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复习题-计算机体系结构

简述：1）计算机体系结构研究的目的，2）计算机系统中并行性的层次划分。

1）、如何利用现有软硬件技术，以并行、流水机制改变系统的工作方式，通过增加性能结构，综合软硬件优势提高计算机系统性能

2）、①指令内并行（从低层到高层）

??②指令级并行

??③任务（或过程）级并行

??④作业（或程序）级并行

??在这种层次结构中，高层并行性的实现中软件比重逐渐加大，而硬件功能分担比重逐渐减弱

简述：1）计算机体系结构、计算机组成、计算机实现的研究内容；2）这三者之间的关系（要求附图说明）与系列机的定义。

（1）、计算机体系结构：仅仅以程序员看到的机器属性作为体系结构的定义是片面的，某些性能结构对程序员透明

??例如，高速缓冲存贮器、重叠和流水处理结构等，在机器指令系统中

一般无反映，需要更深入了解计算机内部的逻辑组成、性能结构

??因此，我们可以概略地认为

????计算机体系结构是机器的逻辑结构和性能结构

计算机体系结构作为一门学科，主要研究软件、硬件功能分配以及高性能计算机设计技术

计算机组成：是计算机体系结构的逻辑实现，包括：

??机器内部的数据流和控制流的组成及逻辑设计等，着重于机器内部事件的时序和控制机构

计算机实现：是计算机组成的物理实现，包括：

??处理机、主存贮器等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接等有关的制造工艺技术

（2）关系：同一种体系结构定义下有多种组成方案，同一种组成方案下又有多种实

现方法

复习题-计算机体系结构全文共1页，当前为第1页。（3）系列机的定义：同一厂家生产的具有基本相同体系结构，不同组成和实现，形成的一系列不同档次而软件兼容的机器。

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简述：1）程序局部性原理；2）程序局部性原理在多级存储体系中的应用。

（1）程序局部性

在任一短时间范围内，程序对存贮器的访问往往集中于小的存贮器区域内

局部性表现为处理机发出的访问地址随时间局部集中，在聚集区内可出现重复地址

（2）实现多级存贮器关键技术之一有新旧内容替换，这需要需要高效率的替换算法，LRU是一种基本的替换算法，它利用程序局部性特点，替换最近最少使用的页面

简述提高存储器带宽的主要途径。简述：1）存储系统性能评价的关键指标，2）提高存储系统性能的基本途径。

1）存储系统性能评价的关键指标

大容量；高速度；低价格

2）提高存储系统性能的基本途径。

a.器件技术，缩短访问时间（T↓）

b.多体并行存贮器结构

加宽存贮字长度（W↑）??超长字存储方案

缩短平均访问周期（Ta↓）??多模块交叉存储方案

c.多级存贮器层次结构

以不同速度、容量的存储器进行层次化组织（Ta↓）

即提高容量、带宽，又降低成本，属于高效率技术

超长字存储方案单缓冲结构图及工作原理描述。

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单缓冲方案的读/写工作过程：

(1）访问地址中的“行地址”与行地址寄存器比较；

（2）如果比较“=”，则用访问“行内地址”通过多路分配器/选择器对缓冲行的对应单元进行读/写，如果写入则设置修改标志位，操作结束；

（3）如果比较“≠”，则先将行缓冲中的已修改数据写回存储体，即根据修改标志启动对应存储体，用关联行地址写入修改单元内容。

（4）用访问“行地址”启动存储体（整体），读出访问行打入行缓冲，并清除全部修改标志位；

（5）如果读操作，则用访问“行内地址”通过多路分配器/选择器读出缓冲行的对应单元输出到数据总线，转（7）刷新行地址寄存器，结束

（6）如果写操作，则用访问“行内地址”通过多路分配器/选择器对缓冲行的对应单元写入总线数据，并设置修改标志位；

（7）用访问行地址刷新行地址寄存器，操作结束。

超长字存储方案双缓冲结构图及工作原理描述。

读出工作过程：

（1）访问地址中的“行地址”与地址寄存器中的旧地址比较，即与前次访问行的地址比较；

（2）如果比较“=”，则说明访问内容已在行缓冲器中，用访问地址中的“行内地址”通过多路选择器MUX从行缓冲的选择对应单元内容输出；

（3）如果比较“≠”，则说明访问内容不在行缓冲器中，启动存储体读出访问行送入行缓冲中，再由“行内地址”通过多路选择器MUX从行缓冲的选择对应单元内容输出；

（4）如果比较“≠”，用访问行地址刷新地址寄存器内容，已备后续访问时定位。

写入工作过程：

（1）访问地址中的“行地址”与地址寄存器中的关联地址（旧地址）比较，即与前次访问行的地址比较；

（2）如果比较“=”，说明访问内容已在行缓冲器中，则用访问地址中的“行内地址”通过多路分配器将写入