一、简答题(2题)
相关概念、原理、方法描述及比较分析
层次组织：根据计算机语言从低到高的顺序，将计算机系统按功能划分为多层次结构，每层都具有不同的语言特征。 虚拟机：软件实现的机器。 翻译：首先将高级机器上的程序转换为低级机器上的等效程序，然后在低级机器上运行，以实现程序的功能。 解释：对于高级机器上程序中的每个句子或指令，转移到低级机器上的等效程序。执行后，去高级机器取下句子或指令，然后解释执行，重复，直到解释执行整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念结构和功能特性。 透明度：在计算机技术中，这种原本存在的事物或属性，但从某种角度来看，似乎不存在的概念被称为透明度。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：由计算机组成的物理实现，包括处理器、主存储器等部件的物理结构、设备的集成和速度、模块、插件和底板的划分和连接、信号传输、电源、冷却和整机组装技术。软件兼容性：一个软件可以移植到另一个计算机，而不需要修改或少量修改。差异只是执行时间的差异。 兼容机：系统结构相同的计算机由不同的公司制造商生产。 模拟:另一台计算机(称为宿主机)的指令系统通过软件实现。 模拟:用现有计算机(宿主机)上的微程序解释实现另一台计算机(目标机)的指令系统。 并行性：计算机系统在同一时间或同一时间间隔内进行多种操作或操作。只要时间重叠，就会有并行性。它包括同时性和并发性。 时间重叠：将时间因素引入并行概念，使多个处理过程在时间上交错，轮流重叠同一套硬件设备的各个部分，加快硬件周转，赢得速度。 资源重复：将空间因素引入并行概念，以数量取胜。重复设置硬件资源，大大提高计算机系统的性能。 资源共享：这是一种软件方法，它使多个任务在一定时间内轮流使用同一套硬件设备。
答：在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定并行主存、逻辑设计等属于计算机组成的主存周期。计算机实现了存储芯片类型的选择、微组装技术、线路设计等。计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一个系统结构可以由多种组成。可以实现多种组成。
答:0级:硬联逻辑级。计算机的核心由门、触发器等逻辑电路组成。 第一级:微程序级。机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序通常由硬件直接执行。 第二级:机器语言级。机器语言是指令集，微程序可以解释程序员用机器指令编写的程序。 第三级:操作系统级。直接管理传统机器中的软硬件资源，也是机器语言的延伸。 第四级：汇编语言级。机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序称为汇编程序。 第五级:高级语言级。机器语言是各种高级语言，通常用编译程序完成高级语言翻译。 第六级:应用程序级。这种语言是面向问题的应用语言，专门设计，以使计算机满足某种方式。
答：①、结构：阵列处理器的连接规则，特殊，连接处理单元数量大；多处理器应采用更灵活的结构，实现复杂的连接模式，连接处理器数量少。 ②、并行性：阵列处理器是操作级并行性和并行性；多处理器是操作、程序和任务级的并行性，包括指令内部操作室的并行性和并行性。
答:(1)多处理器维护一致性的协议称为Cache一致性协议。 (2)目录协议的工作原理:采用集中数据结构-目录。对于存储器中的每一个可以调入Cache在目录中设置一个目录项来记录该块的状态和数据块Cache有副本等相关信息。根据项目中的信息和当前的访问操作，目录协议依次对应Cache发送控制信息，修改目录项信息。此外，响应信息应发送到请求处理器。 (3)监控协议的工作原理:每个Cache除了包含物理存储器中块的数据拷贝之外，也保存着各个块的共享状态信息。Cache当一个共享存储器通常连接到总线时Cache当需要访问存储器时，它会在总线上广播请求，其他的Cache通过监控总线来判断控制器是否有总线上要求的数据块。若有，则进行相应的操作。
答：先行控制技术是将缓冲技术与预处理技术相结合。缓冲技术是在两个不固定工作速度的功能部件之间设置缓冲器，以平滑其工作。预处理技术是指预处理指令、处理指令和预处理操作数量。 多个缓冲站设置在处理机内，采用先行控制的方式，以平滑主存、指令分析部件和运算器之间的工作。这不仅使他们能够独立工作，完全忙碌，而且使指令分析部件和操作器能够快速获得指令和操作数量，大大提高指令的执行速度和效率。这些缓冲站以先进先出的方式工作，由多个可快速访问的存储单元和相关控制逻辑组成。 多个指令的重叠解释可以通过先行控制技术实现。
答:(1)指令的顺序执行是指指指令与指令之间的顺序串行。也就是说，只有在上一个指令全部执行后，下一个指令才能执行。优点:控制简单，节省设备。缺点:执行指令慢，功能部件利用率低。 (2)指令的重叠指令是让第k条指令和取第在相邻指令之间k 同时执行1个指令。重叠执行不能加快单个指令的执行，但当硬件增加不多时，可以加快相邻两个指令和整个程序的执行。与顺序模式相比，功能部件的利用率提高，控制变得复杂。 （3）指令的流程执行是将指令的执行过程分解为多个子过程，每个子过程由特殊的功能部件实现。将多个处理过程交错时间，通过每个功能段，每个子过程与其他子过程并行进行。依靠提高吞吐量来提高系统性能。装配线中的每个部分应尽可能相等。
