1.虚拟机：指通过软件模拟具有完整硬件系统功能的，运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

2.系统加速比：对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。

3.Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

4.系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构 但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。

5.模拟：用软件的方法在一台现有的计算机(称为宿主机)上实现另一台计算机(称为虚拟机)的指令系统。

6.仿真：一台现有计算机(称为宿主机)上的微程序去解释实现另一台计算机(称为目标机)的指令系统。

7.并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作 。只要在时间上相互重叠,就存在并行性。它包括同时性与并发性两种含义。

8.RISC：精简指令集计算机。

9.寻址方式：指令系统中如何形成所要访问的数据的地址。一般来说，寻址方式可以指明指令中的操作数是一个常数、一个寄存器操作数或者是一个存储器操作数。

10.数据表示：硬件结构能够识别、指令系统可以直接调用的那些数据结构。

11.单功能流水线：指流水线的各段之间的连接固定不变、只能完成一种固定功能的流水线。

12.多功能流水线：指流水线的各段可以进行不同的连接，以实现不同的功能的流水线。

13.静态流水线：指在同一时间内，多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作的流水线。当流水线要切换到另一种功能时，必须等前面的任务都流出流水线之后，才能改变连接。

14.动态流水线：指在同一时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能的流水线。它允许在某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。

15.顺序流水线：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序完全相同。

16.乱序流水线：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同,允许后进入流水线的任务先完成 这种流水线又称为无序流水线 错序流水线 异步流水线。

17.流水线吞吐率：在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

18.流水线加速比：使用顺序处理方式处理一批任务所用的时间与按流水处理方式处理同一批任务所用的时间之比。

19.流水线的效率：即流水线设备的利用率，它是指流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比值。

20.数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j与指令i数据相关： （1）指令j使用指令i产生的结果； （2）指令j与指令k数据相关，而指令k又与指令i数据相关。

21.名相关：如果两条指令使用了相同的名，但是它们之间并没有数据流动，则称这两条指令存在名相关。

22.控制相关：是指由分支指令引起的相关。它需要根据分支指令的执行结果来确定后面该执行哪个分支上的指令。

23.反相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果指令j所写的名与指令i所读的名相同，则称指令i和j发生了反相关。

24.结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。

25.数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。

26.控制冲突：流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令所引起的冲突。

27.定向：用来解决写后读冲突的。在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。

28.多级存储层次：采用不同的技术实现的存储器，处在离CPU不同距离的层次上，各存储器之间一般满足包容关系，即任何一层存储器中的内容都是其下一层（离CPU更远的一层）存储器中内容的子集。目标是达到离CPU最近的存储器的速度，最远的存储器的容量。

29.命中时间：访问Cache命中时所用的时间。

30.不命中率：CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。

31.不命中开销：CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。

32.全相联映像：主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。

33.直接映像：主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。

34.组相联映像：主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方（Cache分成若干组，每组由若干块构成）。

35.写直达法：在执行写操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。

36.写回法：只把信息写入Cache中相应块，该块只有被替换时，才被写回主存。

37.强制性不命中：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。

38.容量不命中：如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。

39.冲突不命中：在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。

40.2:1Cache经验规则：大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N /2的两路组相联Cache的实效率。

41.相联度：在组相联中，每组Cache中的块数。

42.牺牲Cache：位于Cache和存储器之间的又一级Cache，容量小，采用全相联策略。用于存放由于失效而被丢弃（替换）的那些块。每当失效发生时，在访问下一级存储器之前，先检查Victim Cache中是否含有所需块。

43.系统响应时间：从用户键入命令开始，到得到结果所花的时间。

44.可靠性：指系统从某个初始参考点开始一直连续提供服务的能力，它通常用平均无故障时间来衡量。

45.可用性：指系统正常工作的时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。

46.RAID：廉价磁盘冗余阵列或独立磁盘冗余阵列。

47.互连网络：一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统中结点之间的相互连接。在拓扑上，互连网络是输入结点到输出结点之间的一组互连或映象。

