的时间段。 3.钟鸣( chime:对编队执行时间的估计。 A.流水线的链接( pipeline chaining)是将流水线计算机中多个(功能部件)按照指令要求链 接在一起,构成一个(长流水线),减少各个功能部件流水线(加载鍵立)和(排空)的时问,提 高流水线(执行的效率);向量流水线的链接是在有(数据(写后读)相关的(两)条指令之间, 将产生数据的指令部件的(结果)直接送到使用数据部件的(输入).(207、2009、2010、2011、 2013、2014、2016) 5.分段开采:当向量的长度大于向量寄存器的长度时,必须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。这种技术称为分段开采技术 分段开采的时间计算公式:m-「Mx1x(kmnt+Tm)+m(MUL表小向量寄存器长度, m表示编队数,η表示向量长度, Start=通过时间-1,Top表示编队执行带来的开销)。 7 第四章向量处理机 【实例截图】
【核心代码】