计算机综合体系结构期末复习题.doc

《计算机体系结构》期末复习题
系别 _________ 班级 _________ 姓名__________ 学号__________
一、 填空题（每空1分）
1.根据弗林（Flynn）分类法，计算机系统能够分为4类：SISD计算机、______计算机、_______计算机和_______计算机。

2. 改善以后冯•诺依曼计算机只要特点是__________。

3. 目前计算机系统中存放系统是一个层次结构，其各层分别为__________。
4.高速缓冲存放器地址映象方法有三种，它们分别是：__________、__________、__________。
5.虚拟存放器三种管理方法是__________，__________和__________
6.现在计算机中常见数据有__________，__________和__________三种类型。
7.通常可能出现流水线相关性有__________。

8.处理中止引发流水线断流方法有_______和________。

9.现在向量处理机系统结构有两种：__________和__________。
10.通用计算机基础指令分为5类，它们分别是：__________。
11．实施指令x1=x2+x3；x4=x1-x5会引发__________类型数据相关，实施指令x5=x4*x3；x4=x0+x6会引发__________类型数据相关，实施指令x6=x1+x2；x6=x4*x5会引发__________类型数据相关。
12．多计算机网络中，通常出现4种通信模式是__________。
13.传统冯•诺依曼计算机是以控制驱动方法工作，以数据驱动方法工作经典计算机是_______，以需求驱动方法工作经典计算机是_______，以模式匹配驱动方法工作经典计算机是_______。

14.多流水线调度关键有三种方法：_______。
15. 早期冯•诺依曼计算机关键特点是_______
16.依据指令间对同一寄存器读和写操作前后次序关系，数据相关冲突可分为_______三种类型。
17．多流水线调度关键有三种方法：_______。
18.计算机模型按相关控制机制分类，可将计算机分为_______驱动，_______驱动，_______驱动，_______驱动四种类型。

二、名词解释（每题2分）
1.计算机体系结构：
2.系列机：
3.模拟:
4.程序局部性原理:
5.MIPS：
6.高速缓冲存放器:
7.虚拟存放器:
8.快表:
9.程序定位：
10.延迟转移技术：
11.窗口重合技术：
12.流水线技术：
13.动态流水线：
14.静态流水线：
15.线性流水线：
16.非线性流水线：
17.流水线吞吐率：
18.超流水线计算机：
19.向量分段开采技术：

三、简答题（每题5分）
1.什么是存放系统？
2.简述全相联映象规则。
3.简述直接相联映象规则。
4.引发Cache和主存内容不一致原因是什么？为了保持Cache一致性，在单计算机系统中通常采取哪些方法？
5.影响虚拟存放器命中率原因有哪些？它们是怎样影响？
6.模拟和仿真关键区分和适合场所是什么？
7.什么是程序直接定位方法？什么是程序静态定位方法？
8.什么是程序动态定位方法？
9.什么是指令重合解释方法？重合解释方法有哪三种？
10.什么是数据相关，数据相关冲突可分为哪三种类型？
11.如有一个经解释实现计算机，能够按功效划分成4级。每一级为了实施一条指令需要下一级N条指令解释。若实施第一级一条指令需K(ns)时间，那么实施第2、3、4级一条指令各需要用多少时间(ns)?
12.假设将某系统某一部件处理速度加紧到10倍，但该部件原处理时间仅为整个运行时间40%，则采取加紧方法后能使整个系统性能提升多少？
13.若某机要求有：三地址指令4条，单地址指令192条，零地址指令16条。设指令字长为12位，每个地址码长3位。问能否以扩展操作码为其编码？
14.简述冯。诺依曼计算机特征。
15.试述页式管理虚拟存放器工作过程。
16.简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自优缺点。
17.简述字节多路、数组多路和选择通道数据传送方法。
18.在指令编码中，缩短地址码方法很多，请列出三种缩短地址码方法，并说明理由。
19.指令流水线中止处理有哪 2 种方法？各有何优缺点？

20. 流水线按等级分为哪几类？从处理对象对流水线段使用要求来看，线性流水线和非线性流水线
21. 实现软件移植路径有哪些？各受到什么限制？
22.计算机系统 Flynn 分类法是按什么来分类？共分为哪几类？简明说
明各类特征。

四、问答和计算题（每题15分）
1.某机主存容量为512KB，Cache容量为32KB，每块大小为16个字（或字节）。划出全相联方法主、缓存地址格式、目录表格式及其容量。

2．主存容量为512KB，Cache容量为32KB，每块为64个字（或字节），缓存共分128组。划出组相联方法主、缓存地址格式、目录表格式及其容量。

3.什么是方体置换？写出方体置换函数表示式，假设互联网有16个结点，请画出4个方体置换函数（即C0，C1，C2，C3）输入端和输出端连接关系。

4.在页式虚拟存放器中，一个程序由P1～P5共5个页面组成。在程序实施过程中依次访问页面以下：P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2
假设系统分配给这个程序主存有3个页面，分别采取FIFO、LFU和OPT三种页面替换算法对这3页主存进行调度。
（1）画出主存页面调入、替换和命中情况表。
（2）统计三种页面替换算法页命中率。