48.互连函数：用变量x表示输入，用函数f(x)表示输出。则f(x)表示：在互连函数f的作用下，输入端x连接到输出端f(x)。它反映了网络输入端数组和输出端数组之间对应的置换关系或排列关系，所以互连函数有时也称为置换函数或排列函数。

49.网络规模：互连网络中的节点数量。表示该网络所能连接的部件多少。

50.网络直径：指互连网络中任意两个结点之间距离的最大值。

51.静态互连网络：各结点之间有固定的连接通路、且在运行中不能改变的网络。

52.动态互连网络：由交换开关构成、可按运行程序的要求动态地改变连接状态的网络。

53.集中式共享多处理机：也称为对称式共享存储器多处理SMP。它一般由几十个处理器构成，各处理器共享一个集中式的物理存储器，这个主存相对于各处理器的关系是对称的。

54.分布式共享多处理机：它的共享存储器分布在各台处理机中，每台处理机都带有自己的本地存储器，组成一个“处理机-存储器”单元。但是这些分布在各台处理机中的实际存储器又合在一起统一编址， 在逻辑上组成一个共享存储器。这些处理机存储器单元通过互连网络连接在一起 ，每台处理机除了能访问本地存储器外，还能通过互连网络直接访问在其他处理机存储器单元中的 “远程存储器”。

55.多Cache一致性：多处理机中，当共享数据进入Cache，就可能出现多个处理器的Cache中都有同一存储器块的副本，要保证多个副本数据是一致的。

56.写作废协议：在处理器对某个数据项进行写入之前，它拥有对该数据项的唯一的访问权。

57.写更新协议：当一个处理器对某数据项进行写入时，它把该新数据广播给所有其它Cache。这些Cache用该新数据对其中的副本进行更新。

1）虚拟机：指通过软件模拟具有完整硬件系统功能的，运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统

2）系统加速比：同一个任务在系统改进前花费总时间和在系统改进后花费总时间的比率

3）Amdahl定律：计算计算机系统中某个部件改进后能获得多少总性能提高的定律

4）系列机：由同一厂家生产的具有相同的系统结构，但是具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机

