自考《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》問答題總結(jié)

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第一章
    1、翻譯和解釋的區(qū)別和聯(lián)系?
    區(qū)別:翻譯是整個程序轉(zhuǎn)換,解釋是低級機器的一串語句仿真高級機器的一條語句。
    聯(lián)系:都是高級機器程序在低級機器上執(zhí)行的必須步驟。
    2、為什么將計算機系統(tǒng)看成是多級機器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)?
    可以調(diào)整軟、硬件比例;可以用真正的實處理機代替虛擬機器;可以在1臺宿主機上仿真另一臺。
    3、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)各自的優(yōu)缺點?
    硬件優(yōu)點:速度快,節(jié)省存儲時間;缺點:成本高,利用率低,降低靈活性、適用性。
    軟件優(yōu)點:成本低,提高靈活性、適用性;缺點:速度慢,增加存儲時間、軟件設(shè)計費。
    4、就目前通用機來說,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的屬性主要包括哪些?
    數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器組織、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)組織、中斷系統(tǒng)、管態(tài)目態(tài)定義與轉(zhuǎn)換、
    IO結(jié)構(gòu)、保護方式和機構(gòu)。
    5、試述由上往下、由下往上設(shè)計思路和存在的問題?
    由上往下:先考慮應(yīng)用要求,再逐級往下考慮怎樣實現(xiàn)。適用于專業(yè)機
    由下往上:根據(jù)已有器件,逐級往上。六七十年代通用機設(shè)計思路。
    以上方法存在的問題是軟、硬件脫節(jié)。
    6、采用統(tǒng)一高級語言方法、適用場合、存在問題和應(yīng)采取的策略。
    定義:是指為所有程序員使用的完全通用的高級語言。
    適用場合:軟件移植方便。
    存在問題:目前語言的語法、語義結(jié)構(gòu)不同;人們的看法不同;同一語言在不同機器上不通用;程序員的習(xí)慣
    應(yīng)采取的策略:可一定范圍內(nèi)統(tǒng)一匯編語言,結(jié)構(gòu)相同機器間搞系列機?! ?、由中間開始的設(shè)計思路及優(yōu)點
    既考慮應(yīng)用也考慮現(xiàn)有器件,由軟硬件分界面向兩端設(shè)計。
    優(yōu)點:并行設(shè)計,縮短周期。
    8、模擬和仿真的區(qū)別
    模擬:機器語言解釋,在主存中;仿真:微程序解釋,在控制存儲器中。
    9、采用系列機方法、適用場合、好處、存在問題和應(yīng)采取的策略
    定義:根據(jù)軟硬件界面的系列結(jié)構(gòu),設(shè)計軟件和不同檔次的系列機器。
    適用場合:同一系列內(nèi)軟件兼容
    好處:呼應(yīng)“中間開始”設(shè)計思路;緩解軟件要求穩(wěn)定環(huán)境和硬件發(fā)展迅速的矛盾。
    存在問題:軟件兼容有時會阻礙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。
    策略:堅持這一方法,但到一定時候要發(fā)展新系列,還可采用模擬仿真。
    10、為什么要進行軟件移植?
    軟件的相對成本越來越高,應(yīng)重新分配軟、硬件功能。但:
    成熟軟件不能放棄;已有軟件修改困難;重新設(shè)計軟件經(jīng)濟上不劃算。
    11、除了分布處理MPP和機群系統(tǒng)外,并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為哪幾種不同結(jié)構(gòu)?例舉它們要解決的問題。
    流水線處理機:多個部件時間上并行執(zhí)行。擁塞控制,沖突防止,流水線調(diào)度。
    陣列處理機:空間上并行。處理單元靈活,規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法。
    多處理機:時間和空間上的異步并行。多CPU間互連,進程間的同步和通訊,多CPU間調(diào)度。
    數(shù)據(jù)流計算機:數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)令牌在指令間傳遞。硬件組織和結(jié)構(gòu),高效數(shù)據(jù)流語言。
    12、采用模擬與仿真方法、適用場合、好處、存在問題和應(yīng)采取的策略。
    模擬
    定義:用機器語言解釋另一指令系統(tǒng)
    適用場合:運行時間短,使用次數(shù)少,時間上無限制。
    好處:可在不同系統(tǒng)間移植。
    存在問題:結(jié)構(gòu)差異大時,運行速度下降,實時性差。
    策略:與仿真結(jié)合
    仿真
    定義:用微程序解釋令一指令系統(tǒng)
    適用場合:結(jié)構(gòu)差別不大的系統(tǒng)
    好處:運行速度快
    存在問題:結(jié)構(gòu)差別大時,很難仿真。
    策略:與模擬結(jié)合,發(fā)展異種機連網(wǎng)。
