2011年自考《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》問答題總結(jié)

　　第一章 $lesson$

　　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。轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　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，減輕編譯負擔。

　　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?

　　思路可從面向目標程序、高級語言、操作系統(tǒng)三個方面考慮。

　　面向目標程序可采用的辦法：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)。可以使用基址寄存器或映象表硬件。

　　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。轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　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：加重匯編語言負擔，目標程序開銷大，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)最大誤差1，分數(shù)最大誤差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，但最大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)最大誤差0.5，分數(shù)最大誤差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)簡單增硬件少最大誤差小，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)最大誤差1，分數(shù)最大誤差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，但最大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)、分數(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。

　　第三章

　　1、以IBM370為例說明為什么把中斷分類以及分成幾類。

　　大型多用途機器中斷源多，每個中斷源單獨形成入口將導(dǎo)致硬件實現(xiàn)難，代價大，因此可歸類，每類給中斷服務(wù)程序入口由軟件轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理部分。IBM370中斷分為6類：機器校驗，訪管，程序性，外部，I/O，重新啟動。

　　2、專用和非專用線各自的優(yōu)缺點

　　專用線：只連接一對物理部件的總線。優(yōu)點：不用爭總線，控制簡單，系統(tǒng)可靠。缺點：總線數(shù)多且長，成本高，利用率低，不易擴展。

　　非專用線：可被多種功能與部件共享，但同一時刻只能被一個部件使用。優(yōu)點：集成度高，造價低，可擴展能力強，總線利用率高，易標準化。缺點：流量小，爭用總線，部件效率低，可能成為瓶頸，可靠性差。

　　3、減少總線線數(shù)的方法　　線的組合：減少按功能和傳遞方向所需的線數(shù)。

　　編碼：對少數(shù)幾根功能線進行編碼取代多根單功能線。

　　并/串-串/并：在總線兩端設(shè)置轉(zhuǎn)換器，經(jīng)分拆移位后在目的端形成完整的字。

　　4、比較幾種數(shù)據(jù)寬度

　　單字：適合低速設(shè)備，不用指明傳送信息單位，缺點是速度慢總線利用率低;

　　定長塊：高速設(shè)備，充分利用總線寬度不用指明傳送信息單位，但不靈活;

　　可變長塊：優(yōu)先級速度都高的設(shè)備，靈活需充分利用總線帶寬，但需指定傳送信號塊大小。

　　單字加定長塊：優(yōu)先級高速度低的設(shè)備，短數(shù)據(jù)可用單字傳送減少帶寬浪費，信息塊太小時成為單字方式總線利用率低。

　　單字加可變長塊：普遍使用，靈活有效，但復(fù)雜開銷大。

　　5、有通道情況下的I/O過程

　　a目態(tài)程序中可安排I/O廣義指令

　　b運行到廣義指令后，產(chǎn)生訪管中斷

　　cCPU響應(yīng)中斷后進入管態(tài)

　　d管理程序根據(jù)廣義指令編寫通道程序，進入通道選擇設(shè)備期

　　e選擇通道和子通道，取出指令，選擇控制器和設(shè)備，發(fā)啟動命令，結(jié)束通道選擇設(shè)備期

　　f進入通道數(shù)據(jù)傳送期，完成數(shù)據(jù)傳送

　　g向CPU發(fā)I/O請求，第二次轉(zhuǎn)管態(tài)，調(diào)出相應(yīng)管理程序，之后CPU返回目態(tài)。

　　6、比較通道的三種類型

　　字節(jié)多路：單字節(jié)，適于大量低速設(shè)備，字節(jié)交叉，多次選擇設(shè)備，分時共享，滿負荷時對通道要求的實際流量應(yīng)是所連各設(shè)備的流量之和。

　　數(shù)組多路：定長塊，適于大量高速設(shè)備，成組交叉，多次選擇設(shè)備，分時共享，滿負荷時對通道要求的實際流量應(yīng)是所連各設(shè)備的流量最大的那個?！　∵x擇：不定長塊，高優(yōu)先級高速設(shè)備，獨占通道，一次選擇設(shè)備，獨占，滿負荷時對通道要求的實際流量應(yīng)是所連各設(shè)備的流量最大的那個。

　　7、為什么中斷優(yōu)先級從高到低一般為：機器校驗、程序性和管理程序調(diào)用、外部、I/O、重新啟動?

