计算机组成原理考试习题3.docVIP

第一章 计算机体系结构基本概念 解释下面术语： 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。 　　答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。 　　计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。 第二章 计算机指令集结构 解释下面术语： 通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。 数据表示：硬件结构能够识别、指令系统可以直接调用的那些数据结构。 根据CPU性能公式简述RISC指令集结构计算机和CISC指令集结构计算机的性能特点。 答：CPU性能公式：CPU时间＝IC×CPI×T 其中，IC为目标程序被执行的指令条数，CPI为指令平均执行周期数，T是时钟周期的时间。 相同功能的CISC目标程序的指令条数ICCISC 少于RISC的ICRISC，但是CISC的CPICISC和TCISC都大于RISC的CPIRISC和TRISC，因此，CISC目标程序的执行时间比RISC的更长。 3种通用寄存器型指令集结构的优缺点有哪些？ 指令系统结构类型 优 点 缺 点 寄存器-寄存器型 （0，3） 指令字长固定，指令结构简洁，是一种简单的代码生成模型，各种指令的执行时钟周期数相近。 与指令中含存储器操作数的指令系统结构相比，指令条数多，目标代码不够紧凑，因而程序占用的空间比较大。 寄存器-存储器型 （1，2） 可以在ALU指令中直接对存储器操作数进行引用，而不必先用load指令进行加载。容易对指令进行编码，目标代码比较紧凑。 由于有一个操作数的内容将被破坏，所以指令中的两个操作数不对称。在一条指令中同时对寄存器操作数和存储器操作数进行编码，有可能限制指令所能够表示的寄存器个数。指令的执行时钟周期数因操作数的来源（寄存器或存储器）不同而差别比较大。 存储器-存储器型 （2，2）或（3，3） 目标代码最紧凑，不需要设置寄存器来保存变量。 指令字长变化很大，特别是3操作数指令。而且每条指令完成的工作也差别很大。对存储器的频繁访问会使存储器成为瓶颈。这种类型的指令系统现在已不用了。 第三章 流水线技术 解释下列术语： 流水线：将一个重复的时序过程，分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行。 流水线的加速比：使用顺序处理方式处理一批任务所用的时间与按流水处理方式处理同一批任务所用的时间之比。 数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j与指令i数据相关： （1）指令j使用指令i产生的结果； （2）指令j与指令k数据相关，而指令k又与指令i数据相关。 名相关：如果两条指令使用了相同的名，但是它们之间并没有数据流动，则称这两条指令存在名相关。 控制相关：是指由分支指令引起的相关。它需要根据分支指令的执行结果来确定后面该执行哪个分支上的指令。 反相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果指令j所写的名与指令i所读的名相同，则称指令i和j发生了反相关。 输出相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果指令j和指令i所写的名相同，则称指令i和j发生了输出相关。 结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。 结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。 数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。 控制冲突：流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令所引起的冲突。 　3.3 简述先行控制的基本思想。 　　答：先行控制技术是把缓冲技术和预处理技术相结合。缓冲技术是在工作速度不固定的两个功能部件之间设置缓冲器，用以平滑它们的工作。预处理技术是指预取指令、对指令进行加工以及预取操作数等。 　　采用先行控制方式的处理机内部设置多个缓冲站，用于平滑主存、指令分析部件、运算器三者之间的工作。这样不仅使它们都能独立地工作，充分忙碌而不用相互等待，而且使指令分析部件和运算器分别能快速地取得指令和操作数，大幅度地提高指令的执行速度和部件的效率。这些缓冲站都按先进先出的方式工作，而且都是由一组若干个能快