1、11計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)由高到低分別為應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，微程序機(jī)器級(jí)12計(jì)算機(jī)系統(tǒng)弗林分類法，把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分成單指令流單數(shù)據(jù)流(SISD)、單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)、多指令單數(shù)據(jù)流和多指令多數(shù)據(jù)流四大類。13透明指的是客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€(gè)角度看不到，它帶來(lái)的好處是簡(jiǎn)化某級(jí)的設(shè)計(jì)，帶來(lái)的不利是無(wú)法控制。22數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)表示之間是什么關(guān)系？確定和引入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什么？數(shù)據(jù)表示是能由硬件直接識(shí)別和引用的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過(guò)軟件映象變換成機(jī)器所具有的各種數(shù)據(jù)表

2、示實(shí)現(xiàn)，所以數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成元素。（2分）不同的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)效率和方便性不同。數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。（2分） 除基本數(shù)據(jù)表示不可少外，高級(jí)數(shù)據(jù)表示的引入遵循以下原則： （1）看系統(tǒng)的效率有否提高，是否養(yǎng)活了實(shí)現(xiàn)時(shí)間和存儲(chǔ)空間。 （2）看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否高。13計(jì)算機(jī)組成指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器級(jí)內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成及邏輯設(shè)計(jì)等。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，。21、軟件和硬件在什么意義上是等效的?在什么意義上是不等效的?邏輯上等效，性能、價(jià)格、實(shí)現(xiàn)難易程度上不一樣。22說(shuō)明翻譯

3、和解釋的區(qū)別和聯(lián)系.區(qū)別：翻譯是整個(gè)程序轉(zhuǎn)換，解釋是低級(jí)機(jī)器的一串語(yǔ)句仿真高級(jí)機(jī)器的一條語(yǔ)句。聯(lián)系：都是高級(jí)機(jī)器程序在低級(jí)機(jī)器上執(zhí)行的必須步驟。19計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也稱計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，指的是傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它是軟件和硬件/固件的交界面，是機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)者或編譯程序設(shè)計(jì)者看到的機(jī)器物理系統(tǒng)的抽象。15引入數(shù)據(jù)表示的兩條基本原則是：一看系統(tǒng)的效率有否提高；二看數(shù)據(jù)表示的通用性和利用率是否高。19一種浮點(diǎn)數(shù)有1位符號(hào)位，階碼為7位移碼，尾數(shù)8位與符號(hào)位一起采用原碼的規(guī)格化表示，基數(shù)為2，該浮點(diǎn)數(shù)可表示的最大數(shù)為 ，可表示的最小數(shù)為。移碼（又叫增碼）是符號(hào)位取反的補(bǔ)碼，一般用做浮點(diǎn)數(shù)的階

4、碼，引入的目的是為了保證浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)器零為全0。 移碼的定義：設(shè)由1位符號(hào)位和n位數(shù)值位組成的階碼，則 X移=2En + X -2nX 2n 例如： X=1011 X移=11011 符號(hào)位“1”表示負(fù)號(hào) X=1011 X移=00101 符號(hào)位“0”表示正號(hào)23何謂指令格式的優(yōu)化?簡(jiǎn)要列舉包括操作碼和地址碼兩部分的指令格式優(yōu)化可采用的各種途徑和思路。指令格式的優(yōu)化指如何用最短位數(shù)表示指令的操作信息和地址信息，使程序中指令的平均字長(zhǎng)最短。操作碼的優(yōu)化 采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。 對(duì)地址碼的優(yōu)化： 采用多種尋址方式; 采用0、1、2、3等多種地址制;在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式，如寄

5、存器-寄存器型、寄存器-主存型、主存-主存型等; 在維持指令字在存儲(chǔ)器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲(chǔ)的前提下，使用多種不同的指令字長(zhǎng)度。18CISC的中文意義是復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)，RISC的中文意義是精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)。23簡(jiǎn)要比較CISC機(jī)器和RISC機(jī)器各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它們分別存在哪些不足和問(wèn)題?為什么說(shuō)今后的發(fā)展應(yīng)是CISC和RISC的結(jié)合? CISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。RISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，規(guī)模小，復(fù)雜度低。CISC的問(wèn)題： (1)指令系統(tǒng)龐大，一般200條以上； (2)指令操作繁雜，執(zhí)行速度很低； (3)難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語(yǔ)言程序，編譯也太長(zhǎng)，太復(fù)雜； (4)由于指令系統(tǒng)龐大，

