2024年夜大体结期中测验带答案专升本.doc

夜大专升本期中考试试题 (/04)
《计算机体系结构》
姓名： 序号： 成绩：
注意事项：1、本试卷满分100分，考试时间120分钟；
2、请在原题空白处作答。请不要拆开装订。
题 号
一
二
三.1
三.2
三.3
三.4
三.5
总 分
得 分

一．单项选择题：在下列各题的4个备选答案中，只有1个答案是正确的，请把正确的答案的标号（A~D）填入题后的括号内。（每题 分，共 分）
1. 以来，计算机性能的年增涨率由本来的50%以上下降为20%。这导致对多核微处理器的研究开发。这标志着体系结构的重大转折。其原因是：（A）
A．单核的功耗太大；可开发的指令级并行性已经极少；访存速度提升迟缓。
B．微电子技术工艺限制了更大规模集成电路的制成。
C．单核微处理器的性能已经开发到了极限
D．多核处理器能占领更大的市场
2. BISC执行程序的速度比CISC快的原因是（C）。
A. RISC的指令系统的指令数较少 B. 程序在RISC上编译生成的目标程序较短
C. RISC的指令平均周期较少 D. RISC只允许Load指令和Store指令访存
3. 计算机系统结构指的是（A）
A．计算机系统中各机器级之间界面的划分和界面上下功效的分派
B. 程序员所看到硬件和插件在机器中的安排
C. 机器能够识别的各种数据表示
D. 计算机系统中各部分的组成和实现
4. 计算机系统层次结构中，从低层到高层，各层相对次序正确的是（B）。
A. 汇编语言机器级――－操作系统机器级―――高级语言机器级
B. 微程序机器级———老式机器语言机器级———汇编语言机器级
C. 老式机器语言机器级———高级语言机器级———汇编语言机器级
D. 汇编语言机器级———应用语言机器级———高级语言机器级
5. 从执行程序的角度看，并行性的等级从高到低为：(B)
A．指令内部并行；指令级并行；线程级并行；任务级并行；作业级并行。
B．作业级并行；任务级并行；线程级并行；指令级并行；指令内部并行。
C．指令内部并行；任务级并行；指令级并行；线程级并行；作业级并行。
D．指令内部并行；线程级并行；指令级并行；任务级并行；作业级并行。
6. 两个指令集相比，平均指令长度小的,其冗余位 (A)
A. 小 B. 大
C. 可大可小 D. 二者无关
7． 静态流水线是指（B）。
A．功效不能变化的流水线
B．用一时间内只能完成一串相同运算的多功效流水线
C．可同时执行多个功效的流水线
D．各段之间的连接固定不变的流水线
8． 利用时间重叠实现并行处理的是 （A）。
A．流水线处理机 B.多处理机
C．微处理机 D.功效专用处理机
9． 把流水线分为线性流水线和非线性流水线的依据是 （B）。
A．流水线的级别 B.流水线中是否有反馈回路
C．流水线所完成的处理 D.流水线各段之间的连接方式
10． 在各种寻址方式中使用频率最高的是 (A)
A. 立即寻址和偏移寻址 B.立即寻址和存储器间接寻址
C. 偏移寻址和存储器间接寻址 D.偏移寻址和存储器间接寻址
11. 在各种控制指令中使用频率最高的是 (D)
A.调用/返回指令 B.跳转指令
C.无条件分支 D.条件分支
12. 数据表示的含义是 (C)
A.数据采取的数制和码制 B.数据类型
C.硬件能直接识别的数据类型 D.数据的表示方式
13. 与线性流水线最大吞吐率有关的是 (B)
A.最快子过程的执行时间 B.最慢子过程的执行时间
C.最先进入流水线的子过程的执行时间 D.最后进入流水线的子过程的执行时间
二．填空题：（每题 分，共 分）
1. Amdahl提出的计算机体系结构定义: 计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构和功效特性。该定义指的是老式机器级的体系结构，即老式机器级语言程序员所看到计算机的属性。
2. 依照操作数存储地址的不一样。把指令集提成1. 堆 栈 型指令集2. 累 加 器 型指令集和3. 通 用 寄 存 器 型指令集 。
3. 提升并行性的途经，就其基本思想而言能够归纳为 时间重叠﹑资源重复﹑资源共享 三种。
4. 计算机体系结构设计和评测的4条基本标准是：
a) 大约率事件优先；
b) Amdahl定律；
c) 程序的局部性原理；
d) CPU性能公式。
5. 决定CPU性能的原因是 CPI ﹑ IC 和 f 。
6. 衡量流水线性能的参数是 吞 吐 率 ﹑ 加 速 比 和 效 率 。
7. 消除流水线瓶颈的措施有 部件功效细分﹑ 重复设置功效部件 等。
8. 流水线中指令重叠执行，当 硬件资源满足不了指令重叠执行的要求 时,发生结
构冲突，结构冲突能够用 相互独立的指令和数据存储器和独立的指令和数据Cache、多体交叉存储器等 措施处理。考虑到 硬件成本 和 结构冲突并不是常常发生 ，设计者却会保存流水线中的结构有关。
9. 数据有关分为RAW﹑WAR和WAW因为 RAW 的两条指令之间有数据传输
称RAW为（真）数据有关 。而称WAR为 反 相 关 ，WAW为 输 出 相 关 。
10. 当流水线中出现 分 支 指 令 或 其他会变化PC值的 指令时就会发生控制有关。处理控制有关的措施有 冻结/排空 、预测成功/失败 和 延 迟 槽 等
11． CISC与RISC指令集结构设计的目标都是提升计算机的性能,但采取的途经不一样。CISC是 强化指令功效，实现软件功效向硬件功效的转化 ；
RISC是 尽也许减少指令集的复杂性，达成简化实现，提升性能的目标 。
12． 指令集结构优化设计的目标 是用最短的二进制位数表示指令的操作信息和地址信息，使指令的平均字长最短其优化设计的评价标准是 平均指令长最短、冗余位最小 。
13. 用向量长度不受限制的向量处理机指令处理程序:
for ( i=0; i<=100; i++ )
{
d[i] = a[i]﹡( b[i]+c[i] );
}
则向量指令间有 1 次数据有关和 2 次功效切换。
14． 若用向量长度为15的向量处理机指令处理13题的程序，则向量指令间共有 7 次数据有关，有 14 次功效切换。
15． 在下列指令序列中 LW R1，0（R2）
SUB R4，R1，R5
AND R6，R1，R7
OR R8，R1，R9
因为 LW指令要到4个周期末尾才能把数据写到存储器R1中去，而SUB指令在第4个周期的开始就需要这个数据了，因此定向技术不能处理上述指令序列中 LW 和SUB两条指令之间有关存储器R1的数据有关。
三．计算题
1． （ 分）对于一台1GHz计算机执行标准测试程序，程序中指令类型，数量和每条指令改进前后的平均时钟周期数如下表所列：
指 令 类 型
指 令 数 ICi
改进前的CPIi
改进后的CPIi
整 数 运 算
40，000
2
1
数 据 传 送
70，000
10
2
浮 点 运 算
8，000
20
15
条 件 转 移
2，000
6
4
计算（1）整数指令单独改进，程序取得的加速比；
（2）各类指令同时改进，程序取得的加速比。
解： （1） S=（40*2+70*10+8*20+2*6）÷(40*1+70*10+8*20+2*6)
= 952/912
=1.044
(2) S= (40*2+70*10+8*20+2*6)÷(40*1+70*2+8*15+2*4)
= 952/308
=3.091

