计算机体系结构-练习

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第一章绪论

填空题

1. 常用的测试程序中，最可靠的测试程序是（），通常是代码为几十行、具有一些特定目的的测试程序是（）。

2. 目前在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是基于UNIX的（）。

开发计算机系统的并行性，是计算机体系结构的重要研究内容之一。并行性包括有（）和并发性二重含义。
按照Flynn分类法，根据计算机中指令和数据的并行状况可把计算机分成SISD、（）、（）和（）4类。
按照Flynn分类法的4类机器中，其中（）这一类型实际是不存在的。（）已成为通用多处理机体系结构的选择。
传统机器级所具有的属性是高级语言程序员所看不见的，即对高级语言程序员是（）的。
（）指的是计算机系统结构的逻辑实现，（）指的是计算机组成的物理实现。
Amdahl定律表明系统的加速比依赖于（）和（）两个因素。
程序的局部性包含程序的（）局部性和程序的（）局部性。

10. 在计算机诞生的头25年中，计算机性能增长相对缓慢。在这个过程中，制造技术和（）同时发挥着作用。

11. （）和（）是计算机语言实现的两种基本技术。

经典的关于计算机体系结构的定义是1964年Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即（）与（）。

13. 人们把不同厂家生产的具有（）的计算机称为兼容机。（）是软件兼容的根本特征，也是系列机的根本特征。

Flynn分类法是按（）和（）的多倍性状况对计算机系统分类。

单选题

推出系列机的新机器，不能更改的是（）
A. 原有指令的寻址方式和操作码
B. 系统总线的组成
C. 数据通路宽度
D. 存储芯片的集成度
能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属（）
A. MISD
B. SIMD
C. MIMD
D. SISD

简答题

计算机体系结构的经典定义是什么？
摩尔定律阐述的是什么？
解释响应时间和吞吐率的差别。
什么是透明性？
Amdahl定律阐述的是什么？

6. 并行处理结构包含哪几种主要的体系结构，分别有什么特点？

7. 从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为哪几级？

RISC计算机设计思想起源主要有哪三个方面？
衡量计算机性能的主要标准是什么？为什么它是最可靠的衡量标准？

第二章指令系统

填空题

1. 根据CPU内部存储单元类型对指令集结构进行分类，可以分为累加器型、（）和（）指令集结构。

2. CPU中用来存储操作数的存储单元主要有（）、（）或一组寄存器。

3. 可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型，即寄存器-寄存器型、（）和（）。

4. 进行RISC指令集结构的功能设计时，必须遵循如下原则：只有（）和（）操作指令才访问存储器，其他指令操作均在寄存器之间进行。

在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊，（）%的指令只在（）%的时间才会用到。
当控制指令为无条件改变控制流时，称之为（）。当控制指令是有条件改变控制流时，称之为（）。

7. 可按照如下4种操作来区分控制流程的各种改变情况，即（）、跳转、过程调用和（）。

8. 对于改变控制流的指令来说，除了要指出控制流改变的条件之外，还必须明确指出控制流改变的（）。

在指令集结构的功能设计中，所有的指令集一般都会对（）、（）和控制类型的操作提供指令。
数据结构和数据表示也是软、硬件的主要界面之一。（）是机器硬件能够直接识别、指令系统可以直接调用的那些结构；而（）是面向应用、面向软件系统所处理的各种数据结构。
在指令集格式的设计中，有三种指令集编码格式，它们是（）、（）和混合型编码格式。

12. 指令集格式的设计就是要确定（）和（）的大小及其组合形式，以及各种寻址方式的编码方法。

13. 寻址方式的表示在指令集格式设计中有着极其重要的地位。通常，在指令中有两种表示寻址方式的方法。一种是（）；另一种是（）。

在DLX中，所有的ALU指令都是（）型指令。可以对DLX的所有通用寄存器和浮点寄存器进行LOAD和STORE操作，但是对（）的LOAD操作没有任何效果。
DLX的浮点操作有加、减、乘、除。后缀D（如ADDD、SUBD）代表（）操作；而后缀F（如ADDF、SUBF）代表（）操作。
自定义数据表示又分带标识符数据表示和（）两类。