6、指令的使用頻度不高，降低系統(tǒng)性能價(jià)格比，增加設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)。RISC的問(wèn)題； (1)由于指令少，在原CISC上一條指令完成的功能現(xiàn)在需多條RISC指令才能完成，加重匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，增加了機(jī)器語(yǔ)言程序長(zhǎng)度，加大指令信息流量。 (2)對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算和虛擬存儲(chǔ)支持不很強(qiáng)。 (3)RISC編譯程序比CISC難寫。 由于RISC和CISC各有優(yōu)缺點(diǎn),在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)向著兩者結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短方向發(fā)展。8看下述程序段：（ ）k：R5=R2k+1：R0=R1R4k+2：R2=R51k+3：R4=R0R3k+4：R3=R4-1K+5：k和k+2之間發(fā)生的是什么數(shù)據(jù)相關(guān)I. 先寫后讀相關(guān)II.寫-寫相關(guān)III. 先讀后

7、寫相關(guān)A.只有IB.只有I、IIC.只有I、IIID.以上都不對(duì)1開(kāi)發(fā)并行的途徑有（ ），資源重復(fù)和資源共享。A、多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)B、多道分時(shí)C、分布式處理系統(tǒng)D、時(shí)間重疊18“一次重疊”解釋時(shí)，第K+1條指令需等K條指令執(zhí)行后才能形成，稱此時(shí)發(fā)生了“指令相關(guān)”。若第K條指令的結(jié)果數(shù)地址與第K+1條指令的源數(shù)地址一樣時(shí)，稱發(fā)生了“先寫后讀相關(guān)”。24為提高流水線效率可采用哪兩種主要途徑來(lái)克服速度瓶頸？為提高流水線效率可采用瓶頸希再細(xì)分（2分）和瓶頸段并聯(lián)（3分）兩種主要途徑來(lái)克服速度瓶頸。21簡(jiǎn)要解釋提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的三個(gè)技術(shù)途徑。（1）時(shí)間重疊：引入時(shí)間因素，是讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)

8、，輪流使用同一套設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)來(lái)贏得速度。（2）資源重復(fù)，是引入空間因素，通過(guò)重復(fù)設(shè)置硬件資源來(lái)提高性能。（3）資源共享，是用軟件方法讓多個(gè)用戶按一定時(shí)間順序輪流使用同一套資源來(lái)提高其利用率，相應(yīng)也就提高了系統(tǒng)的性能。6磁盤外部設(shè)備適合于連接到（ ）A字節(jié)多路通道B數(shù)組多路通道或選擇通道C選擇通道或字節(jié)多路通道D數(shù)組多路通道或字節(jié)多路通道14輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷3個(gè)階段，相應(yīng)對(duì)應(yīng)于3種方式，即程序控制IO(包括全軟的、程序查詢的、中斷驅(qū)動(dòng)的)、直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）和I/O處理機(jī)方式。3浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值rm=8，尾數(shù)數(shù)值部分長(zhǎng)6位，可表示規(guī)格化正尾數(shù)的個(gè)數(shù)是（ ）A56個(gè)B6

9、3個(gè)C64個(gè)D84個(gè)9當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)基值為（ ）時(shí)，其表數(shù)效率最高（假如不考慮隱藏位）。 A、16 B、 8 C、4 D、2 2為使虛存系統(tǒng)有效地發(fā)揮其預(yù)期的作用，所運(yùn)行的程序應(yīng)具有的特性是（）。A.該程序不應(yīng)含有過(guò)多的I/O操作B.該程序的大小不應(yīng)該超過(guò)實(shí)際的內(nèi)存容量C.該程序應(yīng)具有較好的局部性D.該程序的指令相關(guān)不應(yīng)過(guò)多7在Cache存儲(chǔ)器中常用的地址映象方式是（ ）A全相聯(lián)映象B頁(yè)表法映象C組相聯(lián)映象D段頁(yè)表映象10設(shè)主存和輔存的平均訪問(wèn)時(shí)間分別為10-6秒和10-2秒，若要使虛擬存儲(chǔ)器的主存-輔存層平均時(shí)間達(dá)到10-4，問(wèn)至少應(yīng)保證主存訪問(wèn)命中率為多少 ？（ ）C.0.99 2為使虛存

