2023-04
三、简答题:本大题共5小题,每小题6分,共30分。
- 简述软件移植方法中,模拟方法的缺点。
模拟程序的编制非常复杂和费时;虚拟机的每条机器指令不能直接被宿主机的硬件执行,需要经相应的由多条宿主机机器指令构成的解释程序来解释,使得模拟的运行速度显著降低,实时性变差。
- 简述设计新的指令系统的一般步骤。
(1)根据应用,初拟出指令的分类和具体的指令;
(2)试编出用该指令系统设计的各种高级语言的编译程序;
(3)对各种算法编写大量的测试程序并进行模拟测试,看指令系统的操作码和寻址方式效能是否都比较高;
(4)将程序中高频出现的指令串复合改成一条强功能的新指令,即改用硬件方式实现;将频度很低的指令的操作改成用基本的指令组成的指令串来完成,即用软件方式实现。
- 简述RISC技术的优点。
(1)简化指令系统设计,适合VISI实现;
(2)提高计算机的执行速度和效率;
(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。
- 简述总线控制的独立请求方式的优点。
总线分配速度快,所有部件的总线请求同时送到总线控制器，不用查询;
控制器可以使用程序可控的预定方式、自适应方式、循环方式或它们的混合方式灵活确定下一个使用总线的部件;
能方便地隔离失效部件的请求。
- 简述SIMD系统的互连网络设计目标。
(1)结构不要过分复杂,以降低成本;
(2)互连要灵活,以满足算法和应用的需要;
(3)处理单元间信息交换所需要的传送步数要尽可能少,以提高速度性能;
(4)使用规整单一的基本构件组合而成,或者经多次通过或者经多级连接来实现复杂的互连，使模块性好，以便于用VLSI实现并满足系统的可扩充性。
2022-10
- 简述计算机程序时间上的局部性和空间上的局部性。
计算机程序时间上的局部性是指在最近的未来要用到的信息很可能是现在正在使用的信息;
计算机程序空间上的局部性是指在最近的未来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在程序空间上是邻近的。
- 简述标志符数据表示的概念和标志符数据表示存在的两个间题。
标志符数据表示的概念是让计算机中每个数据都带类型标志位，将数据类型与数据本身直接联系在一起。
用标志符数据表示存在的两个问题是每个数据字因增设标志位,会增加程序所占的主存空间;
采用标志符会降低指令的执行速度。
- 简述中断系统和作用。
中断系统的作用是对程序的监视和跟踪,人机联系,故障处理,多道程序和分时处理,实时处理,目态程序和操作系统的联系,I/O处理,多处理机系统中各机的联系等。(6分,以上8点任写6点即可得6分)。
- 简述紧耦合多处理机以软件为基础实现多Cache的一致性的优缺点及应用场合。
以软件为基础实现多Cache的一致性的处理方法的优点是可以降低硬件的复杂性,降低对互连网络通信量的要求,因而性价比较高;其缺点是软件的可靠性及编译程序的编写困难。应用场合是处理机数较多的多处理机系统上。
- 简述阻塞式网络产生阻塞的原因及其解决方法。
阻塞式网络产生阻塞的原因是组成互连网络的开关状态数不够多。
解决方法是:可以采用循环多级网络的方法来处理,在互连网络的输出端设置锁存器,使数据在时间上顺序通行两次。将log(2)N级的N个人端和N个出端的互连网络和它的逆网络连在一起,省去中间完全重复的一级,得到总级数为2log(2)N-1级的全排列网络
2022-04
- 简述计算机系统从”从中间开始”向两边设计的方法及软硬件人员各需设计的内容
计算机系统从”从中间开始”向两边设计是选择从层次结构的主要软、硬界面开始设计,即在传统机器语言机器级与操作系统机器级之间进行合理的软、硬件功能分配。(2分)
软件人员依次设计操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级;(2分)
硬件人员依次设计传统机器语言机器级、微程序机器级和数字逻辑级。(2分)
- 简述堆栈计算机的特点。
堆栈计算机的特点:
由高速寄存器组成的硬件堆栈,并与主存中的堆栈区在逻辑上构成整体:
有丰富的堆栈操作指令且功能强;
支持高级语言的编译;
支特子程序的嵌套和递归调用。(每点2分,任写3点即可得满分)
- 简述更新主存内容算法中的写回法和写直达法。
写回法是在CPU执行写操作时,信息只写入Cache,仅当需要棒换时,才将改写过的Cache块先写回主存,然后再调人新块。(3分)
写直达法是利用Gache存储器在处理机和主存之间的直接通路,每当处理机写人Cache的同时,也通过此通路直接写人主存。
- 简述多功能流水线的概念和静动态流水线分类的依据。
多功能流水线的概念是指同一流水线的各个功能段之间可以有多种不同的连接方式,
以实现多种不同的运算或功能:(3分)静动态流水线分类的依据是按多功能流水线的
各段能否允许同时用于多种不同功能连接流水。(3分)
- 简述CRAY-1向量流水处理机v冲突和功能部件冲突的概念。
Vi冲突是指并行工作的各向量指令的源向量或结果向量使用了相同的vi(3分)