5）模拟：指用软件的方法在一台现有的计算机上实现另外一台计算机的指令集

6）仿真：指用一台现有计算机的微程序解释实现另外一个计算机的指令集

7）并行性：指计算机系统在同一时刻或同一时间间隔内进行多种运算或操作

8）RISC：精简指令集

9）寻址方式：指令集结构如何确定要访问的数据的地址

10）数据表示：指计算机硬件能够直接识别，指令集可以直接调用的数据类型

11）单功能流水线：只能完成一种固定功能的流水线

12）多功能流水线：各段可以进行不同连接以实现不同功能的流水线

13）静态流水线：同一时间段内，只能进行一种功能的流水线

14）动态流水线：同一时间段内，可以进行多种功能的流水线

15）顺序流水线：输入端任务流入的顺序和输出端任务流出的顺序相同的流水线

16）乱序流水线：输入端任务流入的顺序和输出端任务流出的顺序不同的流水线

17）流水线吞吐率：单位时间内流水线完成任务的数量

18）流水线加速比：完成同样一批任务，使用流水线花费的时间和不使用流水线花费的时间之比

19）流水线的效率：流水线中设备的实际使用时间和整个运行时间的比值

20）数据相关：此次运算需要前一次运算的结果作为数据

21）名相关：两个操作使用了相同的寄存器或者存储器

22）控制相关：根据分支指令的执行结果确定后面程序的运行

23）反相关：名相关的一种，指令i读的名和指令j写的名相同，简称i读j写

24）结构冲突：硬件资源不足引起的冲突

25）数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要晕倒前面的指令的执行结果引起的冲突

26）控制冲突：流水线遇到的分支指令或者其他会改变pc值的指令所引起的冲突

27）定向技术：把计算结果从产生位置直接放到需要的位置

28）多级存储层次：采用多种存储器技术的存储器结构

29）命中时间：cpu访问存储系统时，找到所需数据花费的时间

30）不命中率：cpu访问存储系统时，没有找到所需数据的比率

31）不命中开销：cpu访问存储系统时，没有找到所需数据花费的时间

32）全相连映像：主存中的任意一块对应Caceh中的任意一个位置

33）直接映像：主存中的任意一块对应Caceh中的唯一一个位置

34）组相连映像：主存中的任意一块对应Caceh中的一组位置

35）写直达法：写入cache之后，直接写入下一级存储器

36）写回法：只写入caceh中，只有该块被替换时，才写入下一级存储器

37）强制性不命中：第一次访问时，Cache中没有该程序的任何数据而产生的不命中

38）容量不命中：因为Cache容量限制导致某些块被替换出去之后又再次访问该块而放到不到的不命中

39）冲突不命中：被替换出去的块又要访问而产生的不命中（不是因为Caceh容量）

40）2：1Caceh经验规则：大小为N的直接映像Cache的失效率约等于大小为N/2的两路组相连Cache的失效率

41）相连度：

42）牺牲Cache：指在Cache和其下一级存储器的数据通路上的一个全相连的小Cache

43）系统响应时间：指计算机对用户的请求做出反映的时间

44）可靠性：规定条件下完成预定功能的能力

45）可用性：考察某个时间，系统正常运行的概率期望

46）RAID：独立冗余磁盘阵列

47）互连网络：一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络

48）互连函数：表示输入端号和输出端号连接关系的函数

49）网络规模：网络中结点个数

50）网络直径：网络中任意两点间的最大距离

51）静态互连网络：各结点间有固定连接通路且在运行中不能改变的网络

52）动态互连网络：由交换开关构成可以按照程序的要求动态改变连接状态的网络

53）集中式共享多处理机：多个处理器共享一个存储器的多处理机系统

54）分布式共享多处理机：多个处理器共享多个存储器的多处理机系统

55）多Caceh一致性：多个Cache中的同一个数据要求保持一致的特性

56）写作废协议：通知其他保留该数据副本的Cache作废副本数据的协议

57）写更新协议：通知其他保留该数据副本的Cache更新该副本数据的协议

1.什么是软件兼容？软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？

同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。 软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后兼容是软件兼容的根本特征。

2.试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。

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。 一种系统结构可以有多种组成；一种组成可以有多种实现。同一系列机中各种型号的机器具有相同的系统结构，但采用不同的组成和实现技术，因而具有不同的性能和价格。

3.计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？ （1）大概率事件优先原则：对于大概率事件(最常见的事件)，赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。 （2）Amdahl定律：加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。 （3）程序的局部性原理：程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。

4.根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 系统加速比依赖于两个因素： （1）可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例。 （2）部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高。

5.计算机系统中提高并行性的技术途径有哪三种？ （1）时间重叠。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。 （2）资源重复。通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。 （3）资源共享。这是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。

6.从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？ （1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 （4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 （5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。

7.RISC的设计原则是什么？

（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。 （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。 （3）所有指令长度均相同。 （4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。 （5）以简单、有效的方式支持高级语言。

8.MIPS采用哪几种寻址方式？ 寄存器寻址，立即数寻址，偏移寻址

9.流水技术有哪些特点？ （1）流水过程由多个相联系的子过程组成，每个过程称为流水线的“级”或“段”。 （2）每个子过程由专用的功能段实现。 （3）各个功能段所需时间应尽量相等。 （4）流水线需要有“通过时间”，在此之后流水过程才进入稳定工作状态，每一个时钟周期(拍)流出一个结果。 （5）流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。

10.在5段流水线中，一条指令的执行需要几个时钟周期？它们分别是什么？ 一条指令的执行需要5个时钟周期。它们分别是：取指令周期（IF）、指令译码/读寄存器周期（ID）、执行/有效地址计算周期（EX）、存储器/分支完成周期（MEM）、写回周期（WB）。