    13、多計算機系統(tǒng)和多處理機系統(tǒng)的區(qū)別
    都屬于多機系統(tǒng),區(qū)別:
    多處理機是多臺處理機組成的單機系統(tǒng),多計算機是多*立的計算機。
    多處理機中各處理機邏輯上受統(tǒng)一的OS控制,多計算機的OS邏輯上獨立。
    多處理機間以單一數(shù)據(jù)、向量、數(shù)組、文件交互作用,多計算機經(jīng)通道或通信線路以數(shù)據(jù)流形式進行。
    多處理機作業(yè)、任務(wù)、指令、數(shù)據(jù)各級并行,多計算機多個作業(yè)并行。
    14、各種耦合度特征
    最低:無物理連接,如脫機系統(tǒng)。
    松散:通信線路互連,適于分布處理
    緊密:總線或數(shù)據(jù)開關(guān)互聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)、作業(yè)級并行。
    15、以實例說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)的相互關(guān)系與影響。
    結(jié)構(gòu)相同,可用不同的組成。如系列機中不同型號的機器結(jié)構(gòu)相同,但高檔機往往采用重疊流水等技術(shù)。
    組成相同,實現(xiàn)可不同。如主存可用雙極型,也可用MOS型等。 結(jié)構(gòu)不同組成不同,組成的進步會促進結(jié)構(gòu)的進步,如微程序控制。
    結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合應(yīng)用和可能采用的組成。組成上面決定于結(jié)構(gòu),下面受限于實現(xiàn)。
    組成與實現(xiàn)的權(quán)衡取決于性價比等;結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)的內(nèi)容不同時期會不同。
    16、軟件移植的途徑,各受什么限制?
    統(tǒng)一高級語言:只能相對統(tǒng)一
    系列機:只能在結(jié)構(gòu)相同或相近的機器間移植
    模擬:機器語言差別大時,速度慢
    仿真:靈活性和效率差,機器差異大時仿真困難。
    17、并行處理數(shù)據(jù)的四個等級,給出簡單解釋,各舉一例
    位串字串:無并行性,如位串行計算機。
    位并字串:一個字的所有位并行,如簡單并行的單處理機。
    位片串字并:多個字的同一位并行,如相連處理機。
    全并行:同時處理多個字的多個位,如全并行陣列機。
    18、設(shè)計乘法指令時,結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)各考慮什么?
    結(jié)構(gòu):是否設(shè)計乘法
    組成:是否配置高速乘法器
    實現(xiàn):考慮器件集成度類型數(shù)量及微組裝技術(shù)。
    19、器件的發(fā)展對邏輯設(shè)計方法的影響
    一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)為采用組成技術(shù)規(guī)模生產(chǎn),規(guī)模集成,并盡量采用通用器件
    二是由全硬設(shè)計轉(zhuǎn)為微匯編、微高級語言、CAD等軟硬結(jié)合和自動設(shè)計
    第二章
    1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機器的數(shù)據(jù)表示之間的關(guān)系?引入數(shù)據(jù)表示的基本原則?
    數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要變換成數(shù)據(jù)表示來實現(xiàn),不同的數(shù)據(jù)表示效率和方便性不同。它們是軟硬件的交界面。
    原則:1、是否提高效率減少時間,2、通用性和利用率。
    2、簡述三種面向的尋址方式的關(guān)系。
    面向寄存器:速度快,增加硬件;
    面向主存:速度稍慢,減少寄存器占用;
    面向堆棧:速度慢,減輕編譯負(fù)擔(dān)。
    三者各有特點,但可共同使用,不互相排斥。
    3、堆棧型機器與通用寄存器型機器的主要區(qū)別?堆棧型機器對程序調(diào)用的哪些操作提供支持?
    通用寄存器型對堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的支持較差:1、堆棧操作指令少;2、速度低;3、通常只用于保存返回地址。
    堆棧型支持有力:1、硬件堆棧;2、堆棧指令豐富;3、支持高級語言編譯;4、支持子程序嵌套和遞歸??蓪⒁韵滦畔⑷繅喝霔#悍祷氐刂?、條件碼、關(guān)鍵寄存器內(nèi)容、必要的全局或局部參數(shù)。為子程序開辟局部變量中間結(jié)果工作區(qū)。
    4、比較尋址方式在指令中的兩種指明方式。
    操作碼中的某位。缺點:不靈活。優(yōu)點:指令總長短。
    設(shè)尋址方式字段。缺點:指令總長長。優(yōu)點:尋址靈活。
    5、“機構(gòu)型”和“策略型”的含義?
    機構(gòu)型功能指基本的通用的功能;策略型功能指不穩(wěn)定的可能會改變的功能。
    6、數(shù)據(jù)描述符和向量數(shù)據(jù)表示對向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的支持有什么不同?
