一填空題（每空1分，共30分）
1、系列機是指具有相同的體系結構 ，但具有不同組織和實現的一系列不同型號的機器。
2、儲存程式計算機結構上的主要特點之一是以運算器為中心。
3、從計算機系統結構的多級層次結構可知，通常情況下，第1、2、3級用解釋方法實現，第4或更高階用翻譯方法實現。
4、對於最常見的事件，通常賦予它優先的處理權和資源使用權，這是計算機體系結構設計中的大概率事件優先原則。
5、容量為64塊的cache採用組相聯方式映像，字塊大小為節，每4塊為一組，若主存容量為4096塊，且以字編址，那麼主存位址為 19 位，主存區號為 6 位。
6、可改進比例的值總是小於等於1 。
7、一般有兩種策略來儲存暫存器的內容,即： 呼叫者儲存和被呼叫者儲存 。
8、dlx指令集提供了立即數定址 、 暫存器定址 、 偏移定址和暫存器間接定址4種定址方式。
9、對某流水線處理器測試時發現其存在結構衝突，通常可採用資源重複和流水化功能單元方法解決該問題。
10、編譯器通過重新組織**順序消除暫停的技術被稱為指令排程 。
11、按照流水的級別可以把流水線分為部件級流水線、處理機級流水線和處理機間流水線 。
12、為解決流水線使用非流水資料通路的暫存器引起衝突，在流水線設計中採用暫存器檔案技術解決該問題。
13、cache的替換演算法常見的有 fifo 、lru 和隨機法 。
14、改進cache效能的方法主要有降低失效率 、減少失效開銷和減少cache命中時間。
15、減少流水線處理分支暫停時鐘週期數的途徑包括盡早判斷分支轉移是否成功和盡早計算出分支成功轉移的pc值 。
二、選擇題（1—15題，每題1分，共15分）
1、下面的指令中， a 不屬於risc處理器指令集。
ａ.add r4,[1000] ｂ.ld r3,(r4) ｃ.sub r4,r3 ｄ.sd 0(r3),r4
2. 在其它部件效能保持不變的情況下，對cpu效能的不斷改進並沒有獲得期望的結果，這主要是受到了 a 的影響。
a.amdahl定律 b.流水線c.指令集d.體系結構
3、對cache效能進行分析時，我們發現 a 不受cache容量的影響。
a．強制性失效 b．容量失效 c．衝突失效 d．3c失效
4、若某cpu只有乙個儲存器，採用dlx流水線並執行如下的程式段，①sd （r1）,r2 ②ld r3,(r1)#4③add 0(r1),#8④sub r3,r1；則該程式段中指令和指令的關係屬於 a 。
a 資料相關 b 名相關c 控制相關 d 結構相關
5、 在下列儲存器中訪問速度最慢的是 d 。
a cacheb sdramc dramd flash
6、最近計算機上採用的ssd（固態硬碟）實質上是 a 儲存器 。
a．flash b．磁碟 c．磁帶 d．光碟
7、計算機使用匯流排結構的主要優點是便於實現積木化，同時 c 。
a．減少了通訊傳輸量b．提高了通訊傳輸的速度
c．減少了通訊傳輸線的條數 d．有利於晶元中佈線
8、下面關於流水線的說法不正確的是 d 。
a 流水線由若干個「段」或「級」組成 b 流水線有「通過時間」
c 流水線的「各段時間」應盡量相等 d 流水線的」深度」越多越好
9、我們常說的32位處理器是指處理器的 a 是32位的。
a 資料匯流排 b 控制匯流排 c 位址匯流排 d 所有的匯流排
10、科學計算中採用向量處理機的主要原因是 a 較少。
ａ資料相關 ｂ控制相關 ｃ結構相關 ｄ非向量處理機
11、為了便於實現多級中斷，儲存現場資訊最有效的方法是採用_b__.。
a．通用暫存器 b 堆疊 c.儲存器d.外存
12、在下面描述的risc指令系統基本概念中不正確的表述是 a 。
a．選取使用頻率低的一些複雜指令，指令條數多。
b．指令長度固定
c．指令功能簡單
d．指令執行速度快
13、在下述i/o控制方式中，主要由程式實現的是 b 。
a．i/o處理機方式 b．中斷方式 c．dma方式 d．通道方式
14、以下屬於降低cache失效率的方法是 b 。
a．子塊放置技術 b．編譯器優化 c．採用兩級cache d．虛擬cache
15、現有乙個web伺服器，其它部分不變的情況下，若採用如下的增強方式：採用40個cpu，想要達到30的加速比，則序列部分的比率最大是 a 。
a．0.11 b．0.12c．0.10d． 0.13
三、簡述題（每題5分，共25分）
1、解釋如下幾個縮寫：risc、isa、mimd、raid、cache。
risc精簡指令集計算機