功能部件冲突是指同一个功能部件被要求并行工作的多条向量指令所使用。(3分)
2021-10
- 简述模拟和仿真的概念及两者的主要区别。❤
- 模拟是用机器语言程序解释实现软件移植的方法。
- 仿真是用微程序直接解释另一种指令系统的方法。
- 模拟与仿真的主要区别在于解释用的语言及其存储位置：
- 模拟是用机器语言程序解释，其解释程序存储在主存中；
- 仿真是用微程序解释，其解释程序存储在控制存储器中。
- 简述数据表示中标志符和数据描述符的差别。❤
- 标志符是和每个数据相连的，合存在一个存储单元中，描述单个数据的类型特征；
- 数据描述符则是与数据分开存放的，用于描述所要访问的数据是整块的还是单个的，访问数据块或数据元素所要的地址以及其他信息。
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述中断的概念和中断系统采用软硬件结合的好处。
- 中断的概念：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。
- 中断采用软硬件结合的好处是中断响应用排队器硬件实现可以加快响应和断点现场的保存；中断处理采用软的技术可以提高很大的灵活性。
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述全局性相关处理中，采用猜测法猜错后保证恢复分支点原先现场的方法。
- ①采取对指令只译码和准备操作数，在转移条件码出现之前不进行运算；
- ②让指令运算完但不送回运算结果，只要猜对分支可送回运算结果；
- ③采用后援缓冲器把可能被破坏的原始状态保存起来，一旦猜错，就取出后援寄存器中的内容来恢复分支点的现场。
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述多级立方体网络对各个交换开关的控制方式。
- ①级控制。同一级的所有开关只用一个控制信号控制，同时只能处于同一种状态。
- ②单元控制。每一个开关都由自己独立的控制信号控制，可各自处于不同的状态。
- ③部分级控制。第i级的所有开关分别用i+1个信号控制，其中0≤i≤n-1，n为级数。
2021-04
- 简述设计RISC计算机的基本原则。❤
- ①只选择使用频度很高的指令
- ②减少指令系统所用寻址方式种类
- ③让所有指令都在一个机器周期内完成
- ④扩大通用寄存器数
- ⑤多数指令都采用硬联控制实现
- ⑥精简指令和优化设计编译语言，简单有效地支持高级语言的实现。
- 简述字节多路通道、数组多路通道、选择通告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像光电机等字符类低速设备。特点：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磁盘等高速设备。特点：设备的传送效率很高，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。特点：在数据传送期内独占通道，只能执行一道通道程序。
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述页式虚拟存储器页面失效和实页冲突发生的原因及所确定替换算法的依据。
- 当处理机要用到的指令或数据不在主存中时，会发生页面失效。
- 当主存已满且发生页面失效时，会发生实页冲突。
- 替换算法的确定主要看主存是否有高的命中率，也要看算法是否便于实现，辅助软、硬件成本是否低。
- 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。
- 全局性相关是指已进入流水线的转移指令与其后续指令之间的相关。
- 处理全局性相关的方法有：
- ①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。
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述多处理机与阵列处理机在指令流和并行等级的区别。
- （1）指令流的区别：
- 阵列处理机是单指令流；
- 多处理机是多指令流。
- （2）并行等级的区别：
- 阵列处理机主要是针对向量、数组处理，实现向量指令操作级的并行，是开发并行性的同时性；
- 多处理机实现的则是更高一级的作业或任务间的并行，是开发并行性的并发性。
2020-08
- 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模拟与仿真；适用于结构不同的机器之间的机器语言程序的移植；
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述中断的概念、中断的分类依据及分类的目的。❤
- 中断的概念：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。
- 中断的分类依据：将中断源性质相近、中断处理过程类似的归为一类。