    描述方法比變址方法簡便,但不能解決向量數(shù)組高速運算問題;向量處理機能快速形成元素地址,能把元素成塊預(yù)取到CPU,用一條指令同時對整個向量數(shù)組高速處理。
    7、按CISC方向改進指令系統(tǒng)的思路具體辦法?
    思路可從面向目標(biāo)程序、高級語言、操作系統(tǒng)三個方面考慮。
    面向目標(biāo)程序可采用的辦法:1、對高頻指令增強功能加快速度,低頻指令合并和取消;2、復(fù)合指令代替子程序或宏。
    8、haffman方法及優(yōu)缺點?
    構(gòu)造方法:構(gòu)造haffman樹、每個節(jié)點用01表示、從根開始01編碼
    優(yōu)點:平均碼長最短,冗余少。缺點:種類多,不易譯碼。
    9、haffman壓縮概念的基本思想?
    概率高的事件用短位數(shù)表示,低的用長位數(shù)表示。
    10、以浮點數(shù)數(shù)據(jù)表示說明數(shù)的可表示精度、運算中的精度損失,尾數(shù)基值取小對哪個有利哪個不利?
    數(shù)的可表示精度是數(shù)軸上數(shù)的離散程度,兩個數(shù)間差越小,精度越高;運算中的精度損失指運算中尾數(shù)超長造成的損失。
    尾數(shù)基值取小則可表示范圍變小,個數(shù)減少,分布變密,精度提高,速度降低,對前者有利,對后者不利。
    11、OS中哪些適合硬化或固化?哪些不適合?
    高頻使用的機構(gòu)型功能適合,策略型功能不適合。
    12、什么是程序的動態(tài)再定位?
    程序在主存中的實際位置可以動態(tài)移動的定位技術(shù)??梢允褂没芳拇嫫骰蛴诚蟊碛布?。
    13、縮短地址碼長度的方法
    基址、變址、相對尋址、分段、寄存器尋址、寄存器間接尋址等。
    14、變址和基址各適用于何種場合?設(shè)計一種只用6位地址碼就可以指向一大地址空間中任意64個地址之一的尋址機構(gòu)。
    變址適合標(biāo)量計算機中,基址主要對邏輯與物理空間進行變換,支持動態(tài)再定位。
    用6位地址碼表示64個地址中的任意一個,可以用隱含尋址或PC自相對尋址形成物理地址。
    15、設(shè)計RISC機器的一般原則及可采用的基本技術(shù)?
    原則:精簡指令條數(shù)、格式,讓指令等長,一個周期內(nèi)完成,增加通用寄存器,一般指令不可訪存只能對寄存器操作,硬件實現(xiàn)為主,少量微程序解釋,提高編譯程序質(zhì)量。
    技術(shù):按以上原則優(yōu)化、實現(xiàn)指令,設(shè)置寄存器,指令采用重疊流水方式解釋,采用延遲轉(zhuǎn)移,提高便宜程序質(zhì)量。
    16、比較CISC和RISC,今后的發(fā)展是什么?
    CISC問題:系統(tǒng)龐大導(dǎo)致成本高可靠性低,80%指令利用率低,性價比低。
    RISC優(yōu)點:簡化指令系統(tǒng),適合VLSI實現(xiàn),解決了CISC的上述問題。
    缺點:加重匯編語言負(fù)擔(dān),目標(biāo)程序開銷大,對浮點運算虛擬存儲支持不強,對編譯程序要求高。
    發(fā)展趨勢:二者互相結(jié)合,取長補短。
    17、比較四種浮點數(shù)尾數(shù)下溢處理方法
    截斷法:將超出機器字長的部分截去,整數(shù)誤差1,分?jǐn)?shù)誤差2^(-m),統(tǒng)計平均誤差<0,不能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差,實現(xiàn)最簡單不增硬件不需處理時間,但誤差平均誤差大且無法調(diào)節(jié)。
    舍入法:設(shè)一附加位,整數(shù)誤差0.5,分?jǐn)?shù)誤差2^(-m-1),統(tǒng)計平均誤差略>0,不能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差,實現(xiàn)簡單增硬件少誤差小,但速度慢需處理時間平均誤差無法調(diào)節(jié)。
    恒置1法:最低位恒置1,整數(shù)誤差1,分?jǐn)?shù)誤差2^(-m),),統(tǒng)計平均誤差略>0,不能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差,實現(xiàn)最簡單不增硬件不需處理時間,但誤差平均誤差大且無法調(diào)節(jié)。
    查表舍入法:用2^k個字的ROM或PLA存放下溢處理表,根據(jù)查表內(nèi)容處理下溢。整數(shù)、分?jǐn)?shù)、統(tǒng)計平均誤差均趨于0,能調(diào)節(jié)統(tǒng)計平均誤差,處理速度快但需增加硬件。