10届夜大体结期中测验(带答案)(306人2012年4月专升本).doc

2010夜大专升本期中考试试题 (2012/04)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（AD）填入题后的括号内。（每小题 分，共 分）1. 2002年以来，计算机性能的年增涨率由原来的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很少；访存速度提高缓慢。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能的分配 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，各层相对顺序正确的是（B）。A. 汇编语言机器级操作系统机器级高级语言机器级B. 微程序机器级传统机器语言机器级汇编语言机器级C. 传统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功能不能改变的流水线 B用一时间内只能完成一串相同运算的多功能流水线C可同时执行多种功能的流水线 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.功能专用处理机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.立即寻址和寄存器间接寻址C. 偏移寻址和寄存器间接寻址 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.数据采用的数制和码制 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：（每小题 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，即概念性结构和功能特性。该定义指的是传统机器级的体系结构，即传统机器级语言程序员所看到计算机的属性。2. 根据操作数存储地址的不同。把指令集分成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. 提高并行性的途经，就其基本思想而言可以归纳为 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条基本原则是：a) 大概率事件优先；b) Amdahl定律；c) 程序的局部性原理；d) CPU性能公式。5. 决定CPU性能的因素是 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. 消除流水线瓶颈的方法有 部件功能细分 重复设置功能部件 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，结构冲突可以用 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 方法解决。考虑到 硬件成本 和 结构冲突并不是经常发生 ，设计者却会保留流水线中的结构相关。9. 数据相关分为RAWWAR和WAW由于 RAW 的两条指令之间有数据传输 称RAW为（真）数据相关 。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 其他会改变PC值的 指令时就会发生控制相关。解决控制相关的方法有 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的都是提高计算机的性能,但采取的途经不同。CISC是 强化指令功能，实现软件功能向硬件功能的转化 ；RISC是 尽可能降低指令集的复杂性，达到简化实现，提高性能的目的 。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+ ) di = ai( bi+ci ); 则向量指令间有 1 次数据相关和 2 次功能切换。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 次数据相关，有 14 次功能切换。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寄存器R1中去，而SUB指令在第4个周期的开始就需要这个数据了，所以定向技术不能解决上述指令序列中 LW 和SUB两条指令之间关于寄存器R1的数据相关。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，程序获得的加速比； （2）各类指令同时改进，程序获得的加速比。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=3.0912（ 分）设一台计算机的I/O系统处理时间占10%。当其CPU性能分别提高10倍和100倍， I/O性能保持不变时，系统性能会有什么变化？你认为这个计算结果验证了Amdahl定律的什么推论？ 解： S10=1/190%+（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，直到该分支指令到达流水线的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比例是多少？ 解： 方法一：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 ; 所以： 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% 方法二：因为非流水时CPI=5, 快一倍则CPI=2.5 所以有：2.5=（1Fe）1Fe(13) 2.5=13Fe ; 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100ns100ns200ns400ns. (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种不同方法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：51）指出下列指令间的相关类型。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, F1