计算机体系结构知识总结
第一章
1.透明性
机器/汇编语言程序员 -> 指令缓冲器、时标发生器、乘法器、主存地址寄存器、先行进位链移位器
系统程序员 -> 数据通路宽度、cache、指令缓冲器
应用程序员 -> 数据通路宽度、cache、指令缓冲器、虚存、程序状态字、“启动I/O”指令
2.软件移植
（1）统一高级语言
（2）统一机器语言
（3）模拟和仿真
3.软件兼容（系列机）
软件设计保证向后，力求向上
4.计算机系统的整体设计思路有哪些
（1）自上而下
（2）自下而上
（3）由中间到两边
5.什么是软件可移植性
不经修改或少量修改
6.模拟仿真区别
模拟用软件实现，仿真用软件、固件和硬件实现；模拟方法速度低，仿真方法速度高；模拟方法可以接受不同结构，不过相差较大时，速度和效率都会下降，仿真方法只能在差别不大的系统之间。
7.软硬件交界面
系统结构
8.开发并行性的途径
（1）时间重叠
（2）资源重叠
（3）资源共享
9.并行性概念和分类
在计算机解题中具有可以同时进行运算或操作的特性，称为并行性。
分为两类：
同时性->多个事件在同一时刻发生；
并发性->多个事件在同一个时间间隔内发生。
10.硬件和软件在什么意义上是等效的？。。。。。不等效
软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。但是实现的性能价格比,实现的难易程序不同。
11.软硬件取舍的基本原则
（1）系统性价比高。应考虑现有硬件、器材条件下，主要从实现费用、速度和其他性能要求来综合考虑进行取舍；
（2）在硬件上，考虑可能采用的组成与实现技术；
（3）在软件上，考虑如何方便编译与操作系统的实现，即缩小高级语言和机器语言的语义差距。
第二章
1.引入数据表示的基本原则
（1）系统的效率是否提高，是否减少了实现时间和存储空间
（2）其通用性和利用率是否高
2. 何谓指令格式的优化?简要列举包括操作码和地址码两部分的指令格式优化可采用的各种途径和思路。
答：
指令格式的优化指如何用最短位数表示指令的操作信息和地址信息，使程序中指令的平均字长最短。
①操作码的优化
采用Huffman编码和扩展操作码编码。
②对地址码的优化：
采用多种寻址方式;
采用0、1、2、3等多种地址制;
在同种地址制内再采用多种地址形式，如寄存器-寄存器型、寄存器-主存型、主存-主存型等;
在维持指令字在存储器内按整数边界存储的前提下，使用多种不同的指令字长度。
3.精简指令集的一般原则
指令精简:选择使用频度高的指令;
寻址精简:寻址方式也取最基本的一两种;
格式精简:指令格式简单，并具有相同长度。
流水技术:提高处理速度，采用流水技术使每一条指令都在一个机器周期内完成。
寄存器:大部分指令操作在寄存器之间进行;只有存取指令LOAD/STORE可以访存，其他一律只对寄存器操作。
硬布线控制器:采用硬件逻辑控制实现操作，只有少量使用微程序实现。
大题：给指令，扩展操作码实现编码
第三章
1.总线控制方式有哪些
集中式串行链接
集中式定时查询
集中式独立请求
2.为什么要进行中断和优先级划分，怎么分
中断的分类是吧中断源性质相近，中断处理过程类似的归为同一类。
分类的目的是为了减少中断处理程序的入口，每一类给一个中断服务程序入口，可以减少终端服务程序入口地址形成的硬件数量。
3.IBM370 中断怎么分
IBM 370把中断分成 6 类：
机器校验中断: 告诉程序发生了设备故障。可用64位机器校验中断码指明故障原因和严重性。电源故障、运算电路的误动作、主存出错、 通道动作故障、 处理器的各种硬件故障等等。
访管中断: 用户程序需要操作系统介入时，通过执行“访管”指令发生。
程序性中断: 指令和数据的格式错、非法指令、 目态下使用管态指令、主存访问方式保护、寻址超过主存容量、 各种溢出、 除数为“0”、 有效位为 0 等。
外中断: 定时器中断、外部信号中断及中断键中断。
输入/输出中断: CPU与I/O设备及通道联系的工具，在输入输出操作完成、 I/O通道或设备产生故障时发出。
重新启动中断: 操作员或另一台CPU要启动一个程序所用。
4. 整个中断过程：接收中断请求，中断请求的保存和清除，确定中断源，中断响应次序的确定，中断断点与现场的保存，选择中断服务程序，恢复现场，中断返回。硬件（排队器、比较器、中断向量表），软件（程序查询），软硬都行（硬件状态用程序状态字表示）。
