计算机体系结构期末考试试题与答案.doc

【计算机体系结构知识点详解】 1. 计算机性能增长放缓的原因：计算机性能的年增长率在2002年后下降到约30％，主要由于三个方面：大功耗问题限制了晶体管数量的增长；可进一步有效开发的指令级并行性减少；存储器访问速度的提升变得缓慢。 2. 可移植性与实现方法：软件的可移植性意味着它可以在不同平台间轻松迁移。实现可移植性通常通过系列机（硬件兼容），模拟（软件模拟旧系统），和仿真（使用新系统模拟旧系统）以及使用统一的高级语言（如C或Java）编写代码。 3. 通用寄存器型指令集：这种架构提高了灵活性和性能，因为寄存器的访问速度远快于内存，便于编译器优化，且寄存器可存储变量。 4. MIPS 数据寻址方式：MIPS架构仅支持立即数寻址和偏移量寻址，简化了指令集，提高了执行效率。 5. 向量处理机结构：向量处理机分为存储器-存储器型和寄存器-寄存器型，前者处理大容量数据，后者更利于高速操作。 6. Cache透明性与优化：Cache-主存层次由硬件自动管理，对程序员透明。增加Cache容量可降低不命中率，但可能导致成本增加和命中时间延长。 7. 磁盘阵列特性：磁盘阵列的差异在于数据分布粒度和冗余计算方式，如RAID（冗余磁盘阵列）提供了不同的数据保护级别。 8. 互连网络性能指标：时延（包括通信和网络延迟）和带宽是评估网络性能的关键。 9. 计算机系统分类：SISD（单指令流单数据流）、SIMD（单指令流多数据流）、MISD（多指令流单数据流）和MIMD（多指令流多数据流）。现代多处理机系统常选择MIMD，因为它灵活且能充分利用现有处理器资源。 10. 流水线技术：线性流水线和非线性流水线的区别在于是否存在回路，前者更简单，后者处理复杂任务更高效。 11. 存储管理：主存-辅存层次的管理一般由软件协助完成，以实现数据的有效调度。 12. 失效率和平均访存时间：这两者是衡量存储系统性能的重要参数，但并非都与硬件速度直接相关。 13. RAID特点：RAID结合了大容量、高速度和高可靠性，但数据冗余信息的存在是为了提高容错性。 14. 交叉开关网络：这是一种动态互连网络，允许多处理机系统中的处理器灵活通信。 15. 机群系统：机群系统是经济且可扩展的并行计算机，易于构建，适合大规模并行计算。 名词解释： 1. RISC：RISC（精简指令集计算机）减少了指令集的复杂性，提高了处理器执行效率。 2. 请求字优先调块：CPU请求的数据先被发送，剩余部分随后加载，以减少等待时间。 3. 单一系统映像：在多处理器系统中，提供统一视图，使用户感觉只有一个系统。 4. 阵列处理机：通过大量相同处理单元并行处理数据，适用于矩阵运算等并行任务。 5. 数据驱动计算：基于数据可用性而非固定时序进行计算，常见于数据流计算机。 简述题： 1. MIPS指令执行时钟周期：取指、解码、执行/地址计算、存储器访问/分支判断、写回。例如，ALU指令"add $t0, $t1, $t2"在各个周期分别执行取指令、解码、执行加法、写回结果；store指令"sw $t0, 0($t1)"则在取指令、解码后计算有效地址，然后存储数据，最后写回。 计算题： 1. 部件加速比计算：系统加速比取决于各部件改进程度。如果部件1和2均改进30%，则部件3需要改进的比例为特定值以达到系统加速比10。具体计算涉及线性代数和优化理论，需要给出详细公式和步骤。 请注意，以上内容是对题目中提及知识点的详细解释和扩展，涵盖了计算机体系结构的基础知识，如性能增长、可移植性、处理器结构、存储系统、并行计算、网络互连和故障容忍等方面。