251013¶
五段基本流水线
| 阶段名（中文） | 英文缩写 | 主要工作 | 发生时间 |
|---|---|---|---|
| 取指令 | IF (Instruction Fetch) | 从内存中取出下一条指令 | 周期 t1 |
| 指令译码/寄存器读 | ID (Instruction Decode / Register Read) | 解析指令，读取寄存器的操作数 | t2 |
| 执行 / 地址计算 | EX (Execute) | 进行运算（比如加法）、计算内存地址 | t3 |
| 访存 | MEM (Memory Access) | 如果需要访问内存（比如 lw/sw），就在这一步 | t4 |
| 写回寄存器 | WB (Write Back) | 把运算结果写回寄存器（如 R1） | t5 |
Question
在无转发机制的五段基本流水线中，下列指令序列存在数据冒险的指令对是（ ）。
I1: add R1, R2, R3; (R2)+(R3)→R1
I2: add R5, R2, R4; (R2)+(R4)→R5
I3: add R4, R5, R3; (R5)+(R3)→R4
I4: add R5, R2, R6; (R2)+(R6)→R5
A. I1 和 I2
B. I2 和 I3
C. I2 和 I4
D. I3 和 I4
Success
B
首先指令编号越大，执行得相对越晚。
其次流水线实际上形如
| 周期 | I1 | I2 | I3 | I4 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | IF | |||
| 2 | ID | IF | ||
| 3 | EX | ID | IF | |
| 4 | MEM | EX | ID | IF |
| 5 | WB | MEM | EX | ID |
| 6 | WB | MEM | EX | |
| 7 | WB | MEM | ||
| 8 | WB |
就是像字面上的流水线，五个工人轮流做。
数据冒险即，同一个周期内，一个工人正准备修改当前这个数据，另一个工人又想拿来用。即同时出现 MEM 和 WB。
即 \(I_{i-1}\) 在写，\(I_{i}\) 在读。
Question
TCP的协议数据单元被称为（ ）。
A、比特 B、帧 C、分段 D、字符
Success
C
Question
下列关于操作系统结构的说法中，正确的时（）。
Ⅰ、当前广泛使用的Windows XP操作系统，采用的是分层式OS结构
Ⅱ、模块化的OS结构设计的基本原则是，每一层都仅使用其底层所提供的功能和服务，这样就使系统的调试和验证都变得容易
Ⅲ、由于微内核结构能有效支持多处理机运行，故非常适合于分布式系统环境
Ⅳ、采用微内核结构设计和实现操作系统具有诸多好处，如添加系统服务时，不必修改内核、使系统更高效。
A、Ⅰ和Ⅱ B、Ⅰ和Ⅲ C、Ⅲ D、Ⅲ和Ⅳ
Success
答案：C
Windows是宏内核操作系统，Ⅰ错误。
Ⅱ描述的是层次化构架的原则。
在微内核构架中，客户和服务器之间、服务器和服务器之间的通信采用消息传递机制，这就使得微内核系统能很好地支持分布式系统，Ⅲ正确。
添加系统服务时不必修改内核，这就使得微内核构架的可扩展性和灵活性更强；微内核构架的主要问题是性能问题，“使系统更高效”显然错误，恰恰相反。
Question
在调试程序时，可以把所有输出送到屏幕显示，而不必正式输出到打印设备，其运用了（ ）.
A.Spooling技术 B.I/O重定向 C.共享技术 D.缓冲技术
Success
B.I/O重定向
Question
单周期处理器中所有指令的指令周期为一个时钟周期。下列关干单周期处理器的叙述中，错误的是（ ）。
A. 可以采用单总线结构数据通路
B. 处理器时钟频率较低
C. 在指令执行过程中控制信号不变
D. 每条指令的CPI为1
Success
本题考察对CPU时钟周期的理解。
时钟周期：又称节拍周期，是处理操作的最基本单位。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。
单总线结构将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O设备之间、I/O设备与主存之间直接交换信息，但多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作，会造成总线冲突。单周期处理器不可以采用单总线结构数据通路。A错误。
假设一条指令分为五段①IF取值②ID译码和取数③EX执行④M访存⑤WB，每段执行需要一个时钟周期，若要在一个时钟周期内完成该指令，则需要5条总线并行，单总线显然无法满足要求，若要在单总线上完成，则需要串行执行5个时钟周期。单周期处理器采用单总线结构数据通路，好比上班高峰交通要道限速又限流，直接造成交通堵塞。
因为要考虑比较慢的指令，所以处理器的时钟频率较低，B正确。
因为在一个时钟周通常为一个节拍脉冲，控制信号时控制单元 (CU) 根据指令操作码发出的信号，一个时钟周期内的控制信号不变，单周期处理器中所有指令的指令周期为一个时钟周期，在指令执行过程中控制信号不变。C正确。
因为单周期处理器即指所有指令的指令周期为一个时钟周期，所以每条指令的CPI为1。D正确。
本题选A。
CPI
| 项目 | 含义 |
|---|---|
| CPI | 每条指令平均花的周期数 |
| 单周期处理器 | CPI 固定为 1 |
| 多周期 / 流水线处理器 | CPI 可能大于 1（甚至浮动） |
| 计算公式 | CPI = 总周期数 ÷ 指令数 |
| 性能影响因素 | CPI 越小，性能越好 |