5.一个有快表和慢表页式虚拟存放器，最多有64个用户，每个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。
（1）写出多用户虚地址格式，并标出各字段长度。
（2）写出主存地址格式，并标出各字段长度。
（3）快表字长为多少位？分多个字段？各字段长度为多少位？
（4）慢表容量是多少个存放字？每个存放字长度为多少位？

6.一个程序由五个虚页组成，采取LFU替换算法，在程序实施过程中依次访问地址流以下：
4，5，3，2，5，1，3，2，3，5，1，3
（1）可能最高页命中率是多少？
（2）最少要分配给该程序多少个主存页面才能取得最高命中率。
（3）假如在程序实施过程中访问一个页面，平均要对该页面内存放单元访问1024次，求访问存放单元命中率。

7.假设一台模型计算机共有10种不一样操作码，假如采取固定长操作码需要4位。已知多种操作码在程序中出现概率以下表所表示，计算采取Huffman编码法操作码平均长度，并计算固定长操作码和Huffman操作码信息冗余量（假设最短平均长度H＝3.1位）。
指令序号
指令使用频度Pi
指令序号
指令使用频度Pi
I1
0.17
I6
0.09
I2
0.15
I7
0.08
I3
0.15
I8
0.07
I4
0.13
I9
0.03
I5
0.12
I10
0.01

8.一台模型机各条指令频度以下：
ADD（加）：43% SHR（右移）：1%
SUB（减）：13% CLL（循环左移）：2%
JOM（按页转移）：6% CLA（累加器清0）：22%
STO（存）：5% STP（停机）：1%
JMP（转移）：7％
试设计这9条指令哈夫曼编码操作码表示和2-4等长扩展操作码表示，并计算这两种表示平均操作码长度。

9．用一条4段浮点加法器流水线求8个浮点数和: Z＝A＋B＋C＋D＋E＋F＋G＋H,求流水线吞吐率、加速比和效率,其中△t1=△t2=△t3=△t4=△t。
输入

S1

S2

S3

S4

输出

△
t
1

△
t
2

△
t
3

△
t
4

10.设有两个向量A，B，各有4个元素，若在图所表示静态双功效流水线上，计算向量点积：

其中，1→2→3→5组成加法流水线，1→4→5组成乘法流水线。
又设每个流水线所经过时间均为△t，而且流水线输出结果能够直接返回到输入或暂存于对应缓冲寄存器中，其延迟时间和功效切换所需时间全部能够忽略不计。请使用合理算法，能使完成向量点积A*B所用时间最短，并求出流水线在此期间实际吞吐率TP和效率E。

11.什么是均匀洗牌置换？写出均匀洗牌置换函数表示式，假设互联网有16个结点，请画出均匀洗牌置换输入端和输出端连接关系。
答：均匀洗牌置换是将输入端分成数目相等两半，前二分之一和后二分之一按序一个隔一个地从头至尾依次和输出端相连，立即输入端二进制地址循环左移一位即得到对应输出端二进制地址。其函数关系可表示为：

图略

12.什么是PM2I置换？写出PM2I置换函数表示式，假设互联网有16个结点，请画出PM2I置换当i＝2时输入端和输出端连接关系。
答：PM2I是对输入端编号加减2i次方后得到输出端编号。其函数关系可表示为：

图略

13.在一个时钟频率 f 为 40MHz 处理机上实施一个经典测试程序，该程序有 4 种类型指令，每种类型指令在程序中出现条数和每种指令 CPI 如表 1.1 所表示。计算这个测试程序在该处理机上运行 CPI 和对应 MIPS。

表 1.1 指令在程序中出现条数和每种指令 CPI

指令类型
指令条数
CPI
ALU
120 000
1
加载/存放指令（Cache 命中时）
36 000
2
转移指令
24 000
4
访存指令（Cache 不命中时）
20 000
8

14. 假设高速缓存 Cache 工作速度为主存 5 倍，且 Cache 被访问命中
概率为 90%，那么，采取 Cache 后能使整个存放系统取得多高加速比？

15.某个流水线由 4 个功效部件组成，每个功效部件实施时间全部为∆t。当连续输入 10 个数据后，停顿 5∆t，又连续输入 10 个数据，如此反复。画出时空图，计算流水线实际吞吐率、加速比和效率。

16.某虚拟存放器采取页式管理，主存容量为 4 个页面，使用 LRU 替换算法。若程序访存虚页地址流为：0，7，0，6，7，1，6，3，0，7，2，7，1，4，0，2
（1）画出该程序使用主存实页位置过程。
（2）计算该程序对主存命中率和缺失率。