isa工業標準結構
mimd多指令流多資料流
raid廉價磁碟冗餘陣列
cache高速緩衝儲存器
2、試說明名相關的兩種型別。
反相關：指令i先執行，指令j寫的名是指令i讀的名。反相關指令之間的執行順序是必須保證的，反相關就是先讀後寫相關。
輸出相關：指令j和指令i寫相同的名。輸出相關指令的指令順序是不允許顛倒的。輸出相關就是寫後寫相關。
3、試說明定向技術的思想。
定向技術的思想是:在某條指令產生乙個計算結果之前，其他指令並不真正需要該計算結果，如果將該計算結果產生的地方直接送到其他指令需要他的地方，那麼就可以避免暫停。
4、試說明偽相聯cache的特點。
偽相聯cache既能獲得多路組相聯cache的低失效率，又能保持直接映像cache的命中速度。採用這種方法時，在命中情況下，訪問cache的過程和直接映像cache中的情況相同，而發生失效時，在訪問下一級儲存器之前會先檢查cache另乙個位置，看是否匹配。
5、試說明分布式共享多處理機的優缺點。
分布式儲存器結構的優點：
(1)如果大多數的訪問是針對本結點的區域性儲存器，則可降低對儲存器和互連網路的頻寬要求；
(2)對區域性儲存器的訪問延遲低。
主要缺點：處理器之間的通訊較為複雜，且各處理器之間訪問延遲較大。
四、圖表題（第一題6分，第二題9分，共15分）
1、（6分）下圖是寫操作流水化的硬體結構，試說明採用該技術的原因及其工作特點。
每個寫操作過程分為兩個階段完成，第一階段進行標識比較，並把標識和資料存入延遲寫緩衝器中，第二階段再進行寫入，這兩個階段按流水方式工作。這樣，當前的寫標識比較就可以和上乙個寫的資料寫入並行起來，實現每個時鐘週期完成乙個寫操作
2、（9分）下面是採用dlx浮點部件的tomasulo演算法執行過程中用到的狀態表，試填寫狀態表中的相關空白。 假定：浮點流水線的延遲如下：
加法2個時鐘週期，乘法10個時鐘週期，除法40個時鐘週期。給出subd 將要寫結果時狀態表的資訊。
只填寫相關部分空格。
五、計算題（第一題7分，第二題8分，共15分）
1.某risc處理機各類指令使用頻率和理想cpi（指令和資料訪問cache命中率為100％時的cpi）如下表所示。而實際測得的指令訪問cache缺失率（miss rate）為5％，資料訪問的cache缺失率為10％，cache的缺失損失（miss penalty）為40個時鐘週期。
1）該機器在無cache缺失（理想情況）時的cpi是多少？（3分）
2）該機器在無cache缺失（理想情況）時的速度比有cache缺失時快幾倍？（4分）
1）cpi=43%x1+21%x2+12%x2+24%x2=1.57
2）對指令講，指令cache的訪問佔全部訪問的100%/(100%+21%+12%)=75%
對資料來講，資料cache的訪問佔全部訪問的（21%+12%）/(100%+21%+12%)=25%
非理想平均訪存時間＝命中時間＋失效率x失效開銷
1.57＋(75%x5%+25%x10%)x40＝1.57＋2.5＝4.07
則：4.07/1.57＝2.59＝2.6 大約快2.6倍
2.在一台單流水線處理機上執行下面的程式。每條指令都要經過「取指令」、「解碼」、「執行」和「寫結果」4個流水段，每個流水段的執行時間都是10ns。
採用基本的dlx流水線，執行如下指令段：
1 sub r0, r0 ；r0←0
2 ld r1, #4 ；r1←向量長度4
3 loop： ld r2, a(r1) ；r2←a向量的乙個元素
4 mul r2, r1 ；r2←（r2）×（r1）
計算機體系結構
平行計算 之我見指導老師 陳麗萍 學院 資訊科學與工程學院 班級 計科0908班 姓名 原海南 學號 0909083125 完成日期 2012年5月21日 目錄1.平行計算簡介 1.1什麼是平行計算 1.2為什麼需要平行計算 1.3平行計算的歷史 1.4平行計算的現狀 2.平行計算與網際網路 2.1...
計算機體系結構習題答案
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計算機體系結構期末試卷試題
2 計算其吞吐率 加速比和效率 3 該流水線的瓶頸段是哪一段？可用哪幾種方法消除該瓶頸？畫出改進後的流水線。五 5分 假設某計算機cpu處理的時間佔總處理時間的90 而i o處理時間僅佔總處理時間的10 根據amdahl定律，即使cpu的處理速度提高100倍，而i o系統的速度沒有提高，則程式總的處...