　　機器校驗若不及時處理，系統(tǒng)將無法正常工作。

　　程序中斷若低于外部和I/O中斷可能導(dǎo)致混亂。只有處理完機器故障后，才能進入訪管中斷。

　　重新啟動一般時間并不緊迫，所以放在最后。

　　8、集中式串行鏈接的過程，優(yōu)缺點，硬件故障時通訊的可靠性。

　　a經(jīng)公共總線向總線控制器申請

　　b總線不忙時，總線控制器響應(yīng)請求，送出總線可用。

　　c總線可用信號在部件間串行通過，直至某個部件發(fā)生總線請求。

　　d該部件獲得總線使用權(quán)

　　e數(shù)據(jù)傳送，維持總線忙

　　f傳送完成，去除總線忙

　　g總線請求再次建立時，重復(fù)新的分配過程。

　　優(yōu)點：簡單，線數(shù)少，可擴充性好，可靠性高。

　　缺點：對總線可用線及電路敏感，不靈活，速度慢。

　　9、集中式定時查詢的過程，優(yōu)缺點，硬件故障時通訊的可靠性。

　　a每個部件發(fā)總線請求

　　b總線不忙時，定時查詢誰發(fā)的請求

　　c查詢到后，查詢停止，該部件獲得總線使用權(quán)

　　d數(shù)據(jù)傳送，維持總線忙

　　e傳送完成，去除總線忙

　　f總線請求再次建立時，重復(fù)新的分配過程。

　　優(yōu)點：靈活，可靠性高

　　缺點：線數(shù)多，擴展性差，控制復(fù)雜，總線分配受限計數(shù)信號。

　　10、集中式獨立請求的優(yōu)缺點，硬件故障時通訊的可靠性。

　　a每個部件有總線請求和總線準許

　　b總線未分配時，總線分配器根據(jù)某種算法仲裁哪個申請部件使用總線。

　　c數(shù)據(jù)傳送

　　d傳送完畢后除去總線已分配和總線準許。

　　優(yōu)點：速度快，靈活，方便隔離失效部件

　　缺點：線數(shù)多，復(fù)雜。

　　11、在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，中斷系統(tǒng)的軟硬件功能是怎樣分配的，為什么這樣分配?

　　中斷響應(yīng)要求快，一般用硬件實現(xiàn)。

　　中斷的處理過程一般用軟件，也可用硬件支持。

　　中斷響應(yīng)過程中現(xiàn)場的保存和恢復(fù)用硬件實現(xiàn)，以保證響應(yīng)速度。

　　另一部分現(xiàn)場用軟件實現(xiàn)，提高靈活性。

　　第四章

　　1、在分體交叉存儲器中為什么實際頻寬不隨M增大而線性增大?

　　M大-數(shù)據(jù)總線長-負載重-增加門級數(shù)-增加延遲;

　　順序取指效率可提高M倍，但出現(xiàn)轉(zhuǎn)移效率就會下降。

　　2、段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換過程。

　　程序號、段號、段內(nèi)偏移量

　　1)由程序號找到相應(yīng)的段表基址寄存器，查到段表始址和段表長度。

　　2)檢查是否越界，正常轉(zhuǎn)3

　　3)由段表始址和段號找到裝入位等相應(yīng)表項

　　4)裝入位為1轉(zhuǎn)5，否則產(chǎn)生缺頁中斷

　　5)主存地址+段內(nèi)偏移=物理地址

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