大学专业试卷计算机体系结构试卷A-及答案.doc

院系：—————— 专业班级：——————— 姓名：——————— 学号：——————
装 订 线
计算机体系结构课程试卷A
适用专业： 考试日期： 闭卷
所需时间：120分钟 总分：100分
（所有的答案写在答题纸上）
一、单选题（每空1分，共10分）
1、Amdahl提出的系统结构指的是计算机系统多级层次结构中的（ ）级程序员所看到的计算机属性。
A、微程序机器 B、应用语言虚拟机
C、汇编语言虚拟机 D、传统机器语言
2、浮点加法流水线属于（ ）流水线。
A、处理机间 B、处理机级 C、指令 D、部件级
3、表达式C=A+B在（ ）类型的指令集结构的代码为load R1,A;add R1,B;store R1,C;(假设A，B，C均保存在存储单元中)
A、寄存器RM B、累加器 C、寄存器RR D、堆栈
4、近年来，（ ）计算机已经成为通用多处理机系统结构的选择。
A、SIMD B、MIMD C、SISD D、MISD
5、（ ）不受Cache容量的影响。
A、容量失效　　　 B、冲突失效 C、强制性失效 D、碰撞失效
6、两条指令i（在前）和j（在后），如果指令j写的名与指令i读的名相同，则称指令i和j发生了（ ）。
　 A、输出相关　　 B、控制相关　　 C、数据相关　 D、反相关
7、大多数多处理机的计算机采用（ ）来保证Cache中数据的一致性
A、写更新 B、写作废 C、写直达 D、写回法
8、大部分RISC指令集采用了哪种编码格式？（ ）
A、变长编码 B、混合编码 C、定长 D、Huffman
9、Cache替换算法中，（ ）最好地反映了程序的局部性原理。
A、随机法 B、LRU C、FIFO D、FILO
10、有些流水线处理机只有一个存储器（数据和指令存储在一起），因此可能在多个指令进入流水线时发生结构冲突，以下哪种方式不可解决上述问题？（ ）
　 A、设置相互独立的指令存储器和数据存储器
B、设置停顿
C、定向技术
D、设置相互独立的指令Cache和数据Cache
二、填空题（每空1分，共10分）
1、先行控制技术是 技术和 技术的结合。
2、现代的计算机几乎都同时具有____________和________两种存储层次结构。
3、实现Cache一致性的方案中，常采用_______协议和______协议来跟踪共享数据状态。
4、根据任务流入和流出的顺序可将流水线分为__________和_________。
5、指令的执行可采用顺序执行、_________和_________3种方式。

三、简答题（共40分）
1、什么是存储程序计算机？（5分）

2、什么是互连网络？（5分）

3、说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。（10分）

4、简述RISC指令集结构的设计原则。（10分）

5、地址映像方法有哪几种？它们各有什么优缺点？（10分）

四、计算题（共40分）
1、有一条静态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2⊿t，其余各段的时间均为⊿t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水寄存器中。现要在该流水线上计算 ，画出其时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。(15分)

2、假设对指令Cache的访问占全部访问的80%；而对数据Cache的访问占全部访问的20%。Cache的命中时间为2个时钟周期，失效开销为40个时钟周期，在混合Cache中一次load或store操作访问Cache的命中时间都要增加1个时钟周期，64KB的指令Cache的失效率为0.15%，64KB的数据Cache的失效率为3.77%，128KB的混合Cache的失效率0.95%。又假设采用写直达法策略，且有一个写缓冲器，并且忽略写缓冲器引起的等待。试问指令Cache和数据Cache容量均为64KB的分离Cache和容量为128KB的混合Cache相比，哪种Cache的失效率更低？两种情况下平均访存时间各是多少？（15分）

3、一个具有16台处理机的系统，对远程存储器访问时间是1000ns。除了通信以外，假设计算中的访问均命中局部存储器。当发出一个远程请求时，本地处理机挂起。处理机的时钟周期时间是25ns，假设指令基本的CPI为1.0个时钟周期（设所有访存均命中Cache）。求在没有远程访问的情况下和有0.3%的指令需要远程访问的情况下，前者比后者快多少？（10分）

院系：—————— 专业班级：——————— 姓名：——————— 学号：——————
装 订 线
计算机体系结构课程试卷A答题纸
适用专业： 考试日期： 闭卷
所需时间：120分钟 总分：100分
一、单选题（每空1分，共10分）
1、（ ） 2、（ ） 3、（ ） 4、（ ） 5、（ ）
6、（ ） 7、（ ） 8、（ ） 9、（ ） 10、（ ）

二、填空题（每空1分，共10分）
1、___________、_____________
2、___________、_____________
3、___________、_____________
4、___________、_____________
5、___________、_____________

三、简答题（共40分）

四、计算题（共40分）(可写在背面)

《计算机系统结构》试卷A参考答案
一、
1、D 2、D 3、A 4、B 5、A 6、D 7、B 8、C、9、C 10、C

二、
1、缓冲、预处理
2、cache-主存、主存-辅存
3、目录、监听
4、顺序流水线、乱序流水线
5、重叠执行、流水线
三、
1、存储程序计算机的基本点是指令驱动。程序预先存储在计算机存储器中，计算机一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作
2、互连网络是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节点之间的相互连接。
3、计算机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面、即机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性；计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成和逻辑设计；计算机实现指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构、期间的集成度和速度等。
4、RISC应遵循以下原则
（1）指令条数少而简单
（2）采用简单而统一的指令格式，减少寻址方式
（3）指令的执行在单个时钟周期内完成
（4）只有load和store指令可访问存储器
（5）大多数指令都采用硬连逻辑实现
（6）强调优化编译器的作用
（7）充分利用流水技术提高性能
5、映像规则
（1）全相联（冲突小、实现复杂）
（2）直接映像（冲突大，实现简单）
（3）组映像（结合了前两者的优点）

四、计算题
1、时空图为：

由时空图可见，在19⊿t的时间中，给出了7个结果。所以吞吐率为
TP=。
如果不用流水线，由于一次求积需4⊿t，一次求和需4⊿t，则产生上述7个结果共需（4*4+3*4）⊿t=28⊿t。所以加速比为
S=
该流水线的效率可由阴影区和5个段的总时空区的比值求得
E=

2、80%*0.15%+20%*3.77%=0.87%
经比较比混合Cache的失效率略低一些
分离平均访存时间=80%*（2+0.15%*40）+20%*（2+3.77%*40）=2.35
混合平均访存时间=80%*（2+0.95%*40）+20%*(2+1+0.95%*40)=2.58

3、没有远程访问时，该计算机的CPI为1.0个时钟周期
有0.3%远程访问的计算机的实际CPI为
CPI=1.0*25+0.3%*1000/25=1.12
因此在没有远程访问情况下的计算机速度是有0.3%远程访问的计算机速度的1.12/1=1.12倍