计算机体系结构参考答案B卷

1、?计算机体系结构?参考答案B卷一. 简要答复以下各题(共20分，每题4分)1.软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？(1)等效性：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，即软件的功能可用硬件或固件完成； 硬件的功能也可用软件模拟完成。(2)不等效性：软件和硬件实现的性能价格比不同，实现的难易程度不同。2.透明性的概念？系列机的概念？透明性是指某一事物或属性实际存在，但从某种角度来看好象不存在，或者说看不出来。系列机是指具有相同体系结构、但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。3.列举流水线的3种相关及2种解决方法。结构相关：P86数据相关：P86控制相关：P86气泡(延退)法，直

2、接通路(定向)法4.列举Cache-Memory存储层次中2种写策略方法、2种写分配方法。写直达法：P183写回法：P183按写分配法：P183不按写分配法：P1835.列举3种通道类型字节多路通道：P269数组多路通道：P269选择通道：P269二. 选择题(请选择一个最为准确的答案，共12分，每题2分)。1.计算机系统的层次结构按照由高到低的顺序分别为(C)。A.高级语言机器级，汇编语言机器级，传统机器语言机器级，操作系统机器级，应用 语言机器级，微程序机器级B.高级语言机器级，应用语言机器级，操作系统机器级，传统机器语言机器级，汇编 语言机器级，微程序机器级C.应用语言机器级，高级语言机

3、器级，汇编语言机器级，操作系统机器级，传统机器 语言机器级，微程序机器级D.应用语言机器级，操作系统机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级，微程序机 器级，传统机器语言机器级2.计算机系统结构设计时遵循三个软硬件取舍原那么，但(D)不在原那么之中。A.系统在现有硬件条件下有高的性能价格比B.不要限制组成和实现技术的采用C.为软件设计提供更多更好的硬件支持D.尽量发挥软件的优势3.指令系统的改良以不删除原有指令系统为前提，通过增加少量强功能新指令代替常用指令串，保证了软件(B),提高了编程效率。A.向前兼容B.向后兼容C.向上兼容D.向下兼容4. I/O的系统结构直接影响计算机系统的性能，包括主

4、存、CPU利用率、(D)、I/O速度和系统的兼容性等。A指令执行速度B . I/O设备容量C系统总线D.系统吞吐量5.衡量一个存储器性能可从(A )方面考虑。A.容量、速度、价格B.制造工艺、封装、材料C.容量、速度、功耗D . Cache-主存存储层次、主存-辅存存储层次、辅存-磁带存储层次6.流水方式是指(D)。三.填空题共18分，每空1分1.计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，计算机实现指的是计算机组成的物理实现。2.各机器级的实现主要靠 或，或者是这两者的结合。翻译，解释3.程序的局部性包括 _和_两个方面。 时间局部性和空间局部性4. CISC的设计途径是增强的功能以及设置由软

5、件子程序完成的功能，实现的硬化；RISC的设计途径是通过和 来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行速度。原有指令，新指令，软件功能，减少指令种数，简化指令功能5.在全相联映象、直接映象和组相联映象中，块冲突最小的是。Cache存贮器的地 址映象规那么一般不能用 ，否那么，主存Cache的地址映象表太大，查表速度太慢,硬件难以实现。全相联映象，全相联映象6.存储系统组织结构通常包括 、等3种存储结构。单字宽存储器，多字宽存储器，多体交叉存储器7.和N个子过程组成的流水线中，其结果的 输出速度取决于处理时间 的子过程。流水线吞吐率，效率，最长四.10分假设一个动态浮点乘法流水线如以下图所示 ，每个

