计算机体系结构重点

一、 解释下列术语

计算机系统结构：是指计算机系统多级层次结构中传统机器级的结构，它是软件和硬件/固件的主要交界面，是让编制的机器语言程序、汇编语言程序以及将高级语言源程序编译生成的机器语言目标程序在机器上正确运行所应看到的计算机属性。计算机系统结构是与汇编语言程序或机器语言程序所能实现的功能，要用到的数据类型、寻址方式、指令系统、I/O结构等密切相关的。

计算机组成：是计算机系统结构的逻辑实现,包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。它与指令和编程等没有直接关系，主要是看硬件系统在逻辑上是如何组织的。也即它着眼于机器级内各事件的排序方式与控制机构、各部分的功能及各部件之间的联系。

计算机实现：计算机实现指的是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，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。它着眼于器件技术和微组装技术。器件技术在实现技术中起着主导作用。它直接影响到系统的速度和价格。

透明性：指的是在计算机中，客观存在的事物或属性从某个角度看不到，则称这些事物或属性对计算机是透明的。

并行性：并行性是指问题中具有可同时进行运算和操作的特性。 只要在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或性质不同的工作，它们在时间上相互重叠，则都体现了并行性。

同时性：两个或多个事件在同一时刻发生则属于同时性（Simultaneity）。

并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生则属于并发性(Concurrency)。

软件兼容：由于系列内各档机器从程序设计者看都具有相同的机器属性，因此按这个属性编制的机器语言程序以及编译程序都能不加修改地通用于各档机器。我们称这种情况下的各档机器是软件兼容的。系列机的区别仅在于运行所需时间不同。

模拟：模拟(Simulation)：用机器语言程序解释另一机器的机器指令实现软件移植的方法称为模拟。进行模拟工作的机器称为宿主机(Host Machine)，被模拟的机器称为虚拟机(Virtual Machine)

仿真：仿真(Emulation)：用微程序直接解释另一机器的机器指令实现软件移植的方法称为仿真。进行仿真工作的机器称为宿主机(Host Machine)，被仿真的机器则称为目标机(Target Machine)。

二、判断题的参考答案：

（×）（不透明，因为它涉及编程所用的数据表示及指令系统会不同。）

（√）

（×）（不透明，因为I／O程序及使用方式两者均各不相同，而这又是计算机系统结构设计所应知道的。）

（×）（会降低解题速度。）

（×）（宜用硬件实现。）

（×）（都是透明的，因为它属于计算机组成。）

（√）

（×）（因为这将破坏机器指令程序的向后兼容。）

（×）（应做到向后兼容，力争向上兼容。）

（×）（系列机仍是方向，但到一定时候需要摆脱旧系列，重新设计新的系列。不搞系列机，系统结构是不会有生命力的，软件无法积累。）

（×）（应当是使用频度高的程序段才可以这样做，否则，系统性能不会明显改进，却将有限的冗余操作码码点用完，不利于今后指令系统的发展，也浪费了硬件。）

（ ×）（购置计算机首先应满足性能，在此前提下再追求高性能价格比；否则，性能满足不了要求是没有用的。）

（√）

三、简答题的参考答案：

系统结构设计考虑是否要设置乘法指令。计算机组成设计考虑是否要配置高速的乘法器。计算机实现考虑的是组成高速乘法器或加法一移位器的器件集成度、类型、数量以及微组装技术。

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。选择存贮芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。

"中间"是指多级层次结构中的软、硬件交界面，目前是处于传统机器级与操作系统机器级之间。

这样设计，能合理地进行软、硬件的功能分配，优化软、硬件设计，可为软件和应用提供更多更好的硬件支持，可使软、硬件同时设计，缩短系统的设计周期。

软件移植的途径主要有：统一高级语言，系列机，模拟与仿真。

统一高级语言，由于只能实现高级语言软件的移植，而目前高级语言种类繁多，无法完全统一成一种，只能相对统一成少数几种。系列机，由于系列内各档机器的结构变化不能太大，到一定时候会阻碍系列发展，只能实现在结构相同或相近的机器间的汇编语言应用软件的移植。模拟与仿真，模拟是用宿主机的机器指令解释，机器语言差别大时，速度慢；仿真是用宿主机的微程序解释，当机器差异大时，仿真困难，仿真的效率和灵活性差。

一是由逻辑化简改成着眼于采用什么组成技术能够规整、批量生产，宜于超大规模集成，缩短设计周期，提高系统效能，尽量采用存贮逻辑和通用器件。二是由全硬设计改成采用微汇编、微高级语言、计算机辅助设计等手段软硬结合和自动化设计。

位串字串，只能同时处理一个字的一位，无并行性，例如，位串行计算机；位并字串，同时处理一个字的所有位，例如，简单并行的单处理机；位片串字并，同时处理多个字同一位，例如，相联处理机STARAN、MPP等处理机；全并行，同时处理多个字的多个位或位组，例如，全并行阵列处理机ILLIAC－IV。

有时间重叠、资源重复、资源共享等三个途径。

时间重叠是让多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转使用来赢得速度。例如，流水线处理机CRAY－1。

资源重复是通过重复设置硬件资源来提高性能的。例如，阵列处理机ILLIAC一IV。 资源共享是利用软件方法让多个用户共享同一套资源，来提高资源利用率和系统性能的。例如，多道程序分时系统，多处理机，分布处理系统，计算机网等。

弗林分类法是按指令流、数据流及其多倍性分类的。共分四类。

SISD--指令部件只对一条指令处理，只控制一个操作部件操作。如一般的串行单处理机。 SIMD--由单一指令部件同时控制多个重复设置的处理单元，执行同一指令下不同数据的操作。如阵列处理机。

MISD--多个指令部件对同一数据的各个处理阶段进行操作。这种机器很少见。

MIMD--多个独立或相对独立的处理机分别执行各自的程序、作业或进程。例如多处理机。

并行处理机除分布处理、MPP和机群系统外，还有流水线计算机、阵列处理 机、多处理机和数据流计算机等4种基本结构。

流水线计算机主要要解决好拥塞控制、冲突防止、分支处理、指令和数据的相关处理、 流水线重组、中断处理、流水线调度、向量化处理以及作业顺序的控制等。

阵列处理机主要要解决好处理单元间能有灵活而有规律的互连模式及互连网络的设计和研究、存贮器的组织、数据在存贮器中的分布算法、针对具体应用题目的高效并行算法等。

多处理机主要要解决各处理机之间灵活多变的互连和存贮器组织等硬件结构，存贮管理、资源分配、任务分解、系统死锁的防止、进程间的通讯和同步、多处理机的调度、系统保 …… 此处隐藏：1444字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……