自考《计算机系统结构》问答题总结（5）

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。