答：Flynn分类方法是根据指令流和数据流的多重性进行分类。计算机系统的结构分为： ①单指令流数据流 SISD；②单指令流多数据流 SIMD；③多指令流数据流 MISD；④多指令流多数据流 MIMD
①并行处理机的并行性在于指令内，而多处理机的并行性在于指令外。 ②并行处理机将同一操作系统集中在一起，每个操作系统由指令直接启动PE同时，多处理机的特殊指令表示并发关系。当一个任务开始执行时，其他任务可以与他同时执行。如果任务多余，则进入任务队列等待。 ③只有一台并行处理机CU，自然同步，多处理机的执行时间可能不同。
两种并行概念 ：同时性并行性：两个或两个以上事件同时发生；并发性并行性：两个或两个以上事件同时发生。 三种技术方法：资源重复：重复设置多个处理部件，提高速度；时间重叠：装配线；资源共享：分时系统、分布式系统 时间-空间关系：资源重复：增加空间容纳多个空间的指令；时间重叠：细分空间容纳多个子空间的指令
二、计算题(2题)
①、Amdahl定律，CPU性能公式；②、平均存储器访问时间AMAT，缺失率，缺失成本。
1、Amdahl定律、CPU性能公式
Amdahl定律：
F e ( 指 令 占 比 ) = 可 改 进 部 分 占 用 的 时 间 改 进 前 整 个 任 务 的 执 行 时 间 ， S e ( 处 理 速 度 ) = 改 进 前 改 进 部 分 的 执 行 时 间 改 进 前 改 进 部 分 的 执 行 时 间 Fe(指令占比)=\frac{改进前整个任务的执行时间}，Se(处理速度)=\frac{改进前改进部分的执行时间}{改进前改进部分的执行时间} Fe(指span class="mord cjk_fallback">令占比)=改进前整个任务的执行时间可改进部分占用的时间，Se(处理速度)=改进前改进部分的执行时间改进前改进部分的执行时间
S n = T 0 T n = 1 ( 1 − F e ) + F e S e S_n=\frac{T_0}{T_n}=\frac{1}{(1-Fe)+\frac{Fe}{Se}} Sn=TnT0=(1−Fe)+SeFe1
拓 展 : S n = 1 ( 1 − ∑ F i ) + ∑ F i S i 拓展:S_n=\frac{1}{(1-\sum F_i)+\sum \frac{F_i}{S_i}} 拓展:Sn=(1−∑Fi)+∑SiFi1
CPU性能公式：
① 、 C P I 是 每 条 指 令 所 花 的 时 钟 周 期 数 ； I C 为 指 令 条 数 : ①、CPI是每条指令所花的时钟周期数；IC为指令条数: ①、CPI是每条指令所花的时钟周期数；IC为指令条数:
时 钟 频 率 f ( 或 时 钟 周 期 长 度 t ) ， t = 1 / f ， f = 1 / t 时钟频率f(或时钟周期长度t)，t=1/f，f=1/t 时钟频率f(或时钟周期长度t)，t=1/f，f=1/t C P U 时 间 T = C P U 时 钟 周 期 数 ( C P I × I C ) 频 率 f = C P U 时 钟 周 期 数 ( C P I × I C ) × 时 钟 周 期 长 度 t CPU时间T=\frac{CPU时钟周期数(CPI×IC)}{频率f}=CPU时钟周期数(CPI×IC)×时钟周期长度t CPU时间T=频率fCPU时钟周期数(CPI×IC)=CPU时钟周期数(CPI×IC)×时钟周期长度t 每 条 指 令 所 花 的 时 钟 周 期 数 : C P I = C P U 时 钟 周 期 数 目 I C 每条指令所花的时钟周期数:CPI=\frac{CPU时钟周期数目}{IC} 每条指令所花的时钟周期数:CPI=ICCPU时钟周期数目 ② 、 考 虑 不 同 指 令 的 C P I 不 同 ( n 是 指 令 种 类 数 、 I i 是 第 i 种 指 令 的 执 行 次 数 、 I i / I C 是 第 i 种 指 令 所 占 比 例 ) : ②、考虑不同指令的CPI不同(n是指令种类数、I_i是第i种指令的执行次数、I_i/IC是第i种指令所占比例): ②、考虑不同指令的CPI不同(n是指令种类数、Ii是第i种指令的执行次数、Ii/IC是第i种指令所占比例): C P U 时 钟 周 期 数 = ∑ i = 1 n ( C P I i × I i ) CPU时钟周期数=\sum_{i=1}^n(CPI_i×I_i) CPU时钟周期数=i=1∑n(CPIi×Ii) C P U 时 间 T = 时 钟 周 期 数 长 度 t × ∑ i = 1 n ( C P I i × I i ) CPU时间T=时钟周期数长度t×\sum_{i=1}^n(CPI_i×I_i) CPU时间T=时钟周期数长度t×i=1∑n(CPIi×Ii) C P I = ∑ i = 1 n ( C P I i × I i ) I C = ∑ i = 1 n ( C P I i × I i I C ) CPI=\frac{\sum_{i=1}^{n}(CPI_i×I_i)}{IC}=\sum_{i=1}^{n}(CPI_i×\frac{I_i}{IC}) CPI=IC∑i=1n(CPIi×Ii)=i=1∑n(CPIi×ICIi)
解：由题意可知：Fe＝0.4, Se＝10，根据Amdahl定律： S n = T 0 T n = 1 ( 1 − F e ) + F e S e S_n=\frac{T_0}{T_n}=\frac{1}{(1-F_e)+\frac{F_e}{S_e}} Sn=TnT0=(1−Fe)+Se 标签： 直通组装式连接器