- 中断分类的目的：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。
暂时无法在飞书文档外展示此内容
- 简述设计多处理机的目的。
- ①通过多台处理机对多个作业、任务并行执行来提高解题速度，从而提高系统的整体性能；
- ②使用冗余的多个处理机通过重新组织来提高系统的可靠性、适应性和可用性。
- 简述超标量处理机与超流水处理机的区别。
- （1）超标量处理机是利用资源重复，设置多个执行部件寄存器堆端口；
- （2）超流水处理机时着重开发时间并行，在公共的硬件上采用较短的时钟周期，深度流水来提高速度，需使用高速的时钟机制来实现。
- 简述实现全排列网络的两种方法。
- ①在多级互连网络的输出端设置锁存器，使数据在时间顺序上通行两次；
- ②将一个多级互联网络和它的逆网络串接起来，合并掉中间完全重复的一级，得到总级数为2log2N-1级的多级网络。
2019-10
- 简述提高计算机系统并行性技术的三个途径。
- ①时间重叠
- 时间重叠是在并行概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，加快硬件周转来赢得速度。
- ②资源重复
- 资源重复是在并行概念中引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。
- ③资源共享
- 资源共享是用软件方法，让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源来提高资源利用率，从而提高系统的性能。
- 简述紧耦合多处理中解决多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，即各个处理机中的Cache控制器随时都在监视着其他Cache的行动。另一种是目录表法，建立一个目录表，记录每一个数据块的使用情况。
- 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。
- 简述Cache全相联映像的概念及其优缺点。
- 概念：Cache全相联映像是主存中任意一块都可映像装入Cache中的任意一块位置的地址映像。
- 优点：块冲突概率最低，只有当Cache全部装满才可能出现块冲突，Cache的空间利用率最高。
- 缺点：要构成容量为2的ncb项的相联存储器，其代价太大，而且Cache容量很大时，其查表速度很难提高。
- 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”标志来判断是否相关，当寄存器正在使用时置该寄存器的“忙位”标志为“1”；当寄存器被释放，其“忙位”标志清为“0”，访问寄存器时先看“忙位”标志如果为“1”表示相关。
- ②设置多条流水线让它们并行工作，同时在分布于各流水线的入、出端上分别设置若干保存站来缓冲存放信息，一旦相关采用异步方式流动。
- 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。
- 简述脉动阵列结构计算机的特点。❤
- ①结构简单、规整，模块化强，可扩充性好，非常适合用超大规模集成电路实现。
- ②处理单元（PE）间数据通信距离短、规则，使数据流和控制流的设计同步控制等均简单规整。
- ③脉动阵列中的PE能同时运输，具有极高的计算机并行性，可通过流水获得很高的运算效率和吞吐率。
- ④脉动阵列结构的构形与特定计算任务和算法密切相关，具有专用性。
2019-04
- 简述设计RISC的基本原则 ❤
- 简述数组多路通道的数据传送方式原理 ❤
- ①数组多路通道适合于连接多台磁盘等高速设备；
- ②数组多路通道在每选择好一台设备后，要连续传送完固定K个字节的成组数据后，才释放总线；
- ③释放总线后，通道再去选择下一台设备，再传送该设备K个字节；
- ④以成组方式轮流交叉地为多台高速设备服务；
- ⑤某台设备要想传送n个字节，就需要先后经[n/K]次申请总线。
- 简述总线控制的集中式独立请求方式的优点和缺点 ❤
（1）优点：
- ①总线分配速度快，所有部件的总线请求同时传送到总线控制器，不用查询；
- ②控制器可以使用程序可控的预定方式、自适应方式、循环方式或它们的混合方式灵活确定下一个使用总线的部件；
- ③能方便地隔离失效部件的请求。
（2）缺点：控制线数量过大、为控制N个设备必须有2N+1根控制线，且总线控制器要复杂很多。
- 简述提高模m值，影响主存实际频宽的因素及结果
（1）因素：
- ①对模m交叉，若都是顺序取指，效率可提高到m倍；
- ②一旦出现转移，效率就会下降；转移频度越高，并行主存系统效率下降就越大；
- ③数据的顺序性比指令的要差，实际的频宽还可能要低一些；
- ④工程实现上由于模m越高，存储器数据总线越长，总线上并联的负载越重，有时还不得增加门的级数，会使运输延迟增加。
（2）结果：提高模m值，是能提高主存系统的最大带宽的，但主存的实际频宽并不是随m值增大而线性提高，实际效率并不像所希望的那么高。