6、功能段的时间均为At,其乘积 可直接返回输入端或暂存于相应缓存器中。 请画出实现AxBxCxD的时空图，并求出该流水线的吞吐率TP、加速比SP和效率E。输入阶加-尾数乘-*规格化-积-拟定算法：第一步计算AxB , CxD，设M=A xB, N=C xD第二步计算AXB9XD，即G=M XN时空图：空间规格化MNG尾数乘MNG阶乘MNG输入A,B C,DM,N时间输出M NG吞吐率TP、加速比SP和效率ETP=n/TK=3/7 .0.43/ . ：tSP=9/7 1.29E=(3 3 t)/( 3 7 ：t) 42.9%五.15分某计算机指令和数据的长度均为32位，CPU和存储器之间的数据宽度

7、也为32位。在CPU中执行一次算术运算的时间为100ns,访问一次存储器的时间为300ns,读/写通 用存放器的时间忽略不计。请分别按下述各种情况计算执行一条算术运算指令和一条取数/存数指令的最小时间假设取数 /存数指令在前，并画出指令执行示意图。1指令顺序执行，指令和数据存放在一个存储器中；2设置指令流水线，指令和数据放在一个存储器中；3设置指令流水线，有独立分开的指令存储器和数据存储器。A.多部件同时执行一条指令C.多部件同时解释一条指令B.多部件同时取出多条指令D.多部件同时解释多条指令解答：1指令顺序执行，指令和数据存放在一个存储器中；F:取指A:算术功能段FFFFFFAAAA时间最小

8、时间=300+300+300+100=1000(ns)(2)设置指令流水线，指令和数据放在一个存储器中;功能段FFFAFFFAAA时间最小时间=300+300+300+100=1000(ns)(3)设置指令流水线，有独立分开的指令存储器和数据存储器。功能段FFFAFFFAAA时间最小时间=300+300+100=700(ns)A. (15分)某计算机主存为1KB ,采用两路组相联(2-Way)映像，指令Cache容量为32B,每个块为8B。在该机执行如下循环程序：OK:LDF2, 0(R1)MULTDF4, F2, F0LDF6, 0(R2)ADDDF6, F4, F6SD0(R2), F6A

9、DDIR1, R1, #8ADDIR2, R2, #8SGTIR3, R1, DONEBEQZR3, OK4B,程序执行前指乡Cache的内容为空，Cache采用LRU替换算法。每条指令长度均为王存I1I9主存区Cache万林刀、块号001010000101010010110001011100110000010100000I3由映像图可见，退出循环前0组0块对应主存区号标识为001 1000组1块对应主存区号标识为001 0101组0块对应主存区号标识为001 0101组1块对应主存区号标识为001 011(2)循环20次地址分别为0, 1, 2, 3, 4, 0, 1, 2, 3, 4, 0

10、, 1, 2,012340123401-0000044444444-组2220022200111111111111组333333333装装装装替替命替命命替命入入入入换换中换中中换中命中率=(9 20-5-2 19)/(9 20)=137/180 ： 76%七.(10分)假设一台计算机具有以下特性：(1) 95%的访存在Cache中命中；(2) Cache块大小为4个字，Cache失效时整个块被调入；(3)CPU发出访存请求速率为1MBps ;(4)25%的访问为写访存，CPU每次只能读写一个字；(5)写命中时采用写直达法，写未命中时采用不按写分配法；(6)通道包含一个选择通道和一个字节多路通

11、道；(7)选择通道上连接3台磁盘机，传输率为800KB/S；(8)字节多路通道上连接2台针式打印机和20个终端，传输率分别为6.6KB/S和1KB/S。问：主存的频带至少设计为多少MBps才能符合要求？解答：考虑到在计算机系统中，I/O系统要与存储器打交道，CPU也要访问(R/W)存储器，因此：主存的实际流量(频带)=I/O系统引起的主存流量(fI/O_SYSTEM)+ CPU读操作引起的主存流量(fCPU_R)+ CPU写操作引起的主存流量(fCPU_W)其中，fI/O_SYSTEM=fselect+fbyte= max fselect_i+SUm fbyte_i = 800+6.6乂2+1 K20=833.2(KB/s)