自考計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考前復(fù)習(xí)資料

1、156第一章第一章計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念從處理數(shù)據(jù)的角度看，并行級別有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。位串字串和位并字串基本上構(gòu)成了SIMD。位片串字并的例子有：相聯(lián)處理機STARAN，MPP。全并行的例子有：陣列處理機ILLIACIV。從加工信息的角度看，并行級別有存儲器操作并行，處理器操作步驟并行，處理器操作并行，指令、任務(wù)、作業(yè)并行。存儲器操作并行是指可以在一個存儲周期內(nèi)并行讀出多個CPU字的，采

2、用單體多字、多體單字或多體多字的交叉訪問主存系統(tǒng)，進(jìn)而采用按內(nèi)容訪問方式，位片串字并或全并行方式，在一個主存周期內(nèi)實現(xiàn)對存儲器中大量字的高速并行操作。例子有并行存儲器系統(tǒng)，以相聯(lián)存儲器為核心構(gòu)成的相聯(lián)處理機。處理器操作步驟并行是指在并行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上錯開，輪流重復(fù)地執(zhí)行使用同一套設(shè)備的各個部分，加快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度。例子有流水線處理機。處理器操作并行是指一個指令部件同時控制多個處理單元，實現(xiàn)一條指令對多個

3、數(shù)據(jù)的操作。擅長對向量、數(shù)組進(jìn)行處理。例子有陣列處理機。指令、任務(wù)、作業(yè)并行是指多個獨立的處理機分別執(zhí)行各自的指令、任務(wù)、作業(yè)。例子有多處理機，計算機網(wǎng)絡(luò)，分布處理系統(tǒng)。并行性的開發(fā)途徑有時間重疊(TimeInterleaving)，資源重復(fù)(ResourceReplication)，資源共享(ResourceSharing)。時間重疊是指在并行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上錯開，輪流重復(fù)地執(zhí)行使用同一套設(shè)備的各個部分，加

4、快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度。例子有流水線處理機。資源重復(fù)是指一個指令部件同時控制多個處理單元，實現(xiàn)一條指令對多個數(shù)據(jù)的操作。例子有陣列處理機，相聯(lián)處理機。資源共享是指用軟件方法讓多個用戶按一定時間順序輪流使用同一套資源以提高資源的利用率，從而提高系統(tǒng)性能。例子有多處理機，計算機網(wǎng)絡(luò)，分布處理系統(tǒng)。SISD:一個指令部件控制一個操作部件，實現(xiàn)一條指令對一個數(shù)據(jù)的操作。例子有傳統(tǒng)的單處理機SIMD:一個指令部件同時控制多個處理單元，實現(xiàn)一條指令對

5、多個數(shù)據(jù)的操作。例子有陣列處理機，相聯(lián)處理機。MIMD:多個獨立的處理機分別執(zhí)行各自的指令、任務(wù)、作業(yè)，實現(xiàn)指令、任務(wù)、作業(yè)并行的多機系統(tǒng)，是多個SISD的集合，也稱多倍SISD系統(tǒng)(MSISD)。例子有多處理機，計算機網(wǎng)絡(luò)，分布處理系統(tǒng)。exercises:1.有一臺經(jīng)解釋實現(xiàn)的計算機，可以按功能劃分成4級，每一級為了執(zhí)行一條指令，需要下一級的N條指令來解釋。如果執(zhí)行第1級的一條指令要Kns時間，那么執(zhí)行第2、第3和第4級的一條指令各

6、需要用多少時間？解答：執(zhí)行第2、第3和第4級的一條指令各需要KNns、KN^2ns、KN^3ns的時間。1.有一個計算機系統(tǒng)可按功能分成4級，每級的指令互不相同，每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強M倍，即第i級的一條指令能完成第i1級的M條指令的計算量?，F(xiàn)若需第i級的N條指令解釋第i1級的一條指令，而有一段第1級的程序需要運行Ks，問在第2、3和4級上一段等效程序各需要運行多長時間？答：第2級上等效程序需運行：(NM)Ks。第3級

