计算机体系结构教程.docx

计算机系统结构的属性有哪些？ 答：数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、IO结构、信息保护机制。 常用的降低Cache失效率的方法有下面几种： 增加Cache块大小。增加块大小利用了程序的空间局部性。 提高相联度，降低冲突失效。 Victim Cache，降低冲突失效。 伪相联Cache，降低冲突失效。 硬件预取技术，指令和数据都可以在处理器提出访问请求前进行预取。 由编译器控制的预取，硬件预取的替代方法，在编译时加入预取的指令，在数据被用到之前发出预取请求。 编译器优化，通过对软件的优化来降低失效率。 盘阵列有哪些分级？各有什么特点？ RAID0亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。 RAID1亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。镜像是最昂贵的解决方法。特点是系统可靠性很高，但效率很低。 RAID2位交叉式海明编码阵列。原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。 RAID3位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。 RAID4专用奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。 RAID5块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有磁盘上。 RAID6双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。 RAID7是采用Cache和异步技术的RAID6，使响应速度和传输速率有了较大提高。 3.7 请对延迟分支办法中的三种调度策略进行评价。 1．从前调动：分支必须不依赖于被调度的指令，总是可以有效提高流水线性能。 2．从目标处调度：若分支转移失败，必须保证被调度的指令对程序的执行没有影响，可能需要复制被调度指令。分支转移成功时，可提高流水线性能。但由于复制指令，可能加大程序空间。 3．从失败处调度：若分支转移成功，必须保证被调度的指令对程序的执行无影响。分支转移失败时，可提高流水线性能。 2.4 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？ 指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向； 寻址方式的设计：设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频度，根据适用频度设置相应必要的寻址方式； 操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表示的选择有，浮点数据类型（可以采用IEEE 754标准）、整型数据类型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十进制数据类型（压缩十进制和非压缩十进制数据表示）等等。 寻址方式的表示：可以将寻址方式编码于操作码中，也可将寻址方式作为一个单独的域来表示。 指令集格式的设计：有固定长度编码方式、变长编码方式和混合编码方式三种选择。 通常有哪几种指令格式？简述其适用范围。 变长编码格式。如果体系结构设计者感兴趣的是程序的目标代码大小，而不是性能，就可以采用变长编码格式。 固定长度编码格式。如果感兴趣的是性能，而不是程序的目标代码大小，则可以选择固定长度编码格式。 混合型编码格式。需要兼顾降低目标代码长度和降低译码复杂度时，可以采用混合型编码格式。 3.8 简述三种向量处理方法，它们对向量处理机的结构要求有什么不同？ 1．水平处理方式：若向量长度为N，则水平处理方式相当于执行N次循环。若使用流水线，在每次循环中可能出现数据相关和功能转换，不适合对向量进行流水处理。 2．垂直处理方式：将整个向量按相同的运算处理完毕之后，再去执行其他运算。适合对向量进行流水处理，向量运算指令的源/目向量都放在存储器内，使得流水线运算部件的输入、输出端直接与存储器相联，构成M-M型的运算流水线。 3．分组处理方式：把长度为N的向量分为若干组，每组长度为n，组内按纵向方式处理，依次处理各组，组数为，适合流水处理。可设长度为n的向量寄存器，使每组向量运算的源/目向量都在向量寄存器中，流水线的运算部件输入、输出端与向量寄存器相联，构成R-R型运算流水线。 2.10为了对编译器设计提供支持，在进行指令集设计时，应考虑哪些问题？ (1) 规整性。 (2) 提供基本指令，而非解决方案。 (3) “简化方案的折中取舍标准”。 (4 “对于在编译时已经知道的量，提供将其变为常数的指令”。 2.6 简述RISC结构的设计原则。 选取使用频率最