2019计算机系统原理考题回忆版.docx

### 2019年计算机系统原理考试知识点回顾 #### 简答题解析 1. **摩尔定律的发展原因及后摩尔定律时代的影响** - **摩尔定律的发展原因**： - 摩尔定律最初是由英特尔联合创始人戈登·摩尔提出的，它指出集成电路上可容纳的晶体管数目大约每两年翻一番。 - 发展原因主要包括材料科学的进步、制造工艺的改进以及市场需求的增长等。 - 随着半导体技术的进步，尤其是光刻技术的发展，使得在更小的面积上集成更多的电子元件成为可能。 - **后摩尔定律时代的软硬件影响**： - 后摩尔定律时代，随着物理极限接近，单纯依赖晶体管数量增加来提高性能变得越来越困难。 - 在软件方面，需要开发更加高效的算法和软件优化技术，利用并行计算等手段来提高系统的整体性能。 - 在硬件方面，则需要探索新的计算模型和技术，如量子计算、神经形态计算等。 2. **CPU速度提升一倍对执行时间的影响** - 如果CPU的速度提升了一倍，对于计算密集型任务而言，理论上执行时间将减少一半。 - 然而，在实际应用中，由于其他因素（如I/O操作、内存访问延迟等）的限制，执行时间的减少往往不会达到理想状态。 - 对于那些受限于非CPU性能瓶颈的任务（例如内存带宽），CPU速度的提升可能对整体执行时间的影响较小。 3. **内存墙的定义及其优化方法** - **内存墙定义**：指在计算密集型应用中，由于CPU速度远高于内存速度导致的数据传输瓶颈现象。 - **优化方法**： - 使用高速缓存（Cache）：通过引入多级缓存机制减少CPU等待数据的时间。 - 采用更高效的内存技术，如DDR5等。 - 数据预取技术：预测程序可能访问的数据，并提前加载到缓存中。 - 并行计算：通过并行处理技术提高数据处理速度，从而缓解内存墙效应。 4. **多级页表的优缺点** - **优点**： - 减少页表占用的空间：通过多级页表结构可以减少单个页表项的数量，进而减少内存空间的占用。 - 加快地址转换速度：多级页表结构可以将地址转换过程分解为多个步骤，每个步骤处理的部分地址信息更少，从而提高转换效率。 - **缺点**： - 增加了地址转换的复杂性：需要多次访问内存才能完成一次地址转换，可能会增加访问延迟。 - 管理复杂度增加：需要维护多级页表之间的关系，增加了操作系统内核的工作量。 5. **RISC与CISC架构的区别** - **RISC（精简指令集计算机）**： - 特点是具有较少的指令集，每条指令的功能相对简单。 - 通常采用固定长度的指令格式，便于编译器优化。 - 更依赖于编译器进行优化，以减少指令数。 - **CISC（复杂指令集计算机）**： - 特点是拥有复杂的指令集，每条指令能够执行更多的功能。 - 指令长度不固定，可以根据需要调整。 - 相对于RISC来说，硬件设计更为复杂，但某些情况下可以直接执行高级语言的指令，减少了编译步骤。 #### 应用题解析 1. **汇编语言转为C语言** - **转换要点**： - 理解汇编语言中的寄存器和内存操作方式。 - 将汇编指令映射到C语言中的相应操作。 - 注意数据类型和范围的转换。 2. **拆炸弹实验** - **源文件、汇编文件、可执行文件的区别** - **源文件**：包含源代码的文件，用于编写程序。 - **汇编文件**：经过预处理器处理后的文件，包含汇编语言指令。 - **可执行文件**：经过链接后形成的二进制文件，可以直接运行。 - **实验过程使用工具及实验思路** - 工具包括但不限于编译器、链接器等。 - 思路通常是先理解问题背景，然后设计解决方案，最后通过调试确保程序正确性。 3. **连接器** - **强弱信号** - 指信号的强度，一般在数字电路中表示为高电平或低电平。 - **实现结果** - 实现的结果取决于具体的设计目标，可能是特定的逻辑功能或其他性能指标。 - **大小端法** - 大小端法是指数据在内存中的存储顺序。 - 大端模式下，数据的高位字节存储在较低的地址位置；而在小端模式下则相反。 #### 优化题解析 1. **malloc函数乘法漏洞** - **漏洞原理**：由于`malloc`函数在分配内存时可能存在整数溢出等问题，导致攻击者可以通过构造特定的数据输入来触发内存分配错误。 - **优化措施**：采用安全的内存分配函数，比如`calloc`，或者在调用`malloc`前后进行严格的边界检查。 2. **Cache命中率计算** - **计算方法**：通常采用公式\[ \text{命中率} = \frac{\text{命中次数}}{\text{总访问次数}} \]来计算。 - **影响因素**：包括Cache的大小、替换策略等。 3. **矩阵转置** - 给定矩阵\[A[i][j]\]，要求计算其转置矩阵\[B[j][i]\]。 - **优化方法**： - 采用循环展开等技术减少循环开销。 - 使用缓存友好的访问模式来提高缓存利用率。 4. **函数优化** - **递归实现阶乘** - 使用递归的方式实现阶乘函数。 - **优化** - 可以采用尾递归优化或使用迭代代替递归来提高效率。 - **debug** - 进行调试以确保函数的正确性和性能。 #### 考后总结分析 - 开卷考试意味着考生需要具备良好的理解和应用能力，而不仅仅是记忆。 - 强调了平时学习的重要性，特别是对课程中重点例子的理解和应用。 - 提示学生在复习时要注意效率，避免不必要的打印资料，确保时间的合理利用。 - 表达了对教师的感激之情，并提到了选择新工科方向的幸福感。 - 最后提及了正在进行的FPGA实验报告，暗示了课程的实践性质较强。