系统分析师考试高频错题

计算机组成与体系结构---流水线技术

采用常规标量但流水线处理机（即该处理机的度m=1），连续执行16条指令的时空图如下图所示，从中可以看出，连续执行16条指令所需的时间为18t；

并不是和自己想想的一些，16条指令，分为三个步骤，取值、分析、执行；度为1的时候，是16*3；而是如上图所示，取值、分析、执行，是18t执行完毕；

当采用度m为4的超标量流水线处理机，连续执行上述16条指令时，时空图如下所示，从中可以看出，连续执行16条指令所需时间为6t

计算机组成与体系结构---局部性原理

程序访问的局部性原理包含量方面的含义：一是时间局部性，指程序在最近的未来要用到的信息很可能是现在正在使用的信息；二是空间局部性，指最近的未来要用到的信息与现在正在使用的信息很可能在空间上是相邻的或相近的，这是因为程序中大多数指令是顺序存放且顺序执行的，数据一般也是聚簇存储在一起的，程序访问局部性原理是存储层次得以构成和管理的主要依据。根据该原理，可以把空间位置向邻近的信息作为一块放到容器最小的第一级存储器M1中，在最近未来的一段时间内多次连续访问很可能都在M1的同一块中，从而使整个存储系统的访问速度接近于M1的速度。

计算机组成与体系结构---局部性原理

局部性原理是指在指定时间内，程序趋于在有限的内存区域内重复访问。通常将局部性为空间局部性和时间局部性。空间局部性是指已经访问过的内存地址附近的位置很可能被连续访问。时间局部性是指已经访问过的内存地址在较短的时间内还可能被多次访问。

计算机组成与体系结构---多级存储结构

按内存存取，是相联存储的最基本特点，Cache是一种非常经典的相联存储器；

计算机组成与体系结构---Cache

高速缓冲存储器是存在与主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片（SRAM）组成，容量比较小但是速度比主存高得多，接近于CPU的速度。Cache的功能是用来存放那些近期需要运行的指令与数据。Cache与内存之间的映射有三种不同的方式：全相联方式、直接相联方式、组相联方式。

1. 全相联方式，地址映射规则：主存的任意块可以映像到Cache中的任意一块。
   1. 主存与缓存分成相同大小的数据块；
   2. 主存的某一数据块可以装入缓存的任意一块空间中
2. 直接相联方式，地址映像规则：主存储器中一块只能映像到Cache的一个特定的块中；
   1. 主存与缓存分成相同大小的数据块
   2. 主存容量应是缓存容量的整数倍，将主存空间按缓存的容量分成区，主存中每一区的块数与缓存的总块数相等。
   3. 主存中某区的一块存入缓存时只能存入缓存中块号相同的位置
3. 组相联映像方式
   1. 主存和Cache按同样大小划分成块
   2. 主存和Cache按同样大小划分为组
   3. 主存容量是缓存容量的整数倍，将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组相同。
   4. 当主存的数据调用缓存时，主存与缓存的组号应相等，也就是各区中的某一块只能存入缓存的同组号的空间内，但组内各块地址之间则可以任意存放，即从主存的组到Cache的组之间的采用直接映像方式；在两个对应的组内部采用全相联映像方式。

这三种方式中，直接接相联的实现最为简单，但是由于直接相联中，内存块调入Cache时，只能进入特定块，这使得块冲突的可能性变得比较大。相比之下全相联中，内存块调入Cache并无限制，只要Cache中有空闲区，都能调入，所以块冲突可能性最大。组相联是全相联与直接相联的折中，所以排在中间。

计算机组成与体系结构---Cache

1. 随机算法（Random algorithm RAND）
2. 先进先出（FIFO）
3. 近期最少使用（Least Recently Used，LRU）算法，LRU算法是把CPU近期最少使用的块作为被替换的块，这种替换方法需要随时记录Cache中各个块的使用情况，以便确定那个块是近期最少使用的块，LRU算法相对合理，但是实现起来比较复杂，系统开销较大。通常需要对每一块设置一个称为“年龄计数器”的硬件或软件计数器，用以记录被使用的情况；
4. 最不经常使用也置换（Least Frequently Used LFU ）算法，要去在页置换时引用次数最小的页，因为经常使用的页应该有一个较大的引用次数，但是有些页在开始时使用次数很多，但是以后就不再使用，这类页将会长时间留在内存中，因此可以将引用计数存储器定时右移一位，形成指数衰减的平均使用次数。LFU的复杂度以及计数器规模都比LRU大，LRU只关注近期访问情况，而LFU会统计累计访问次数作为淘汰的依据。

计算机组成与体系结构---磁盘存储

第一空分析：系统读记录的时间为33/11=3ms，对于第一种情况：系统读出并处理记录R0后，将转到记录R2的开始处，所以为了读出记录R1，磁盘必须再转一圈，需要33ms（30ms到R1起始位置，3ms读完R1，刚好转一圈）的时间，这样，处理11个记录的总时间应为366ms，因为处理前10个记录（即R0...R9）的时间为10*（33+3）ms=360ms，读记录R10以及处理R10的时间为6ms，所以处理11个记录的总时间为=360ms+6ms=366ms

