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自考《计算机系统结构》问答题总结(5)

2006-12-18 09:24   【 】【我要纠错

  第五章

  1、试举例说明什么是“先读后写”,“写-写”,“先写后读”相关?

  设有指令h,i,j,k,l,m,n依次流入流水线,若i要读数的单元正是k写数的单元,正常顺序是i先读,k再写。但由于异步流动下,k可能先于指令i被解释,从而i读到的是不正确数据(正常数据应该是k写之前的),这种相关称为“先读后写”相关。若i,k向一单元写数据,正常情况下最后单元中应保存k写的数据,但由于异步流动,k可能先于i写数据,使该单元最后结果不正确,这种相关称“写-写”相关。类似可知“先写后读”相关。

  2、解决通用寄存器数相关有几种方法?试作简单比较。

  方法1:

  推后“分析k+1”读。可将“分析k+1”推到“执行k”结束时,也可以使它们部分重叠,只要“分析k+1”能取得正确操作数即可。缺点:它们是以牺牲速度为代价。优点:不增加设备。

  方法2:

  设置“相关专用通路办法”。在运算器输出到输入之间增设“相关专用通路”,保证在“执行k+1”之前输入中已获得正确信息。优点:重叠速度不下降。缺点:增加设备为代价。

  3、为实现指令重叠解释可能采取哪些办法?简单分析其特点?

  方法1:

  让操作数和指令分别存放在两个独立编址且可同时访问的存储器中。优点:有利于实现指令的保护。缺点:主存总线控制复杂,软件设计麻烦。

  方法2:

  指令和操作数混存在多体交叉主存结构中,只要指令和操作数不在一个分体时就在一个主存周期取得。优点:实现上简单,开销少。缺点:当指令和操作数在同一体时无法重叠。

  方法3:

  增设FIFO工作的指令缓冲寄存器。当主存空闲时预取下几条指令到指缓。优点:微操作可分成分析指令和执行指令两部分。缺点:数据相关问题。

  4、试比较几种指令级高度并行的超级处理机

  超标量处理机:配置多套功能部件辅助电路,靠编译程序优化指令顺序,使流水吞吐率提高。优点:硬件不调整指令顺序、容易实现、适合矩阵计算。缺点:开销大。

  超长指令字处理机:编译程序将选择可并行指令放入一条超长指令中,运行时指令中每个操作段控制一功能部件。优点:硬件结构和指令系统简单、无增加硬件开销、指令级并行性高。缺点:指令结构与一般计算机不兼容、指令结构不灵活浪费指令存储空间、不适于一般领域。

  超流水线处理机:利用时间并发性,利用较短时钟周期提高流水线速度。优点:开销小。缺点:必须有高速时钟机。

  5、流水线按级别分成几类?线性流水线与非线性流水线有什么区别?动态流水线和静态流水线有什么区别?

  流水线按级别分部件级、处理机级和系统级三级。线性流水线段间无反馈或超过的通路,非线性流水线则有反馈回路或前越通路。静态和动态流水都是多功能的流水。其中,动态流水线按一种功能流水未完成之前,可重组开始另一种功能的流水。静态流水线必须等流水线排空之后才可进行功能切换。

  6、在“一次重叠”的机器中,会出现哪些相关?如何处理?

  转移指令与后续指令相关:减少使用转移指令,需要使用时可采用延迟转移技术。

  指令相关:不允许程序在执行过程中修改指令,需要修改指令时可用类似于IBM370的执行指令,变指令相关为操作数相关,统一按操作相关去处理。

  主存空间数相关:在存储控制器中,写数申请优先于读数申请被响应变址值二次相关,设置变址值相关专用通路。

  通用寄存器组的变址值一次相关:设置变址值相关专用通路,并推后后续指令的分析。

  7、为处理流水机器的全局性相关,可以加快或提前形成转移指令所需的条件码,那么可从哪两方面考虑?举例说明。

  一是加快单条指令内部条件码的形成。如有的指令,象乘、除指令只要取出操作数,利用其数的符号位是同号,还是异号,就可以判定结果的正负。而是在一段程序内提前形成条件码,例如,在循环程序中,将控制循环变量改值的指令提前到循环体开始处。在硬件上设置专用的条件码寄存器,以便在判断是否循环时,已提前产生了条件码。

  8、解释重叠方式中的“一次重叠”的含义。

  将指令的解释分为“分析”和“执行”两个阶段,任何时刻都只是“执行k”与“分析k+1”在时间上重叠,也就是让指令分析部件与指令执行部件同时处理相邻的两条指令。

  9、什么是流水线的速度瓶颈?消除流水线速度瓶颈的方法有哪两种,举例示意说明。

  流水线中经过时间最长的功能段就是流水线中的速度瓶颈。清除流水线的速度瓶颈的方法,一是将瓶颈过程再细分。例如,流水线瓶颈段为2Δt,其它各段均为Δt,则可将该瓶颈段再细分成两个子段,各子段经过时间均为Δt;二是将瓶颈子过程多套并联,如上例,将瓶颈重复设置两个,任务错开一个Δt时间分配给这两个段。

  10、流水机器的中断处理有哪两种方法,各有什么优缺点?

  流水机器的中断处理有不精确断点法和精确断点法两种。

  不精确断点法好处是控制处理简单,缺点是程序排错不利。精确断点法,中断现场准确对应于发出中断的指令,有利于程序的排错,但不利之处是需要大量后援寄存器。

  11、在流水机器中,全局性相关指的是什么?处理全局性相关的方法有哪些?简要说明。

  全局性相关是转移指令与其后续指令之间的相关。

  处理方法有:

  猜测法,猜选其中一个分支继续流入,待条件码形成后再决定是继续执行,还是作废,按另一分支重新流入。

  提前形成转移所需的条件,包括指令内或程序段内条件码的提前生成。

  加快短循环程序的处理,判断如属于短循环,将循环体内各指令一次取入指令缓冲器中,停止预取指令;猜选分支恒选循环分支。

  12、流水处理的主要技术途径是什么?在CPU中可以有哪两类流水?在存储系统或存储体系中举出两个应用流水的例子。

  流水处理的主要技术途径是时间重叠和功能部件专用化。CPU内部可以有指令流水线和运算操作流水线。在存储体系中CACHE存储器的查地址映象表和访物理CACHE可以流水。存储器系统中,主存模m多体交叉对各分体的交叉访问也可以看成是一种流水。

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