单选题

平均码长最短的编码是（）
A. 定长编码
B. 哈夫曼编码
C. 扩展编码
D. 需要根据编码使用的频度计算平均码长后确定
指令系统中指令的编码方法不包括以下哪一种方法？（）
A. 正交法
B. 整体法
C. 混合法
D. 地址法

简答题

指令系统的指令编码方法有哪三种？优缺点如何？
简述自定义数据表示的定义、分类和优点？
什么是DLX指令集结构，其设计思想有哪些？
数据结构和机器的数据表示之间是什么关系？确定和引入数据表示的基本原则是什么？

第三章存储系统

填空题

存储器的层次结构中，“Cache－主存”层次是为了弥补主存（）的不足，“主存－辅存”层次是为了弥补主存（）的不足。
从用户的角度来看，存储器的3个主要指标是（）、（）和价格。
存储器越靠近CPU，则CPU对它的访问频度越（），这是通过（）原理来完成的。
高速缓存的映象规则有3种，即（）映象，（）映象和全相联映象。
CPU访问Cache的查找方法是通过查找目录表来实现的。目录表所包含的项数与（）相同。
在Cache的实现中，只有（）和（）这两种映象规则才需要替换算法。
当发生写失效时，是否调入相应的块到Cache中，有两种不同的选择；写回法Cache一般采用（），而写直达法一般采用（）。
在Cache实现的两种写策略中，（）的速度快，“写”操作能以Cache存储器速度进行，访存次数少；采用（）总能保持Cache和主存内容的一致。
对于Cache的两种写策略，执行“写”操作时，只写入Cache，仅当Cache中相应的块被替换时，才写回主存，称为（）。执行“写”操作时，不仅写入Cache，而且也写入下一级存储器，称为（）。
对于Cache的两种写策略，采用“污染位”标志的是（），采用写缓冲器减少CPU写等待的是（）。
按照产生失效的原因不同，可以把失效分为以下3类（）、（）和（）。
对于容量一定的Cache，相联度越高，则（）失效就越少。而（）失效和（）失效不受相联度的影响。
对于采用预取技术来降低失效率的方法，目的是要使（），预取优化的主要对象是（）。
对于两级Cache来说，离CPU近的Cache相比第二级Cache，容量（），速度（）。

15. 主存的性能主要用（）和（）来衡量。

改进Cache的性能的三种途径是（）。
减小冲突失效的方法是（）。

18. 在相同的器件条件下，如果要提高主存的带宽，可以采用（）和（）两种并行存储器结构。

Cache选用何种替换策略，最主要的影响因素是（）。

单选题

不属于堆栈型替换算法的是（）。
A. 近期最少算法
B. 近期最久未用法
C. 先进先出法
D. 页面失效频率法
Cache存储器常用的地址映像方式是（）。
A. 全相联映像
B. 页面表映像
C. 组相联映像
D. 段页表映像
以下哪一个不属于主存所采用的存储保护方式？（）
A. 加界保护方式
B. 键保护方式
C. 目录保护方式
D. 环保护方式
存储系统中的各个层次中存放的信息应满足的特性不包括（）。
A. 一致性
B. 局部性
C. 包含性
D. 平均性
在共享主存的多处理机系统中，为减少访主存冲突，采用的方式一般是（）
A. 并行多体交叉主存系统
B. 虚拟存储器
C. 共享Cache存储器
D. 用高速单体主存系统