5.通道的概念和特点
（1） 定义：
通道处理机（简称“通道”）是隶属于主处理机的输入输出专用协处理机。
（2） 特点:
有一套输入输出功能很强的专用指令系统；
与主处理机共享主存，存放相应的程序和数据；
一个通道可以连接多台外部设备；
主处理机可用"启动I/O"指令来启动一个通道；
当通道访存与主处理机冲突时，存控部件赋予通道较高的优先权；
通道程序执行完毕自动转入休眠状态，同时向主处理机发出一个特定的中断申请，通知该事件。
（1）字节多路通道
选择一台设备，传送一个字节。在一个时间段内，分时地为几个中低速外设服务。单字节
（2）数组多路通道（选择通道的改进）
选择一台设备，传送定长多个字节。一个时间段内，为一台高速设备服务，但一台设备的数据传送与多台设备的寻址重叠。 定长块
（3）选择通道
数据传送以不定长块方式进行，每次将N字节的数据全部传送完毕，适合于优先级高的磁盘等高速设备。它独占通道。 可变长块
6.单字交叉存储器访存过程
用多个独立的存储部件组成主存系统，让它们并行工作，在一个存储周期内可以访问到多个数据，从而实现较高的存取流量。
第四章
1.如何提高主存命中率
主存命中率H主要取决于页面大小Sp、主存容量S、页面调度方式。
增大S，可普遍提高命中率，在达到最高命中率时，可以增大Sp；但不要让S过大，应在S和Sp中折中权衡，只要H不明显提高即可。
2.cache命中率
Cache的容量对命中率的影响
Cache块的大小对命中率的影响
地址映象方式对命中率的影响
3.cache和主存映射方式
全相联
直接相连
组相连
大题：替换算法求命中率
第五章
1.流水线分类
按功能，划分为单功能流水线和多功能流水线；按同时间各段连接方式，划分为静态流水线和动态流水线；按级别，可划分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线；按数据表示，划分为标量流水处理机和向量流水处理机；按是否有反馈回路，划分为线性流水线和非线性流水线；按输入输出顺序，划分为顺序流水线和乱序流水线。
2.流水线瓶颈
一是将“瓶颈”流水段细分(如果可分的话)
二是将 “瓶颈”流水段重复设置
3.引起流水线断流的原因
（1）编译形成的目标程序不能发挥流水结构的作用
（2）存储系统供不上为连续流动所需的指令和操作数
（3）相关
（4）中断
大题：预约表分析流水线调度方式，会求流水线的吞吐率
第六章
1.互联网络
立方体：一般情况下，一个n维超立方体共有n个互连函数(分别由n位地址中的每一位求反位值来确定)：
2.FLYNN如何看待互联结构的
根据指令流数据流分
第七章
1.阵列处理机和多处理机的区别
结构灵活性： MIMD通用，SIMD专用；
并行处理机：专用，PE数很多（几千个），固定有限的通信
多处理机： 通用，几十个，高速灵活的通信
程序并行性：
并行处理机的并行性存在于指令内部，识别比较容易。
多处理机的并行性存在于指令外部，在多个任务之间，识别难度较大。
并行任务派生：
并行处理机把同种操作集中在一起，由指令直接启动各PE同时工作。（不需要由专用语句显式指明是否派生并行任务）
多处理机用专门的指令来表示并发关系，一个任务开始执行时能够派生出与它并行执行的另一些任务，如果任务数多于处理机数，多余的任务进入排队器等待（需要由专用语句显式指明是否派生并行任务）。
进程同步：
并行处理机仅一个CU，自然是同步的（由于受同一控制器控制）
多处理机执行不同的指令，工作进度不会也不必保持相同,先做完的要停下来等待。有数据相关和控制相关也要停下来等待,要采取特殊的同步措施来保持程序所要求的正确顺序。（各进程的同步需要采取特殊措施来保证）
资源分配和调度：
并行处理机的PE是固定的，采用屏蔽手段改变实际参加操作的PE数目
多处理机执行并发任务，需用处理机的数目不固定，各个处理机进入或退出任务的时刻不相同，所需共享资源的品种、数量又随时变化（采用软件手段），提出资源分配和进程调度问题，它对整个系统的效率有很大的影响。
2.多处理机的特点
多处理机系统中每台处理机都有寄存器、运算器、逻辑部件、访问存储器和I/O的通道。
还有一种多处理机系统中每台处理机有自己的存储器和I/O设备。
第八章
1.新型处理机及其特点
脉动阵列机
MPP与机群系统
数据流机
归约机
智能机
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