计算机体系结构试卷2010-2011 2A(标准答案)

拟题学院 系 信息科学技术学院 适用专业 计算机 081 6 2010 2011 学年 2 学期 计算机系统结构 A 试题标准答 案 答案要注明各个要 点的评分标准 一 一 名词解释名词解释 每小题每小题 5 分 共分 共 20 分分 1 答 翻译技术是先把 N 1 级程序全部变换成 N 级程序后 再去执行新产生的 N 级程序 在 执行过程中 N 1 级程序不再被访问 解释技术是每当一条 N 1 级指令被译码后 就直接去 执行一串等效的 N 级指令 然后再去取下一条 N 1 级的指令 依此重复进行 2 答 当第一次访问一个块时 该块不在 Cache 中 需从下一级存储器中调入 Cache 这就是 强制性失效 3 答 容量为 N 的直接映象 Cache 的失效率约等于容量为 N 2 的两路组相联 Cache 的失效率 4 答 加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比 受限于该部件在系统中所占的重要性 二 二 简答题简答题 每小题每小题 10 分 共分 共 30 分分 1 答 增加块大小对于 Cache 失效率的影响是双重的 2 分 可以减少强制性失效 但是块 大小增加后 块数目减少 增加冲突失效 4 分 提高相联度之后 可以减少冲突失效 但是 在 Cache 容量一定的情况下 又会减少块的大小 引起强制性失效的增加 此外 提高相联度 是以增加命中时间为代价的 4 分 2 答 1 动态调度 通过硬件重新安排指令的执行顺序 来调整相关指令实际执行时的 关系 减少处理器空转 程序执行过程中 动态调度的核心思想是允许指令的乱序执行 3 分 2 Tomasulo 算法的执行包括 4 个步骤 4 分 流出 Issue 解决了指令间存在的结构相关或写后写相关 读操作数 Read Operand 记为 RO 解决了数据的先写后读 RAW 相关 执行 Execute 写结果 Write Result 检查读后写相关 3 Tomasulo 算法采用寄存器换名技术解决了写后写和读后写相关 即这两种相关不会引 起流水线停顿 只有写后读和结构相关会引起停顿 但是其硬件代价较大 3 分 3 答 指令集 结构类 型 优点缺点 寄存器 寄存 器 0 3 指令字长固定 指令结构简洁 是一种简单的代码生成模型 各 种指令的执行时钟周期数相近 与指令中含存储器操作数的指令系 统结构相比 指令条数多 目标代 码不够紧凑 因而程序占用的空间 比较大 拟 题 人 高树静 书写标准答案人 高树静 寄存器 存储 器型 1 2 可以在 ALU 指令中直接对存储 器操作数进行引用 而不必先用 load 指令进行加载 容易对指令 进行编码 目标代码比较紧凑 由于有一个操作数的内容将被破坏 所以指令中的两个操作数不对称 在一条指令中同时对寄存器操作数 和存储器操作数进行编码 有可能 限制指令所能够表示的寄存器个数 指令的执行时钟周期因操作数的来 源 寄存器或存储器 的不同而差 别比较大 存储器 存储 器 2 3 或 3 3 目标代码最紧凑 不需要设置存 储器来保存变量 指令字长变换很大 特别是 3 个操 作数指令 而且每条指令完成的工 作也差别很大 对存储器的频率访 问会使存储器成为瓶颈 这种类型 的指令系统现在已经不用了 三 三 计算题计算题 每小题每小题 10 分 共分 共 20 分分 1 答 1 4 分 4 分 在这种假设下 尽管 CPUB执行指令条数少 CPUA因为有着更短的时钟周期 所以比 CPUB快 2 在这种假设下 CPUB执行指令条数少 所以比 CPUA快 2 分 2 答 当非流水线执行指令是 指令的平均执行时间为 4 分 nsnsTPI444 410 5 404 20 40 ns10 非流水 在流水线实现中 指令的平均执行时间是最慢一段的执行时间加上额外开销 即 4 分 nsTPI111nsns10 流水 所以基本的 MIPS 流水线执行指令的加速比为 2 分 4 11 44 流水 非流水 TPI TPI S 四 四 综合分析综合分析 每小题每小题 15 分 共分 共 30 分分 1 答 1 第一条指令与第二条指令之间存在写后读相关 第二条指令与第三条和第四条指 令之间存在写后读相关 2 分 2 第二条指令与第三条和第四条指令之间的相关可以用定向解决 定向路径如下所示 6 分 A A AA CLKA CLKA CLK A iiCPU TIC TIC TCPIICT 2 1 801 202 A A BB CLKA CLKA CLK B iiCPU TIC TIC TCPIICT 25 1 25 1 601 202 AA CLKACPU TICT 2 1 AB CLKACPU TICT 1 1 3 第一条指令与第二条指令之间存在的