第二个空分析，对于第二种情况，若对信息进行分布优化的结果如下所示

从中可以看出，当读出记录R0并处理结束后，磁头刚好转至R1记录的开始处，立即就可以读出R1并处理，因此处理11个记录的总时间为：

11*（3ms（读记录）+3ms（处理记录））=11*6=66ms

计算机组成与体系结构---磁盘存储

本题考查的是操作系统中文件读取方面的知识，但在解题过程中，我们可以发现需要用到计算机组成原理中的流水线知识。因为进行处理时，每个数据要经过3个步骤：读入缓冲区、送至用户区、处理。这三个步骤中，有两个步骤是需要用到缓冲区的，这两个步骤执行时，缓冲区都不可以开始下一个磁盘区的处理工作，所以三个步骤可以合并为两个，读入缓冲区并送至用户区，处理。此时，可应用流水线的方式来提升效率。所以用户将大小为10的磁盘块File1文件逐步从磁盘读入缓冲区，并送至用户区进行处理，采用单缓冲时需要花费的时间为：

（100+60+50）+（10-1）*（100+60）=1650us

若在增加一个缓冲区，情况如图

从图可知，使用双缓冲区时，从磁盘向缓冲区中传送数据的工作可通过两个缓冲区持续交替进行，所以计算方式为：100*10+60+50=1110us

系统配置与性能评价---性能指标

计算机系统的性能一般包括两个大的方面，一个方面是它的可靠性或可用性，也就是计算机系统能正常工作的时间，其指标可以是能够持续工作的时间长度（例如：平均无故障时间），也可以是在一段时间内，能够正常工作的时间所占的百分比；另一方面是它的处理能力或效率，这又分为三类指标，第一类指标是吞吐率（例如，系统在单位时间内能处理正常作业的个数），第二类指标是响应时间（从系统得到输入到给出输出之间的时间），第三类指标是资源利用率，即在给定的时间区间内，各种部件（包括设备和软件系统）被使用的时间与整个时间之比。当然，不同的系统对性能指标的描述有所不同，例如，计算机网络系统常用的性能评估指标为信道传输速率、信道吞吐量和容量，信道利用率，传送延迟，响应时间和负载能力等；

系统配置与性能评价---性能指标

1. 并发用户数：在同一时间段与服务器进行了交互的在线用户数量
2. 吞吐率：吞吐率指一个业务系统在单位时间内提供的产量（或服务量）。在计算机或数据通信系统，，指的是单位时间内通过某通信信道（a communication channel）或某个节点成功交付数据的平均速率
3. 系统响应时间：是计算机对用户的输入或请求作出反应的时间
4. 资源利用率：即在给定的时间区间中，各种部件（包括硬件设备和软件系统）被使用的时间与整个时间之比。

系统配置与性能评价---性能评价方法

1. 指令执行速度法：在计算机发展的初期，曾用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度。因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘法、除法等其他算术运算的速度，而且逻辑运算、转移指令等简单指令的执行时间往往设计成与加法指令相同，因此，加法指令的运算速度有一定的代表性。表示机器运算速度的单位MIPS（每秒执行指令百万条）。
2. 等效指令速度法：等效指令速度法也称为吉普森混合法（Gibson mix）或混合比例算法，是通过各类指令在程序中所占的比例进行计算得到的。若各类指令的执行时间为t1，则等效指令的执行时间为。对某些程序来说，采用等效指令速度法可能严重偏离实际，尤其是对CISC系统，因为某些指令的执行时间是不固定的，数据的长度，cache的命中率，流水线的效率等都会影响计算机的运算速度。
3. 综合理论性能法：GTP是美国政府为限制较高性能计算机出口所设置的运算部件综合性能估算方法，GTP用MTOPS（Million Throretical Operations Per Second，每秒百万次理论运算）表示。CTP的估算方法是，首先算出处理部件每个计算单元（例如：定点加法单元、定点乘法单元、浮点加法单元、浮点乘法单元等）的有效计算率，再按不同字长加以调整，得出该计算单元的理论性能，所有组成该处理部件的计算单元的理论性能之和即为CTP；
4. 基准程序法：是针对老一代的系统性能评估方法提出的改进方案，老一代的方法，如时钟频率法，指令执行速度法，等效指令速度法，数据处理速率法存在一个通病，即主要针对CPU（有时包括主存）的性能进行评估，但未考虑IO结构，操作系统，编译程序的效率等对系统性能的影响，所以这些方法的评估结果是片面的。而基准程序法评估较为全面。

系统配置与性能评价---性能评价方法

1. 时钟频率法：以时钟频率高低衡量速度。
2. 数据处理速率法（PDR Processing Data Rate）：PDR值的方法来衡量机器性能，PDR值越大，机器性能越好；PDR的特点：考虑CPU+存储；
3. 综合理论性能法（CTP Composite Theoretical Performance）：CTP用MTOS表示；CTP的估算方法是，首先算出处理每个计算单元的有效计算率，再按不同字长加以调整，得出该计算单元的理论性能，所有组成该处理部件的计算单元的理论性能之和即为CTP。
4. 基准程序法：把应用程序中用的最多，最频繁的那部分核心程序作为评估计算机系统性能的标准程序，称为基准测试程序，称为基准测试程序（benchmark）。基准程序法是目前一致承认的测试系统性能的较好方法。

系统配置与性能评价---其他

信息系统建设中，系统的运行维护日常管理工作非常重要，这是能否持续产生效益的重要问题。只注重开发不重视运维就很难持续获得效益。许多系统建成之后就束之高阁的原因就在于此。

系统的运维工作包括对系统的运行进行持续的性能监测

1. 检查系统的资源是否得到最佳的利用（以便对资源进行必要的调配）；
2. 检查并记录系统运行的异常情况（以便进行维护维修）；
3. 检查业务量的动态变化情况，对业务处理量的增长进行合理预测，以便及时采用有关的措施。

至于系统所采用的技术是否落后，要看是否影响应用，适合应用的技术就是好技术。不顾应用需要而过于频繁更新技术则会浪费资金。