7、上等效程序需運行：(NM)(NM)Ks。第4級上等效程序需運行：(NM)(NM)(NM)Ks。note:由題意可知：第i級的一條指令能完成第i1級的M條指令的計算量。而現(xiàn)在第i級有N條指令解釋第i1級的一條指令，那么，我們就可以用NM來表示NM表示第i1356不透明的有：浮點數(shù)據(jù)表示；IO系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機方式；字符行運算指令；訪問方式保護(hù)；程序性中斷；；堆棧指令；存儲器最小編址單位。5.從機器（匯編）語言程序員看，以下哪

8、些是透明的？指令地址寄存器；指令緩沖器；時標(biāo)發(fā)生器；條件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盤外設(shè)；先行進(jìn)位鏈；移位器；通用寄存器；中斷字寄存器。答：透明的有：指令緩沖器、時標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進(jìn)先出鏈、移位器、主存地址寄存器。6.下列哪些對系統(tǒng)程序員是透明的？哪些對應(yīng)用程序員是透明的？系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度；虛擬存儲器；Cache存儲器；程序狀態(tài)字；“啟動IO”指令；“執(zhí)行”指令；指令緩沖寄存器。答：對系統(tǒng)程序員透明的有：系列機各

9、檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度；Cache存儲器；指令緩沖寄存器；對應(yīng)用程序員透明的有：系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度；Cache存儲器；指令緩沖寄存器；虛擬存儲器；程序狀態(tài)字；“啟動IO”指令。note:系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度、Cache存貯器、指令緩沖寄存器屬于計算機組成，對系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、“啟動IO”指令，對系統(tǒng)程序員是不透明的，而對應(yīng)用程序員卻是透明的?！皥?zhí)行”指令則對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員

10、都是不透明的。7.想在系列機中發(fā)展一種新型號機器，你認(rèn)為下列哪些設(shè)想是可以考慮的，哪些則不行的？為什么？新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令，以支持事務(wù)處理程序的編譯。（2）為增強中斷處理功能，將中斷分級由原來的4級增加到5級，并重新調(diào)整中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序。（3）在CPU和主存之間增設(shè)Cache存儲器，以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。（4）為解決計算誤差較大，將機器中浮點數(shù)的下溢處理方法由原來的恒置“1”法，改為用ROM

11、存取下溢處理結(jié)果的查表舍入法。（5）為增加尋址靈活性和減少平均指令字長，將原等長操作碼指令改為有3類不同碼長的擴展操作碼；將源操作數(shù)尋址方式由操作碼指明改成如VAX11那種設(shè)尋址方式位字段指明。（6）將CPU與主存間的數(shù)據(jù)通路寬度由16位擴展成32位，以加快主機內(nèi)部信息的傳送。（7）為減少公用總路線的使用沖突，將單總線改為雙總線。（8）把原0號通用寄存器改作堆棧指示器。答：可以考慮的有：13467。不可以考慮的有：258。原則是看改進(jìn)后

12、能否保持軟件的可移植性。P.S.為了能使軟件長期穩(wěn)定，就要在相當(dāng)長的時期里保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，因此在確定系列結(jié)構(gòu)時要非常慎重。其中最主要是確定好系列機的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示及概念性結(jié)構(gòu)。既要考慮滿足應(yīng)用的各種需要和發(fā)展，又要考慮能方便地采用從低速到高速的各種組成的實現(xiàn)技術(shù)，即使用復(fù)雜、昂貴的組成實現(xiàn)時，也還能充分發(fā)揮該實現(xiàn)方法所帶來的好處。8.并行處理計算機除分布處理、MPP和機群系統(tǒng)外，有哪4種基本結(jié)構(gòu)？列舉它們各自要解決的主要問題。