- 简述归约机结构的特点 ❤
- ①归约机应当是面向函数式语言，或以函数式语言为机器语言的非Neumann型机器；
- ②具有大容量物理存储器并采用大虚存容量的虚拟存储器，具有高效的动态存储分配和管理的软、硬件支持；
- ③处理部分应当是一种与多个处理器或多个处理机并行的结构形式；
- ④采用适合于函数式程序运行的多处理器（机）互连的结构，最好采用树形方式的互连结构或多层次复合的互连结构形式
- ⑤尽量把运行各种的结点机紧靠该进程所需用的数据安排，并使运行时需相互通信的过程所占用的处理机也靠近，让各处理机的负荷平衡。
2018-10
- 简述软、硬件取舍的基本原则。
- 原则1：应考虑在现有硬件、器件的条件下，系统要有高的性能价格比。
- 原则2：要考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使之尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。
- 原则3：不能仅从“硬”的角度考虑如何便于应用组成技术的成果和便于发挥器件技术的进展，还应从“软”的角度把如何为编译和操作系统的实现以及为高级语言程序的设计提供更多、更好的硬件支持放在首位。
- 简述系列机思想对计算机发展的意义和系列机软件兼容的要求。
（1）系列机思想对计算机发展的意义：
- ①采用系列机可以较好地解决软件设计环境要求相对稳定和硬件、器件、组成等技术飞速发展的矛盾；
- ②软件可以丰富累积；
- ③硬件、器件和组成又能不断更新，使之短期内应能提供性能更好、价格更便宜的新机器，有力地促进计算机的发展。
（2）系列机软件兼容的要求：必须保证实现软件的向后兼容，力争做到向上兼容。
- 简述编译程序设计者要求指令系统应具有的特性。
- ①规整性。对相似的操作做相同的规定。
- ②对称性。对称性操作的定义相同，便于编译。
- ③独立性和全能性。如果有多种程序选择实现同一功能，应限定操作只能有一种选择方式。
- ④正交性。指令中各个不同含义的字段，在编码时应互不相关，相互独立。
- ⑤可组合性。让指令系统中所有操作对各种寻址方式和数据类型都能适用。
- ⑥可扩充性。要留有一定数量的冗余操作码，以便以后扩充新指令。
- 简述中断分成优先级的原因及分级的方法。
（1）中断分成优先级的原因：各中断源是相互独立且随机地发出中断请求，当多个中断同时发出中断请求时，CPU只能响应和处理其中优先级相对高的中断请求，因此需要对中断源的响应和处理安排一个优先顺序。
（2）中断分级的方法：中断分成类后，同一类内部各中断请求的优先次序一般由软件或通道来管理，主要是对于不同类的中断要根据中断的性质、紧迫性、重要性及软件处理的方便性分成若干优先级，以便CPU可以有序地对这些中断请求进行响应和处理。
- 简述更新主存内容的写回法和写直达法的基本原理。
（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资源开销。
（2）写直达法：CPU每次写入Cache的同时，也经写直达通路写入主存。这种方法要增加写主存的时间开销。
2018-04
- 简述软件移植中采用系列机途径的办法及优点。
（1）办法：在软、硬件界面上设定好一种系统结构，软件设计者按照此设计软件，硬件设计者根据机器速度、性能、价格的不同，选择不同的器件、硬件和组成、实现技术，研制并提供不同档次的机器。
（2）优点：较好地解决了软件环境要求相对稳定和硬件、器件技术迅速发展的矛盾；软件环境相对稳定就可不断积累、丰富、完善软件，使软件产量、质量不断提高，同时又能不断采用新的器件和硬件技术使之短期内即可提供新的、性能不断提高的机器。
- 简述堆栈计算机的概念及其特点。
（1）概念：有堆栈数据表示的计算机称为堆栈计算机。
（2）特点：
- ①由高速寄存器组成的硬件堆栈，并附加控制电路；
- ②有丰富的堆栈指令，直接对堆栈中的数据进行各种运算；
- ③有力地支持了高级语言程序的编译；
- ④有力地支持了子程序的嵌套和递归调用。
- 简述集中式串行链接方式总线的分配过程。
- ①所有部件都经公共的“总线请求”线向总线控制器发出要求使用总线的申请；
- ②只有当“总线忙”信号未建立时，送出“总线可用”信号，串行送往各部件；
- ③未发“总线请求”信号的部件将“总线可用”信号继续传给下一个部件；
- ④发过“总线请求”信号的部件停止发送“总线可用”信号；
- ⑤该部件建立“总线忙”信号并去除“总线请求”信号，获得总线的使用权，此次总线分配结束。
- 简述多处理机主从型操作系统的优缺点。
（1）优点：结构简单；整个管理程序只在一个处理机上运行，一般不必是可再入的；只有一个处理机访问执行表，简化了管理控制的实现。
（2）缺点：对主处理机的可靠性要求高；系统灵活性差；主处理对系统性能影响大。
- 简述机群系统与传统的并行处理系统相比较所具有的优点。❤
- ①系统有高的性能价格比
- ②系统的开发周期短
- ③系统的可扩展性好
- ④系统的资源利用率高
- ⑤用户投资风险小
- ⑥用户编程方便