答：（1）S=1.044
（2）S=3.091

2．（ 分）设一台计算机的I/O系统处理时间占10%。当其CPU性能分别提升10倍和100倍， I/O性能保持不变时，系统性能会有什么变化？你以为这个计算成果验证了Amdahl定律的什么推论？

解： S10=1/{1—90%+（90%/10)}
=1/{10%+9%}
=1/19%≈5
S100=1/{1---90%+(90%/100)}
=1/{10%+0.9%}
=1/10.9%≈10

答：Amdahl定律的三个推论：

3. （ 分）在某个流水线处理器上运行一个程序，程序中的每条指令都分五段流水，对分支指令做最简单的处理，即“一旦检测到某条指令是分支指令，就暂停执行其后的所有指令，直到该分支指令抵达流水线的MEM段，确定了分支是否成功和新的PC值为止。”（假设理想流水线的CPI=1，），其运行时间比非流水运行快1倍，问原程序中分支指令在程序源代码中所占的百分比是多少？
解： 措施一：S= 1/{1-Fe+（Fe/Se）}
运行时间比非流水运行快一倍，则S=2.
而 Se1=5 ; Se2=5/(1+3)=5/4 ;
因此： 2=1/{(1-Fe)/5+(Fe/(5/1+3))}
2=1/{(1-Fe)/5+4Fe/5}
2=1/{(1+3Fe)/5}
(1+3Fe)/5=1/2
1+3Fe=2.5
Fe=50%
措施二：因为非流水时CPI=5, 快一倍则CPI=2.5
因此有：2.5=（1－Fe）×1＋Fe×(1＋3)
2.5=1＋3Fe ;
1.5=3Fe ; Fe=0.5
答：原程序中分支指令在程序源代码占50%。

4. （ 分）某一指令流水线由4段组成，各段执行时间分别为100ns﹑100ns﹑200ns﹑400ns.
(1)连续向该流水线输入20条指令,计算其实际吞吐率,最大吞吐率和效率。
(2)请用3种不一样措施消除该流水线的瓶颈,计算它们的实际吞吐率,最大吞吐率和效率。
解：

5．1）指出下列指令间的有关类型。
2）写出消除其中的WAR冲突和WAW冲突的指令序列。
DIV .D F0, F2, F4
ADD .D F6, F10, F8
S .D F6, 0(R1)
SUB .D F8, F10, F14
MUL .D F6, F10, F8

答：2)ADD .D和MUL .D指令之间存在一个有关F6的输出有关，这个有关也许导致一个WAW冲突；ADD .D和SUD .D指令之间存在一个有关F8的反有关，这也许导致一个WAR冲突。消除这两类冲突的指令序列为：
DIV .D F0, F2, F4
ADD .D S, F10, F8
S .D S, 0(R1)
SUB .D T, F10, F14
MUL .D F6, F10, T