10、系統(tǒng)有效地發(fā)揮其預(yù)期的作用，所運(yùn)行的程序應(yīng)具有的特性是（）。A.該程序不應(yīng)含有過(guò)多的I/O操作B.該程序的大小不應(yīng)該超過(guò)實(shí)際的內(nèi)存容量C.該程序應(yīng)具有較好的局部性D.該程序的指令相關(guān)不應(yīng)過(guò)多10在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，比較好的方法是（）。A、從上向下設(shè)計(jì)B、從下向上設(shè)計(jì)C、從兩頭向中間設(shè)計(jì)D、從中間開(kāi)始向上、向下設(shè)計(jì)16在存儲(chǔ)體系中，Cache存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)用程序員是透明的，對(duì)系統(tǒng)程序員是透明的。17虛擬存儲(chǔ)器按映象算法不同，存儲(chǔ)管理方式有段式、頁(yè)式和段頁(yè)式3種。20影響主存命中率的主要因素有：程序在執(zhí)行過(guò)程中的頁(yè)地址流分布情況，所采用的頁(yè)面替換算法，頁(yè)面大小、主存儲(chǔ)器的容量以及所采用的頁(yè)面調(diào)度方法。

11、24對(duì)于二級(jí)虛擬存儲(chǔ)層次，其等效訪問(wèn)時(shí)間與主、輔存的訪問(wèn)時(shí)間有什么關(guān)系？可采取哪些措施提高存儲(chǔ)層次的等效訪問(wèn)速度？（至少提出兩種）存儲(chǔ)層次的等效訪問(wèn)時(shí)間是TA=HT1+(1-H)T2，H為主存命中率，T1，T2分別是主、輔存訪問(wèn)時(shí)間。要提高存儲(chǔ)層次等效訪問(wèn)速度，可采取的措施有：1當(dāng)?shù)刃гL問(wèn)時(shí)間遠(yuǎn)大于主存訪問(wèn)周期時(shí)，可采取提高主存命中率的方法；2、當(dāng)主存命中率已經(jīng)很高時(shí)，可提高主存的訪問(wèn)速度，以降低T1;3、加快內(nèi)部地址映像和變換，如采用快-慢表，增大快表命中率等。25設(shè)二級(jí)虛擬存儲(chǔ)器的=s、=s,為使存儲(chǔ)層次的訪問(wèn)效率e達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少要求達(dá)到多少？實(shí)際上這樣高的命中率是很

12、難達(dá)到的，那么從存儲(chǔ)層次上如何改進(jìn)？e=TA1/TA=TA1/(H*TA1+(1-H)*TA2)80%，H(105-5/4)/(105-1)。（2分）這樣的命中率很難達(dá)到。為了降低對(duì)H的要求，可以選擇高命中率的算法，可以減少相鄰兩級(jí)的訪問(wèn)速度差和容量差(這樣做不利于降低存儲(chǔ)器的平均每位價(jià)格)，可在主、輔存儲(chǔ)器間加一層電子磁盤，使存儲(chǔ)體系中相鄰兩級(jí)的訪問(wèn)時(shí)間比不太大。11目前M0由硬件實(shí)現(xiàn)，M1用微程序（固件）實(shí)現(xiàn)，M2到M5大多用軟件實(shí)現(xiàn)。15計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可有_由上而下，由下而上和由中間開(kāi)始三種不同的設(shè)計(jì)思路。18“由中間開(kāi)始”設(shè)計(jì)的“中間”是指層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面，目前多數(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)

