计算机系统结构试题及答案（五）

计算机系统结构试题及答案 一、 简答题（20分，每题4分） 1. Cache存储器中为什么会产生替换？请列举3种常用的替换算法。 【解】 Cache工作原理要求它尽量保存最新数据，当一个新的主存块需要拷贝到Cache，而允许存放此块的行位置都被其他主存块占满时，就要产生替换。 常用替换算法包括：最不经常使用(LFU)算法、近期最少使用(LRU)算法、随机替换。 2. 多处理机系统与机群系统有什么差别？ 【解】 多处理机系统由若干台独立的计算机组成，每台计算机能够独立执行自己的程序，彼此之间通过互连网络连接，实现程序之间的数据交换和同步。 机群系统是一组完整的计算机互连，它们作为一个统一的计算资源一起工作，并能产生一台机器的印象。 3. 多机系统中的紧耦合系统与松耦合系统有什么差别？ 【解】 紧耦合系统又称直接耦合系统，指计算机间物理连接的频带较高，一般是通过总线或高速开关实现计算机间的互连，可以共享主存。 松耦合系统又称间接耦合系统，一般是通过通道或通信线路实现计算机间的互连，可以共享外存设备。 4. 多模块交叉存储器是如何加速CPU和存储器之间的有效传输的？ 【解】 CPU同时访问多个模块，由存储器控制部件控制它们分时使用数据总线进行信息传递。对每一个存储模块来说，从CPU给出访存命令直到读出信息仍然使用了一个存取周期时间，而对CPU来说，它可以在一个存取周期内连续访问多个模块。各模块的读写过程将重叠进行，所以多模块交叉存储器是一种并行存储器结构。 5. 何谓动态执行技术？ 【解】 所谓动态执行技术，就是通过预测程序流来调整指令的执行，并分析程序的数据流来选择指令执行的最佳顺序 6. 请比较虚拟存储器和Cache这两种存储系统的相似之处和主要区别。 【解】 相似之处：①把程序中最近常用的部分驻留在高速的存储器中；②一旦这部分变得不常用了，把它们送回到低速的存储器中；③这种换入换出是由硬件或操作系统完成的，对用户是透明的；④力图使存储系统的性能接近高速存储器，价格接近低速存储器。 主要区别：在虚拟存储器中未命中的性能损失要远大于Cache系统中未命中的损失。 7. 请简述Cache的基本工作过程。 【解】 当CPU读取主存中一个字时，便发出此字的内存地址到Cache和主存。此时Cache控制逻辑依据地址判断此字当前是否在 Cache中：若是，此字立即传送给CPU；若非，则用主存读周期把此字从主存读出送到CPU，与此同时，把含有这个字的整个数据块从主存读出送到Cache中。 8. 请简述存储器扩展的3种方法。 【解】 存储器芯片的容量是有限的，需要在字向和位向两方面进行扩充才能满足实际存储器的容量要求。通常采用位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法。 位扩展法：只加大字长，而存储器的字数与存储器芯片字数一致，对片子没有选片要求。 字扩展法：仅在字向扩充，而位数不变，由片选信号来区分各片地址。 字位同时扩展法：在字向和位向同时进行扩展。 9. 请简述CPU对存储器进行读/写操作的过程。 【解】 首先由地址总线给出地址信号，然后要发出读操作或写操作的控制信号，最后在数据总线上进行信息交流。 10. 请简述单机系统中单总线、双总线和三总线结构彼此之间有什么不同？ 【解】 单总线结构：使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。总线只能分时工作，使信息传送的吞吐量受到限制。 双总线结构：在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担。主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU 三总线结构：在双总线系统的基础上增加I/O总线，其中，系统总线是CPU、主存和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通路，而I/O总线是多个外部设备与通道之间进行数据传送的公共通路。通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，它分担了一部分CPU的功能，以实现对外设的统一管理及外设与主存之间的数据传送。 11. 请简述计算机并行处理技术中的时间并行和空间并行。 【解】 时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。时间并行性概念的实现方式就是采用流水处理部件，是一种非常经济而实用的并行技术，能保证计算机系统具有较高的性能价格比。 空间并行：以“数量取胜”为原则来大幅度提高计算机的处理速度。空间并行技术主要体现在多处理器系统和多计算机系统。 12. 请简述现代计算机系统中的多级存储器体系结构。 【解】 为了解决对存储器要求容量大、速度快、成本低三者之间的矛盾，目前在计算机系统中，通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。 13. 请简述计算机的流水处理过程。 【解】 为了实现流水，首先把输入的任务(或过程)分割为一系列子任务，并使各子任务能在流水线的各个阶段并发地执行。当任务连续不断地输入流水线时，在流水线的输出端便连续不断地吐出执行结果，从而实现了子任务级的并行性。 14. 请简述运算器的单总线、双总线和三总线结构形式彼此之间有什么不同？ 【解】 单总线结构：所有部件都接到同一总线上。在同一时间内,只能有一个操作数放在单总线上。把两个操作数输入到ALU,需要分两次来做,而且还需要两个缓冲寄存器。 双总线结构：两个操作数同时加到ALU进行运算,只需要一次操作控制就可以得到运算结果。但是因为两条总线都被输入数占据，因而ALU的输出不能直接加到总线上去，而必须在ALU输出端设置缓冲寄存器。 三总线结构：ALU的两个输入端分别由两条总线供给,而ALU的输出则与第三条总线相连。这样,算术逻辑操作就可以在一步的控制之内完成。 15. 如何区分选择型DMA控制器和多路型DMA控制器？ 【解】 选择型DMA控制器在物理上可以连接多个设备，而在逻辑上只允许连接一个设备，在某一段时间内只能为一个设备服务。 多路型DMA控制器不仅在物理上可以连接多个外围设备，而且在逻辑上也允许这些外围设备同时工作。 16. 如何区分选择通道、数组多路通道和字节多路通道？ 【解】 选择通道：在物理上它可以连接多个设备，但是这些设备不能同时工作，在某一段时间内通道只能选择一个设备进行工作。 数组多路通道：当某设备进行数据传送时，通道只为该设备服务；当设备在执行寻址等控制性动作时，通道暂时断开与这个设备的连接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设备的通道程序。 字节多路通道：字节多路通道主要用于连接大量的低速设备，这些设备的数据传输率很低，因此通道在传送两个字节之间有很多空闲时间，字节多路通道正是利用这个空闲时间为其他设备服务。 17. 什么是页式虚拟存储器中的快表？ 【解】 为了避免页表已保存或已调入主存储器时对主存访问次数的增多，把页表的最活跃部分存放在高速存储器中组成快表，以减少时间开销。快表由硬件组成，它比页表小得多。 18. 什么是虚拟存储器中的段页式管理？ 【解】 采用分段和分页结合的方法。 程序按模块分段，段内再分页，进入主存仍以