11.评价流水线的性能指标是什么？ (1) 吞吐率：指在单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。 (2) 流水线的加速比：指m段流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。 (3) 效率：指流水线的设备利用率。

12.什么叫相关？流水线中有哪几种相关？ 相关是指两条指令之间存在某种依赖关系。确定程序中指令之间存在什么样的相关，对于充分发挥流水线的效率有重要的意义。 相关有3种类型，分别是数据相关（也称真数据相关）、名相关、控制相关。

13.单级存储器的主要矛盾是什么？通常采取什么方法来解决？ 主要矛盾： (1) 速度越快，每位价格就越高。 (2) 容量越大，每位价格就越低。 (3) 容量越大，速度越慢。 采取多级存储层次方法来解决。

14.在存储层次中应解决哪四个问题？ （1）映像规则：当把一个块调入高一层存储器时，可以放到哪些位置上。 （2）查找算法：当所要访问的块在高一层存储器中时，如何找到该块。 （3）替换算法：当发生失效时，应替换哪一块。 （4）写策略：当进行写访问时，应进行哪些操作。

15.地址映像方法有哪几种？它们各有什么优缺点？ （1）全相联映像。实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。Cache空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache的失效率也低。 （2）直接映像。实现查找的机制简单，速度快。Cache空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。 （3）组相联映像。组相联是直接映像和全相联的一种折中。

16.写策略主要有哪两种？它们各有什么优点？ (1) 写直达法：易于实现，而且下一级存储器中的数据总是最新的。 (2) 写回法：速度快，写操作能以Cache存储器的速度进行。而且对于同一单元的多个写最后只需一次写回下一级存储器，有些“写”只到达Cache，不到达主存，因而所使用的存储器频带较低。

17.伪相联的基本思想是什么？ 采用这种方法时，在命中情况下，访问Cache的过程和直接映像Cache中的情况相同；而发生失效时，在访问下一级存储器之前，会先检查Cache另一个位置（块），看是否匹配。确定这个另一块的一种简单的方法是将索引字段的最高位取反，然后按照新索引去寻找伪相联组中的对应块。如果这一块的标识匹配，则称发生了伪命中。否则，就只好访问下一级存储器。

18.采用二级Cache的基本思想是什么？ 通过在原有Cache和存储器之间增加另一级Cache，构成两级Cache。把第一级Cache做得足够小，使其速度和快速CPU的时钟周期相匹配，而把第二级Cache做得足够大，使它能捕获更多本来需要到主存去的访问，从而降低实际失效开销。

19.采用容量小且结构简单的Cache有什么好处？ （1）可以有效地提高Cache的访问速度。因为硬件越简单，速度就越快。小容量Cache可以实现快速标识检测，对减少命中时间有益。 （2）Cache足够小，可以与处理器做在同一芯片上，以避免因芯片外访问而增加时间开销。 （3）保持Cache结构简单可采用直接映像Cache。直接映像Cache的主要优点是可以让标识检测和数据传送重叠进行，这样可以有效地减少命中时间。

20 “虚拟索引＋物理标识” Cache的基本思想是什么？ 直接用虚地址中的页内位移（页内位移在虚实地址的转换中保持不变）作为访问Cache的索引，但标识却是物理地址。CPU发出访存请求后，在进行虚实地址转换的同时，可并行进行标识的读取。在完成地址变换之后，再把得到的物理地址与标识进行比较。

21.在分布式存储器结构的机器中，将存储器分布到各结点有什么好处？ 将存储器分布到各结点有两个好处： 第一，如果大多数的访问是针对本结点的局部存储器，则可降低对存储器和互连网络的带宽要求。 第二，对局部存储器的访问延迟低。分布式存储器结构最主要的缺点是处理器之间的通信较为复杂，且各处理器之间访问延迟较大。