13、與操作系統(tǒng)級(jí)之間。24在一個(gè)頁(yè)式二級(jí)虛擬存儲(chǔ)器中，采用FIFO算法進(jìn)行頁(yè)面替換，發(fā)現(xiàn)命中率H太低，因此有下列建議： (1)增大輔存容量; (2)增大主存容量(頁(yè)數(shù));(3)FIFO改為L(zhǎng)RU; (4)FIFO改為L(zhǎng)RU，并增大主存容量(頁(yè)數(shù)); (5)FIFO改為L(zhǎng)RU，并增大頁(yè)面大小。試分析上述各建議對(duì)命中率的影響情況。(1)增大輔存容量，對(duì)命中率H無(wú)影響。 (2)增大主存容量(頁(yè)數(shù))，可普遍提高命中率。(3)FIFO改為L(zhǎng)RU，一般可提高命中率。(4)FIFO改為L(zhǎng)RU，并增大主存容量(頁(yè)數(shù))，一般可使命中率有較大提高。(5)FIFO改為L(zhǎng)RU，并增大頁(yè)面大小，如果原來(lái)頁(yè)面很小，則會(huì)使命中

14、率顯著上升，如果原來(lái)頁(yè)面很大，則會(huì)使命中率下降。25你對(duì)Cache存儲(chǔ)器的速度不滿，于是申請(qǐng)到一批有限的經(jīng)費(fèi)，為能發(fā)揮其最大經(jīng)濟(jì)效益，有人建議你再買一些同樣速度的Cache片子以擴(kuò)充其容量;而另有人建議你干脆去買更高速的Cache片子將現(xiàn)有的低速Cache片子全部換掉。你認(rèn)為哪種建議可取？你如何做決定？為什么？ Cache本身的速度與容量都會(huì)影響Cache存儲(chǔ)器的等效訪問(wèn)速度。如果對(duì)Cache存儲(chǔ)器的等效訪問(wèn)速度不滿，需要改進(jìn)的話，就要作具體分析，看看現(xiàn)在Cache存儲(chǔ)器的等效訪問(wèn)速度是否已接近于Cache本身的速度。）如果差得較遠(yuǎn)，說(shuō)明Cache的命中率低，應(yīng)從提高Cache命中率著手，包括

15、調(diào)整組的大小、塊的大小、替換算法以及增大Cache容量等。如果Cache存儲(chǔ)器的等效訪問(wèn)速度已經(jīng)非常接近于Cache本身的速度還不能滿足需要，就應(yīng)該更換更高速的Cache片子。19Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要目的提高速度，虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要目的是容量。20某CACHE存儲(chǔ)系統(tǒng)，T2=5T1，在命中率H為0.8的情況下，該存儲(chǔ)系統(tǒng)的加速比是1.8。22假設(shè)將某系統(tǒng)的某一部件的處理速度加快到10倍，但該部件的原處理時(shí)間僅為整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采用加快措施后能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高多少？26、如有一浮點(diǎn)乘法流水線如圖(a)所示，其乘積可直接返回輸入端或暫存于緩沖寄存器中，畫出實(shí)現(xiàn)A*B*C*D的時(shí)空?qǐng)D

16、及輸入端的變化，并求出該流水線的吞吐率和效率；當(dāng)流水線改為圖(b)形式時(shí)，求其實(shí)現(xiàn)同一計(jì)算時(shí)該流水線的吞吐率及效率。解：計(jì)算次序?yàn)?(A*B)*(C*D)，流水線a的時(shí)空?qǐng)D如下：完成3個(gè)乘法用了13個(gè)時(shí)鐘周期，吞吐率 效率 流水線b的時(shí)空?qǐng)D如下：完成3個(gè)乘法用了11個(gè)時(shí)鐘周期，吞吐率 效率 27、設(shè)中斷級(jí)屏蔽位“1”對(duì)應(yīng)于開(kāi)放，“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽，各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置如下： 中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)0000第2級(jí)1010第3級(jí)1000第4級(jí)1010(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?234時(shí)，其中斷處理次序是什么? (2)如果所有的中斷處理都各需3個(gè)單位時(shí)間，中斷