简答题

1. 存储层次设计要解决的四个问题指什么？

全相联和直接映象相比，各有何优缺点？

3. 简述在cache失效率的策略中，编译优化分块策略的基本思想。

4. 增加Cache块大小一定会降低失效率吗？

5. 简述存储系统中存储保护的三种方式。

第四章流水线

填空题

描述流水线的工作，常采用时空图的方法。在时空图中，横坐标表示（），纵坐标代表（）。
流水线各个功能段所需时间应（），否则，时间长的功能段将成为（）。
按照流水线中是否有反馈回路来对流水线进行分类，可分为（）和（）。
在DLX指令实现的简单数据通路中，IF是指取指令周期，ID指（）、EX指（）、WB指写回周期。
在DLX指令实现的简单数据通路中，在ID周期中，指令的（）操作和（）操作是并行进行的。
在DLX指令实现的简单数据通路中，在WB周期中，有两大类指令执行操作（）和（）指令。
基于单周期实现提高程序执行速度需要（），而基于多周期实现提高速度可采用（）技术。
（）是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。加速比是指流水线的速度与（）的速度之比。
效率是指流水线的设备利用率。由于流水线有（）和（），所以流水线的各段并不是一直满负荷地工作。故：效率总是小于1。
流水线的额外开销对其性能也有较大影响。流水线的额外开销包括（）和（）。这些额外开销加长了流水线的时钟周期时间。
一般说来，流水线中的相关主要分为以下3种类型：结构相关、（）和（）。
当硬件资源满足不了同时重叠执行的指令的要求，而发生资源冲突时，就发生了（）相关。当一条指令需要用到前面某条指令的结果，从而不能重叠执行时，就发生了（）相关。
有时流水线设计者允许结构相关存在的两个主要原因，一是为了减少（），二是为了减少（）。
数据相关可分为3类（）相关、（）相关和写后写相关。在DLX流水线中，可能发生的数据相关是（）相关。
在向量处理机中，对向量数据的处理方式有3种，（）、（）和分组处理方式。

16. 在向量处理机中，垂直处理方式的处理机流水线运算部件的输入、输出端都与（）相连，分组处理方式的处理机流水线运算部件的输入、输出端都与（）相连。

17. 在向量处理机中，所谓Vi冲突，指的是并行工作的各向量指令的（）和（）的Vi有相同的。

18. 在向量处理的链接技术中，向量链接要保证无（）使用冲突和无（）使用冲突。

在开发循环级并行的各种技术中，最基本的技术有（）技术、（）技术和换名技术。
基本流水线调度是要克服流水线中数据相关中的（）相关引起的停顿；循环展开是要克服流水线中（）相关引起的停顿。
循环展开和指令调度时要注意使用（），尽可能减少循环控制中的（）指令和（）指令。

22. 要保证数据相关的指令之间的执行顺序关系，消除相关指令的重叠执行，在硬件上可以采用（）机制。

假设流水线各段的时间相等，均为△t，则最大吞吐率=（）。
假设流水线各段时间不等，第i段时间为△ti，则最大吞吐率=（）。
当流水线中数据和指令存在同一存储器中时，访存指令会引起存储器访问冲突，这种冲突是因为（）相关引起的。
消除流水线瓶颈的方法有（）和（）两种。
流水的向下扩展是指将子过程（），以进一步提高吞吐率。

单选题

在MIPS的指令流水线中，可能发生的冲突有（）。
A. 同一条指令的读操作与写操作之间的写后读冲突。
B. 先流入的指令的写操作与后流入的指令的读操作之间的写后读冲突
C. 后流入的指令的写操作与先流入的指令的读操作之间的读后写冲突
D. 两条指令的写操作之间的写后写冲突
静态流水线是指（）。
A. 只有一种功能的流水线
B. 功能不能改变的流水线
C. 同时只能完成一种功能的多功能流水线
D. 可同时执行多种功能的流水线
非线性流水线是指（）。
A. 一次运算中使用流水线中的多个功能段
B. 一次运算中、要多次使用流水线中的某些功能段
C. 流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同
D. 流水线的各个功能段在各种运算中有不同的组合
与流水线最大吞吐率高低有关的是（）。
A. 各个子过程的时间
B. 最快子过程的时间
C. 最慢子过程的时间
D. 最后子过程的时间