17、響應(yīng)和中斷返回時(shí)間相對(duì)中斷處理時(shí)間少得多。當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)發(fā)生第2，3級(jí)中斷請(qǐng)求，過(guò)兩個(gè)單位時(shí)間，又同時(shí)發(fā)生第1，4級(jí)中斷請(qǐng)求，試畫出程序運(yùn)行過(guò)程示意圖。：(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?234時(shí)，其中斷處理次序?yàn)?342。 (2) 26、一個(gè)程序共有5個(gè)頁(yè)面組成，程序執(zhí)行過(guò)程中的頁(yè)地址流如下：P1, P2, P1, P5, P4, P1, P3, P4, P2, P4，假設(shè)分配給這個(gè)程序的主存儲(chǔ)器共有3個(gè)頁(yè)面。給出FIFO、LRU、OPT 三種頁(yè)面替換算法對(duì)這3頁(yè)主存的使用情況，包括調(diào)入、替換和命中等。時(shí)間t12345678910實(shí)際命中次數(shù)頁(yè)地址流P1P2P1P5P4P1P3P4

18、P2P4先進(jìn)先出算法（FIFO算法）1111*444*4*222次2222*1111*4555*3333*調(diào)入調(diào)入命中調(diào)入替換替換替換命中替換替換最久沒(méi)有使用算法（LRU算法） 11111111*224次222*444*44455*5*333*3*5調(diào)入調(diào)入命中調(diào)入替換命中替換命中替換命中最優(yōu)替換算法（OPT算法）111111*3*3*335次2222*222225*444444調(diào)入調(diào)入命中調(diào)入替換命中替換命中命中命中27、假設(shè)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)共有7種不同的操作碼，如果采用固定長(zhǎng)操作碼需要3位。已知各種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率如下表，計(jì)算采用全Huffman編碼法的操作碼平均長(zhǎng)度，并計(jì)算固定長(zhǎng)操

19、作碼和Huffman操作碼的信息冗余量。若將全Huffman編碼改為2-4等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼法，求操作碼最短平均長(zhǎng)度和信息冗余量指令序號(hào)I1I2I3I4I5I6I7出現(xiàn)概率0.450.30.150.050.030.010.01利用Huffman樹(shù)進(jìn)行操作碼編碼，首先畫出圖：（3分） 指令序號(hào)出現(xiàn)的概率Huffman編碼法操作碼長(zhǎng)度2-4等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼I10.450100I20.310201I30.15110310I40.05111041100I50.031111051101I60.0111111061110I70.0111111161111（得到編碼得4分）采用Huffman編碼法的操作碼平均長(zhǎng)度為：

20、 0.4510.3020.153 0.0540.0350.0160.016 1.97（位） 操作碼的最短平均長(zhǎng)度為： 0.451.1520.301.737 0.152.7370.054.322 0.035.0590.016.6440.016.6441.95（位）（2分）采用3位固定長(zhǎng)操作碼的信息冗余量為：Huffman編碼法的信息冗余量?jī)H為：與3位固定長(zhǎng)操作碼的信息冗余量35相比要小得多將例2.17改為2-4等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼法，操作碼最短平均長(zhǎng)度為： H(0.450.300.15)2(0.050.030.010.01)4 2.202-4等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼法信息冗余量為：28、用一條5個(gè)功能段的浮點(diǎn)加法器

21、流水線計(jì)算F=,每個(gè)功能段的延遲時(shí)間均相等，流水線的輸出端和輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，而且設(shè)置有足夠的緩沖寄存器。要求用盡可能短的時(shí)間完成計(jì)算，畫出流水線時(shí)空?qǐng)D，并計(jì)算流水線的實(shí)際吞吐率、加速比和效率。畫出時(shí)空?qǐng)D得3分12345678910111213141516功能段512345功能段412345功能段312345功能段212345功能段112345（4分）（4分）（4分）26、有一個(gè)Cache存儲(chǔ)器。主存共分8個(gè)塊(07),Cache為4個(gè)塊(03),采用組相聯(lián)映象，組內(nèi)塊數(shù)為2塊，替換算法為近期最少使用算法(LRU)。 (1)畫出主存、Cache地址的各字段對(duì)應(yīng)關(guān)系(標(biāo)出位數(shù))圖; (2)畫出主存、Cache空間塊的映象對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖; (