计算机体系结构试题汇总
计算机系统结构
姓名：学号：
一、简答题（每小题10分，共20分）
1．简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。
2．从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。
二、（60分）现有如下表达式：
Y＝a ×X
其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。
1．请写出实现该表达式的MIPS代码。
2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS 代码（非流水化实现）的执行时间。
3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。
4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响。
三、（20分）请分析I/O对于性能的影响有多大？假设：
1．I/O操作按照页面方式进行，每页大小为16 KB，Cache块大小为64 B；且对应新页的地址不在Cache中；而CPU不访问新调入页面中的任何数据。
2．Cache中95%被替换的块将再次被读取，并引起一次失效；Cache使用写回方法，平均50%的块被修改过；I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块。
3．访问或失效在所有Cache块中均匀分布；在CPU和I/O之间，没有其他访问Cache 的干扰；无I/O时，每1百万个时钟周期中，有15,000次失效；失效开销是30个时钟周期。如果替换块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存。计算机平均每1百万个周期处理一页。
试题二
计算机系统结构
姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）
1. Cache 2:1 经验规则3. 同构型多处理机
5. 堆栈型机器2. 计算机体系结构4. 通道处理机
二、填空（每空1分，共20分)
1.设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。
2.存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的（）。
3.相联度越高，（）失效就越少；（）失效不受Cache 容量的影响，但（）失效却随着容量的增加而减少。
4.在虚拟存储器中，一般采用（）地址映象方法和（）更新策略。
5.计算机系统中提高并行性的技术途径有（）、（）和（）三种。在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是（）。
6.在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（）相关,否则就有可能出现（）、（）和（）相关。
7.对向量的处理有（）方式、（）方式、（）方式。
三、简答题（每题6分，共24分）
1.任写出三种Cache的优化技术，并简述其基本思想。
2.在指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？
3.数据相关有哪几种类型？解决数据相关有哪些主要方法？
4.试以系列机为例，说明计算机体系结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。
四、计算题
1. 给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。由计算结果能得出什么结论？
（1）理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2 ns，平均每条指令访存1.4次。
（2）两者Cache容量均为128 KB，块大小都是32字节。
（3）组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10%。
（4）这两种Cache的失效开销都是80 ns。
（5）命中时间为1个时钟周期。
（6）128 KB直接映象Cache的失效率为1.0%，128 KB两路组相联Cache的失效率为0.7%。（15分）
2. 计算机系统字长64位，包含三个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接了两台磁盘机和三台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机、10台终端，假定各设备的传输率如下：磁盘机：600 KBps，磁带机：200 KBps，行打机：6.6 KBps，读卡机：1.2 KBps，终端：1 KBps。计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。（6分）
3. 某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。（5分）
4. 动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图所示：
其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s6为△t，s2、s5为2△t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中i＝1..4，∏为连乘符号）
（1）画出其处理过程的时空图。
（2）计算其实际的吞吐率和效率。（15分）
试题三
计算机系统结构
姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）
8.Victim Cache
9.RAID
10.累加器型机器11.透明性
12.向量处理机
二、填空（每空1分，共20分)
1.Cache失效可以分为（）、（）和（）三种。
2.说出三种对计算机发展非常关键的实现技术:( ) 、
( )和( ) 。
3.2:1 Cache经验规则是指大小为N的（）Cache的失效率约等于大小为N/2的（）Cache的失效率。
4.单机和多机系统中并行性发展的技术途径有：（）、（）和（）。
5.通道分为（）通道、（）通道和（）通道三种类型。
6.在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（）相关，否则就有可能出现（）、（）和（）相关。
7.输入/输出系统包括（）和（）。
三、简答题（每题6分，共24分）
1.任写出三种降低Cache失效开销的方法，并简述其基本思想。
2.指令集结构设计中表示寻址方式的主要方法有哪些？简述这些方法的优缺点。
3.软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？
4.造成流水线“断流”的主要原因是哪三种相关？简述三种相关的基本思想。
四、计算题
1.在伪相联中，假设在按直接映象找到的位置处没有发现匹配，而在另一个位置才找到数据（伪命中）需要2个额外的周期；直接映象的命中时间为1个时钟周期，两路组相联的命中时间为1.2个时钟周期，直接映象情况下失效开销为80个时钟周期，当Cache容量为64 KB时，直接映象的失效率为1.4%，两路组相联的失效率为1%，问：直接映象、两路组相联和伪相联这三种组织结构中，哪一种速度最快？（15分）
2. 将计算机系统中某一功能的处理速度加快15倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的30%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？（5分）
3. 计算机A 和计算机B 具有相同的指令系统。执行同一个程序时，计算机A 的时钟周期为1 ns ，CPI 为2.0，计算机B 的时钟周期为2 ns ，CPI 为1.2。请问执行这个程序时，哪台计算机更快？（6分）
4. 动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图：
其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s6为△t ，s2、s5为2△t ，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∑=4
1i i i B A
（1） 画出时空图。
（2） 计算实际的吞吐率、加速比和效率。（15分）
试题四
计算机系统结构
姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）
13.通用寄存器型机器
14.虚拟Cache
15.通道处理机4．机群5．定向技术
二、填空（每空1分，共20分）
1.流水线中的相关有（）相关、（）相关和（）相关三种。
2.设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。
3.对向量的处理有（）方式、（）方式、（）方式。
4.同构型多处理机和异构型多处理机所采用的提高并行性的技术途径分别是（）和（）。
5.地址映象方法有( )、( )和( )等三种，其中( )的冲突率最低。
6.软件兼容有（）、（）、（）和（）四种。其中（）是软件兼容的根本特征。
三、简答题（每题6分，共24分）
1.计算机体系结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？并说出它们的含义。
2.任写出三种降低失效率的方法，并简述其基本思想。
3.指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？
4.通道分为哪三种类型？它们分别适合为哪种外围设备服务？
四、计算题
1.假定Cache的失效开销为50个时钟周期，当不考虑存储器停顿时，所有指令的执行时间都是
2.0个时钟周期，访问Cache失效率为2%，平均每条指令访存1.33次。求没有Cache和有Cache两种情况下的平均指令执行时间。（12分）
2.在三级Cache中，第一级Cache、第二级Cache和第三级Cache的局部失效率分别为4%、30%和50%。它们的全局失效率各是多少？（8分）
3.计算机A和计算机B具有相同的指令系统。执行同一个程序时，计算机A 的时钟周期为1.1 ns，CPI为2.0，计算机B的时钟周期为2 ns，CPI为1.3。请问执行这个程序时，哪台计算机更快？（6分）
4.静态多功能流水线由6个功能段组成，如下图所示：
其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，各个功能段时间均为△t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中i＝1..4，∏为连乘符号）
（3）画出时空图；
（4）计算实际的吞吐率、加速比和效率。（15分）
试题五
计算机系统结构
姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）
16.系列机3．强制性失效5. 失效率2．定向技术4．通道处理机
二、填空（每空1分，共20分）
1.数据相关有三种，分别是：（）、（）和（）。
2.从处理数据的角度，并行性等级可以分为字串位串、（）、
（）和全并行。
3.在存储层次中，映象规则有（）、（）和（）。
4.计算机系统中提高并行性的技术途径有（）、（）和（）三种。在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是（）。
5.设有一个“Cache-主存”层次，Cache为4块，主存为8块；试分别对于以下2种情况，计算访存块地址为5时的索引（index）。
(1)组相联，每组两块；索引为（）。
(2)直接映象；索引为（）。
6.对向量的处理有（）方式、（）方式、（）方式。
7.根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为（）型指令集结构、（）型指令集结构和（）型指令集结构。
三、简答题（每题5分，共25分）
1.调度分支延迟指令有哪三种常用方法？它们各有什么优缺点。
2.表示寻址方式的主要方法有哪些？简述它们的优缺点。
3.简述“Cache－主存”层次与“主存－辅存”层次的区别。
4.试举例说明DLX流水线中存在不能依靠定向技术解决的数据相关及其解决方法。
5.试从3C失效的关系分析增加块大小对Cache性能的影响。
四、（20分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、
4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t，其余各段时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算f＝（A1+B1）*（A2+B2）*（A3+B3）*（A4+B4）, （1）画出处理过程的时空图。
（2）计算其吞吐率、加速比和效率。
（3）该流水线的瓶颈段是哪一段？可用哪几种方法消除该瓶颈？画出改进后
的流水线。
五、（10分）
（1）根据Amdahl定律写出系统加速比的公式。
（2）某计算机系统有两个部件可以改进，这两个部件的加速比为：
部件加速比1＝30；部件加速比2＝20；
如果部件1和部件2的可改进比例分别为30％和40％，求整个系统的加
速比。
六、（10分）给定以下的假设，试计算直接映象Cache 和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU时间。
（1）理想Cache（命中率为100%）情况下的CPI为2.0，时钟周期为2 ns，平均每条指令访存1.2次。
（2）两种Cache容量均为1 KB，块大小都是32字节。
（3）组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10%。
（4）这两种Cache的失效开销都是40个时钟周期。
（5）命中时间为1个时钟周期。
（6） 1 KB直接映象Cache的失效率为13.3%，1 KB两路组相联Cache的失效率为10.5%。
试题六
计算机系统结构
姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）
17.透明性4．堆栈型机器5. 失效开销2．数据相关4．通道处理机
二、填空（每空1分，共20分）
1.流水线相关有三种：（）、（）和（）。
2.从执行程序的角度看，并行性等级可以分为：( )、（）、（）和作业或程序级并行。
3.在存储层次中，常用的替换算法有（）、（）和（）。
4.计算机系统中提高并行性的技术途径有（）、（）和（）三种。
5.按照产生失效的原因不同，可把失效分为（）失效、（）失效和（）失效三类。
6.通道可分为（）通道、（）通道和（）通道三种类型。
7.设有一个“Cache-主存”层次，Cache为4块，主存为8块；试分别对于以下2种情况，计算访存块地址为6时的索引（index）。
(1)组相联，每组两块；索引为（）。
(2)直接映象；索引为（）。
三、简答题（每题5分，共25分）
1.写出三级Cache的平均访问时间的公式。
2.软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？
3.试从目的、技术途径、组成等3个方面对同构型多处理机和异构型多处理机作一简单比较（列表）。
4.有哪几种向量处理方式？它们对向量处理机的结构要求有何不同？
5.降低Cache失效率有哪几种方法（至少写出5种）？
四、（20分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、
4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t，其余各段时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算f＝A1*B1 + A2*B2 + A3*B3 + A4*B4,
（1）画出处理过程的时空图；
（2）计算其吞吐率、加速比和效率；
（3）该流水线的瓶颈段是哪一段？可用哪几种方法消除该瓶颈？画出改进后的流水线。
五、（5分）将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时
间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？
六、（15分）假设当按直接映象位置没有发现匹配，而在另一个位置才找到数据（伪命中）时，需要2个额外的周期，而且不交换两个Cache中的数据。Cache 参数如下：
（1）容量128KB。
（2）直接映象情况下命中时间为1个时钟周期，失效开销为50个时钟周期。
（3）时钟周期
2路＝1.10×时钟周期
1路
。
（4）直接映象失效率为0.010，两路组相联失效率为0.007。
问：当直接映象、两路组相联映象和伪相联映象这三种组织结构时，速度各是多少？
试题七
一、填空题（20分，每空2分）
1．在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（）相关，否则就有可能出现（）、（）和（）相关。
2．设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。
3．单机和多机并行性发展的技术途径有（）、（）和（）。
二、简答题（20分，每题10分）
1．在进行计算机系统设计时，一个设计者应该考虑哪些因素对设计的影响？
2．请简述I/O系统设计的步骤。
三、（共60分）现有如下C语言源代码：
for （i=0；i<100，i++）
{ A[i]=B[i]+C；}
其中，A和B是两个32位整数的数组，C和i均是32位整数。假设所有数据的值及其地址均保存在存储器中，A和B的起始地址分别是0和5000，C和i的地址分别是1500和2000。
1.现假设在程序运行过程中，只要有可能就将i的值和数组变量的地址一直保存在寄存器中，请写出该C语言源程序的MIPS实现代码。MIPS代码的大小是多少？
2.假设上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来，所有存储器访问全部Cache命中）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。计算调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及对于上述标准MIPS流水线执行的加速比。
3.请写出该MIPS代码的存储器数据访问地址流（十进制表示）。
4.在前面“3”中的实现中，均是假设存储器访问全部Cache命中，且Cache命中访问时间为1个时钟周期。现假设MIPS流水线没有Cache，所有存储器访问均需50个时钟周期（失效损失），请问“3”中调度后的MIPS指令序列在该MIPS（没有Cache）上执行需要多少个时钟周期数。
5.现假设为MIPS流水线设置一个大小为400 B的一级Cache，Cache块的大小为200 B，采用全相联映射策略和写回策略，Cache的命中时间为1个时钟周期，失效损失为50个时钟周期，失效时每次预取一个块，预取一个块的时间为50个时钟周期，请计算该Cache的失效率，以及现在“3”中调度后的MIPS指令序列在MIPS上执行需要多少个时钟周期数。
试题八
计算机系统结构
姓名： 学号：
一、名词解释（每题3分，共15分）
1．计算机体系结构
3．2:1Cache 经验规则
5．通道 2．容量失效 4．数据相关
二、什么叫软件兼容？软件兼容有哪几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？（8分）
三、有哪几种向量处理方式？它们对向量处理机的结构要求有何不同？（8分）
四、流水线数据相关有哪几种？简述定向技术的基本思想。（15分）
五、（20分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的时间为2△t ，其余各段时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算 f ＝A 1*B 1+A 2*B 2+A 3*B 3*+A 4*B 4,
（1） 画出处理过程的时空图。
（2） 计算其吞吐率、加速比和效率。
六、（15分）给定以下的假设，试计算直接映象Cache 和两路组相联Cache 的平均访问时间以及CPU 时间。
（1） 理想Cache （命中率为100%）情况下的CPI 为2.0，平均每条指令访存
1.2次。
（2） 两种Cache 容量均为1 KB ，块大小都是32 B 。
（3） 组相联Cache 中的多路选择器使CPU 的时钟周期增加了10%。
（4） 这两种Cache 的失效开销都是40个时钟周期。
（5） 命中时间为1个时钟周期。
（6） 1 KB直接映象Cache的失效率为13.3%，1 KB两路组相联Cache的失效率为10.5%。
七、在Tomasulo算法中，进入“流出”段的条件是什么？对于浮点
操作来说，要进行哪些动作和记录工作？（9分）
八、目录协议中，Cache块有哪三种状态？（10分）
试题九
计算机系统结构
姓名： 学号：
一、名词解释（每题3分，共15分）
1.系列机
3.2:1Cache 经验规则
5.RAID 2.强制性失效 4.指令级并行
二、试从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。（10分）
三、有哪几种向量处理方式？它们对向量处理机的结构要求有何不同？（6分）
四、流水线数据相关分为三种：RAW, WAR 和 WAW 。解释它们的含义，并用代码举例说明。（13分）
五、（20分）有一条动态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的时间为2△t ，其余各段时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算 f ＝A 1*B 1+A 2*B 2+A 3*B 3+A 4*B 4,
（1）画出处理过程的时空图。
（2）计算其吞吐率、加速比和效率。
六、（15分）给定以下的假设，试计算直接映象Cache 和两路组相联Cache 的平均访问时间以及CPU 时间。
（1）理想Cache （命中率为100%）情况下的CPI 为2.0，时钟周期为2ns ，平均每条指令访存1.2次。
（2）两种Cache 容量均为64KB ，块大小都是32字节。
（3）组相联Cache 中的多路选择器使CPU 的时钟周期增加了10%。
（4）这两种Cache 的失效开销都是60 ns 。
（5）命中时间为1个时钟周期。
（6）64 KB直接映象Cache的失效率为1.4%，64 KB两路组相联Cache的失效率为1.0%。
七、什么是多处理机的Cache一致性？解决多Cache一致性有哪几种方法？并简述这些方法。（15分）
八、论述Tomasulo算法的基本思想。（6分）
计算机系统结构三四章作业及答案
3.1 简述流水线技术的特点。（1） 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。（2） 流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和断流。（3） 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器。（4） 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发挥流水线的效率。（5） 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。 3.2 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 3.3 有一条指令流水线如下所示： （1 用两给出条指 （1） （24? 变八级流水线（细分） ? 重复设置部件 )(ns 85 1 T n TP 1pipeline -== 3.4 有一个流水线由4段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ，问： （1）当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？ （2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2△t 输入一个任务，连续处理10个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？ （3）当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？ 解：（1）会发生流水线阻塞情况。
（2） （3）重复设置部件 吞吐率提高倍数＝ t t ??2310 75 ＝1.64 3.5 有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ，画出时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。 ＋B 4；再计算由图可见，它在18个△t 时间中，给出了7个结果。所以吞吐率为： 如果不用流水线，由于一次求积需3△t ，一次求和需5△t ，则产生上述7个结果共需（4×5+3×3）△t =29△t 。所以加速比为： 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得： 3.6 在一个5段流水线处理机上,各段执行时间均为△t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 段23 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D
计算机体系结构期末复习
计算机体系结构期末复习资料 1.并行性：是指在同一时刻或者是同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。 2.CPI：每条指令执行时所花费的平均时钟周期。 3.体系结构：即计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 4.Amdahl定理：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。 5.信息存储的整数边界：信息在主存中存放的起始地址必须是该信息（字节数）的整数倍。 6.指令系统的正交性：指在指令中各个不同含义的字段，在编码时应互不相关，相互独立。 7.流水线技术：是指将一个重复的时序过程，分解成为若干子过程，而每个过程都可有效在其专用功能段上与其他子过程同时执行。 8.定向技术：在某条指令产生一个结果之前，其他指令并不直接需要该计算结果，如果能将该计算结果从其他产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，那么就可以避免暂停的技术就叫定向技术。 9.相关：衡量两个随机变量之间相关程度的指标。 10.向量流水处理机：是指处理机具有向量数据表示并通过向量指令对向量的各元素进行处理。、
11.定向：将计算结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，或所有需要它的功能单元，避免暂停。 12.指令集的并行：当指令之间不存在相关时，它们在流水线中是可以重叠起来并行执行。 13.记分牌技术：流出和读操作数。在没有结构冲突时,尽可能早地执行没有数据冲突的指令,实现每个时钟周期执行一条指令。如果某条指令被暂停,而后面的指令与流水线中正在执行或被暂停的指令都不相关,是这些指令可以跨越它,继续流出和执行下去。 14.Tomasulo算法：寄存器换名是通过保留站和流出逻辑来共同完成,当指令流出时,如果其操作数还没有计算出来,则该指令中相应的寄存器换名将产生这个操作数的保留站的标识。因此,指令流出到保留站后,其操作数寄存器或者换成了数据本身,或换成了保留站的标识,和寄存器无关。后面指令对该寄存器的写入操作就不会产生WAR冲突。 15.替换算法：由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。
软件体系结构总结
第一章：1、软件体系结构的定义 国内普遍看法： 体系结构=构件+连接件+约束 2、软件体系结构涉及哪几种结构： 1、模块结构（Module） 系统如何被构造为一组代码或数据单元的决策 2、构件和连接件结构（Component-And-Connector，C&C） 系统如何被设计为一组具有运行时行为（构件）和交互（连接件）的元素 3、分配结构（Allocation） 展示如何将来自于模块结构或C&C结构的单元映射到非软件结构（硬件、开发组和文件系统） 3、视图视点模型 视点（View point） ISO/IEC 42010:2007 (IEEE-Std-1471-2000)中规定：视点是一个有关单个视图的规格说明。 视图是基于某一视点对整个系统的一种表达。一个视图可由一个或多个架构模型组成 架构模型 架构意义上的图及其文字描述（如软件架构结构图） 视图模型 一个视图是关于整个系统某一方面的表达，一个视图模型则是指一组用来构建 4、软件体系结构核心原模型 1、构件是具有某种功能的可复用的软件结构单元，表示了系统中主要的计算元素和数据存储。 2.连接件(Connector)：表示构件之间的交互并实现构件
之间的连接 特性：1)方向性2)角色3)激发性4)响应特征 第二章 1、软件功能需求、质量属性需求、约束分别对软件架构产生的影响 功能性需求：系统必须实现的功能，以及系统在运行时接收外部激励时所做出的行为或响应。 质量属性需求：这些需求对功能或整个产品的质量描述。 约束：一种零度自由的设计决策，如使用特定的编程语言。 质量原意是指好的程度，与目标吻合的程度，在软件工程领域，目标自然就是需求。 对任何系统而言，能按照功能需求正确执行应是对其最基本的要求。 正确性是指软件按照需求正确执行任务的能力，这无疑是第一重要的软件质量属性。质量属性的优劣程度反映了设计是否成功以及软件系统的整体质量。 系统或软件架构的相关视图的集合，这样一组从不同视角表达系统的视图组合在一起构成对系统比较完整的表达
计算机体系结构复习计算题
1. 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少 根据Amdahl 定律可知： 系统加速比 ＝ ＝ ＝ 由题可知： 可改进比例 = 40% = 部件加速比 = 10 系统加速比 = 采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高倍。 2. 假设一台计算机的I/O 处理占10％，当其CPU 性能改进到原来的10倍时，而I/O 性能仅改进为原来的两倍时，系统总体性能会有什么改进 加速比＝1/（10%/2+90%/10）= 本题反映了Amdahl 定律，要改进一个系统的性能要对各方面性能都进行改进，不然系统中最慢的地方就成为新系统的瓶颈。 3. 双输入端的加、乘双功能静态流水线有1、2、3、4四个子部件，延时分别为Δt, Δt, 2Δt, Δt ，“加”由1→2→4组成，“乘”由1 →3→4组成，输出可直接返回输入或锁存。现执行 ∑=*+4 1 ])[(i i i i c b a （1） 画出流水时空图，标出流水线输入端数据变化情况。 （2） 求运算全部完成所需的时间和流水线效率。 （3） 找出瓶颈子过程并将其细分，重新画出时空图并计算流水时间和效率。 （1） （2）由上图可知，全部运算完的时间是23Δt 。 92 37 23437=???= t t η （3） 部件 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 结果 输入 a 1 a 2 a 3 a 4 a 1+b 1 a 2+b 2 a 3+b 3 a 4+b 4 ① ③ ⑤ b 1 b 2 b 3 b 4 c 1 c 2 c 3 c 4 ② ④ ⑥ Δt 4 3 2 1
计算机系统结构网上作业
计算机系统结构作业参考答案 一、 1、试述现代计算机系统的多级层次结构。 计算机系统具有层次性，它由多级层次结构组成。从功能上计算机系统可分为五个层次级别：第一级是设计级。这是一个硬件级，它由机器硬件直接执行。 第二级是一般机器级，也称为机器语言级。它由微程序解释系统.这一级是硬件级。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令。这一级也称混合级。 第四级是汇编语言级。它给程序人员提供一种符号形式的语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持执行。 第五级是高级语言级。这是面向用户为编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言支持。 2、试述RISC设计的基本原则和采用的技术。 答：一般原则： (1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能 的指令，大大减少指令条数，一般使之不超过100条； (2)减少寻址方式种类，一般不超过两种； (3)让所有指令在一个机器周期内完成； (4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数； (5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现； (6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。
基本技术： (1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。 (3)用重叠寄存器窗口。即：为了减少访存，减化寻址方式和指令格式，简有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存嚣，井让各过程的寄存器窗口部分重叠。 (4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。 (5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译，还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。 3、试述全相联映像与直接映像的含义及区别 （1）全相连映像 主存中任何一个块均可以映像装入到Cache中的任何一个块的位置上。主存地址分为块号和块内地址两部分，Cache地址也分为块号和块内地址。Cache的块内地址部分直接取自主存地址的块内地址段。主存块号和Cache块号不相同，Cache块号根据主存块号从块表中查找。Cache保存的各数据块互不相关，Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储。当请求数据时，Cache控制器要把请求地址同所有的地址加以比较，进行确认。 （2）直接映像 把主存分成若干区，每区与Cache大小相同。区内分块，主存每个区中块的大小和Cache 中块的大小相等，主存中每个区包含的块的个数与Cache中块的个数相等。任意一个主存块只能映像到Cache中唯一指定的块中，即相同块号的位置。主存地址分为三部分：区号、块号和块内地址，Cache地址分为：块号和块内地址。直接映像方式下，数据块只能映像到Cache中唯一指定的位置，故不存在替换算法的问题。它不同于全相连Cache，地址仅需比较一次。 （3）区别： 全相连映像比较灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全部装满后才会出现冲突，Cache 利用率高。但地址变换机构复杂，地址变换速度慢，成本高。 直接映像的地址变换简单、速度快，可直接由主存地址提取出Cache地址。但不灵活，块冲突率较高，Cache空间得不到充分利用。 4. 画出冯?诺依曼机的结构组成？
系统结构期末考试试题及答案
得分 评分人 填空题: （20分，每题2 分） 单选题：（10分，每题1分） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B. 一个虚页只装进固定的主存实页位置 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ） 得分 注：1、共100分，考试时间120分钟。 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ A. 目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对 （B ）是透明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） C. 组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、（ C ） 属于MIMD 系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D. 阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、 计算机使用的语言是（B ） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（ C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 &块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（A ） A.直接 B .组相联 C .段相联 D .全相联 9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响 Cache 命中率的是（B ） A.增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数 10、 流水处理机对全局性相关的处理不 包括（C ） A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路
计算机系统结构复习总结
计算机系统结构复习总结
计算机系统结构复习总结 一、计算机系统结构概念 1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。 *注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。 1.2 计算机系统的层次结构 现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。 现代计算机结构图 *注意：计算机结构的层次模型 依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。
从语言层次上画分可得下图： 计算机结构的层次模型 1.3计算机系统结构组成与实现 计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面 计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现 计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系： 计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可
能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。 计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。 1.4 计算机系统结构的分类 计算机结构分类方式主要有三种： （1）按“流”分类 按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中 指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。指令流是指机 器执行的指令序列，数据流是指指令流调用 的数据序列。多倍性是指在计算机中最受限 制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单 位中，最多可并行执行的指令条数或处理的 数据个数。 *注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻
《计算机系统结构》练习题C
《计算机系统结构》练习题C 一、填空题 1.Flynn分类法将计算机系统结构分成四类，即( )、（）、（）、（）。 2.软件兼容有（）、（）、（）、（）四种，其中（）是系列机的根本特征。 3.相关有三种类型，包括（）、（）、（）。 4.存储层次结构设计技术的基本依据是（），它包括（）和（）。 5.“主存-辅存”层次的目的是为了弥补主存的（）的不足；“Cache-主存”层次的目的是 为了弥补主存（）的不足。 二. 简要回答下列各题 1. 计算机系统结构的Flynn分类法是按什么来分类的？共分为哪几类？ 2. 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？ 3. 多级存储层次： 4. 同步总线及其优缺点？ 5. 指令的执行可采用顺序执行、重叠执行和流水线三种方式，它们的主要区别是什么？各有何优缺点。 6. 试比较三种通道的优缺点及适用场合。 三、某台主频为400MHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下： 求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。 四、有一指令流水线如下所示 出 50ns 50ns 100ns 200ns （1）求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率； （2）该流水线的“瓶颈”在哪一段？ 五、 （1） （2）若通道的最大流量等于实际工作流量，求通道的工作周期Ts+T D。 六、应用题 1．计算机系统有3个部件可以改进，这3个部件的加速比如下： 部件加速比S1 = 30，部件加速比S2=20，部件加速比S3=10 问：（1）简述Amdahl定律。 （2）如果部件1和部件2的可改进比例分别为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统的加速比才能超过10？
高级计算机体系结构作业汇总(非标准答案)
1.Explain the Concepts Computer Architecture 系统结构 由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性。即计算机系统的软硬件界面。 Advanced CA 高级系统结构 新型计算机系统结构。基于串行计算机结构，研究多指令多数据计算机系统，具有并发、可扩展和可编程性。为非冯式系统结构。 Amdahl law Amdahl定律 系统中某部件由于采用某种方式时系统性能改进后，整个系统性能的提高与该方式的使用频率或占的执行时间的比例有关。 SCALAR PROCESSING 标量处理机 在同一时间内只处理一条数据。 LOOK-AHEAD 先行技术 通过缓冲技术和预处理技术，解决存储器冲突，使运算器能够专心与数据的运算，从而大幅提高程序的执行速度。 PVP 向量型并行计算处理机 以流水线结构为主的并行处理器。 SMP 对称多处理机系统 任意处理器可直接访问任意内存地址,使用共享存储器，访问延迟、带宽、机率都是等价的。MPP 大规模并行计算机系统 物理和逻辑上均是分布内存，能扩展至成百上千处理器，采用专门设计和定制的高通信带宽和低延迟的互联网络。 DSM 分布式共享存储系统 内存模块物理上局部于各个处理器内部,但逻辑上是共享存储的。 COW 机群系统 每个节点都是一个完整的计算机，各个节点通过高性能网络相互连接，网络接口和I/O总线松耦合连接，每个节点有完整的操作系统。 GCE 网格计算环境 利用互联网上的计算机的处理器闲置处理能力来解决大型计算问题的一种科学计算。 CISC 复杂指令集计算机
通过设置一些复杂的指令，把一些原来由软件实现的常用功能改用硬件实现的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度。 RISC 精简指令集计算机 尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完的指令，而把复杂指令用段子程序来实现。 VMM 虚拟机监视器 作为软硬件的中间层，在应用和操作系统所见的执行环境之间。 SUPERCOMPUTER 超级计算机 数百数千甚至更多的处理器组成的能计算普通计算机不能完成的大型复杂问题的计算机。SVM 共享虚拟存储器 存储器虚拟化为一个共享的存储器，并提供单一的地址空间。 MAINFRAME 大型计算机 作为大型商业服务器，一般用于大型事务处理系统，特别是过去完成的且不值得重新编写的数据库应用系统方面。 COMPUTER SYSTEM ON CHIP 片上计算机系统 在单个芯片上集成的一个完整系统。 PARALLEL ARCHITECTURE INTO SINGLE CHIP 单片并行结构 在单个芯片上采用的并行体系结构 MOORE law Moore定律 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 UMA 一致存储访问 采用集中式存储的模式，提供均匀的存储访问。 NUMA 非一致存储访问 内存模块局部在各个结点内部，所有局部内存模块构成并行机的全局内存模块。 COMA 全高速缓存存储访问 采用分布式存储模式，通过高速缓存提供快速存储访问。 CC-NUMA 全高速缓存非一致性均匀访问 存在专用硬件设备保证在任意时刻，各结点Cache中数据与全局内存数据的一致性。NORMA 非远程存储访问
计算机系统结构期末考试题目
第一章： 1.计算机系统结构的定义 答：由程序设计者看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。 2.透明性概念 答：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。 3.兼容性向后兼容 兼容性：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。 向后兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行于在它之后投入市场的机器。 4.Amdahl定律 答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。 5.CPI 答：每条指令的平均时钟周期数。 6.MIPS 答：每秒百万条指令数！MIPS=时钟频率/(CPI*10^6) 7.MFLOPS 答：每秒百万次浮点操作次数。MFLOPS=程序中的浮点操作次数/(执行时间*10^6) 8.命中率的概念 答： 9.Flynn分类法是按指令流和数据流的多倍性特征进行计算机系统结构的划分 答：①单指令流单数据流SISD ②单指令流多数据流SIMD ③多指令流单数据流MISD（实际不存在）④多指令流多数据流MIMD 10.计算机系统设计的定量原理（四个） 答：①加快经常性事件的速度②Amdahl定律③CPU性能公式④访问的局部性原理11.CPI和加速比的计算 答：CPI=CPU时钟周期数/IC CPU时间=CPU时钟周期数/频率 CPU时间=CPU时钟周期*时钟周期长 加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施前的性能） =(没有采用改进措施前执行某任务的时间)/(采用改进措施后执行某任务的时间) 12.软硬件实现的特点 硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少 软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多 13.系统评价的标准 ①运算速度②存储器系统③其他性能④成本标准
计算机系统结构学习心得
计算机系统结构学习心得 姓名： 班级： 学号：
在大四上学期课程中对于计算机系统结构的学习已经结束，老师细心的讲解，耐心的辅导，是我从中学到很多的知识。 从中我了解到计算机系统结构（Computer Architecture）也称为计算机体系结构，它是由计算机结构外特性，内特性，微外特性组成的。经典的计算机系统结构结构的定义是指计算机系统多级层次结构中机器语言机器级的结构，它是软件和硬件固件的主要交界面，是由机器语言程序、汇编语言源程序和高级语言源程序翻译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所应具有的界面结构和功能。计算机系统结构指的是什么? 是一台计算机的外表? 还是是指一台计算机内部的一块块板卡安放结构? 都不是，那么它是什么? 计算机系统结构就是计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的"系统结构"是指什么呢? 它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是"系统结构"研究的问题了。系统结构只管到这一层。关于计算机系统的多层次结构，用"人"这种动物的不恰当的例子列表对比如下。计算机系统，人，应用语言级，为人民服务级，高级语言级，读书、学习级，汇编语言级，语言、思维级，操作系统级，生理功能级，传统机器级，人体器官级，微程序机器级，细胞组织级，电子线路级，分子级。传统机器级以上的所有机
器都称为虚拟机，它们是由软件实现的机器。软硬件的。功能在逻辑上是等价的，即绝大多部分硬件的功能都可用软件来实现，反之亦然。计算机系统结构的外特性，一般应包括以下几个方面(这也就是我们要分章学习的几个章节)把这几个方面弄清了，系统结构也就基本明确了：(1)指令系统 (2)数据指令 (3)作数的寻址方式 (4)寄存器的构成定义 (5)中断机构和例外条件 (6)存 储体系和管理 (7)I/O结构 (8)机器工作状态定义和切换 (9)信息保护。所以在以后的学习中常回头想想这是系统结构的哪一方面，这对把握全局有好处。这里提一下计算机系统结构的内部特性，计算机系统结构的内特性就是将那些外特性加以"逻辑实现"的基本属性。所谓"逻辑实现"就是在逻辑上如何实现这种功能，比如"上帝"给鸡设计了一个一定大小的胃，这个胃的功能是消化食物，这就是鸡系统的某一外特性，那怎么消化呢，就要通过鸡喙吃进食物和砂石,再通过胃的蠕动、依靠砂石的研磨来消化食物，这里的吃和蠕动等操作就是内特性。还有一个就是计算机实现，也就是计算机组成的物理实现。它主要着眼于器件技术和微组装技术。拿上面的例子来说，这个胃由哪些组织组成几条肌肉和神经来促使它运动就是"鸡实现"。据此我们可以分清计算机系统的外特性、内特性以及物理实现之间的关系。在所有系统结构的特性中，指令系统的外特性是最关键的。因此，计算机系统结构有时就简称为指令集系统结构。我们这门课注重学习的是计算机的系统结构，传统的讲，就是处在硬件和软件之间介面的描述，
《计算机体系结构》期末复习题标准答案
《计算机体系结构》期末复习题答案
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《计算机体系结构》期末复习题答案 系别_________ 班级_________ 姓名__________ 学号__________ 一、填空题（每空1分） 1.按照弗林（Flynn）分类法，计算机系统可以分为4类：SISD计算机、（SIMD计算机）、（MISD计算机）和（MIMD计算机）。 2. 改进之后的冯?诺依曼计算机的只要特点是存储器为中心，总线结构，分散控制。 3. 当前计算机系统中的存储系统是一个层次结构，其各层分别为：（通用寄存器，高速缓存，主存，辅存，脱机大容量存储器）。 4.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：（全向量方式，直接相联方式，组相联方式）。 5.虚拟存储器的三种管理方式是（段式管理，页式管理和段页式管理）。 6.目前计算机中常用数据有（用户定义数据，系统数据和指令数据）三种类型。 7.通常可能出现的流水线的相关性有（资源相关，数据相关和控制相关）。 8.解决中断引起的流水线断流的方法有（不精确断点法和精确断点法）。 9.目前向量处理机的系统结构有两种：（存储器－存储器型和寄存器－寄存器型）。 10.通用计算机基本指令分为5类，它们分别是：（数据传送类，运算类，程序控制类，输入输出类，处理机控制和调试类）。 11．执行指令x1=x2+x3；x4=x1-x5会引起（RAW）类型的数据相关，执行指令x5=x4*x3；x4=x0+x6会引起（W AR）类型的数据相关，执行指令x6=x1+x2；x6=x4*x5会引起（WA W）类型的数据相关。 12．多计算机网络中，通常出现的4种通信模式是（单播模式，选播模式，广播模式和会议模式）。 13.传统的冯?诺依曼计算机是以控制驱动方式工作，以数据驱动方式工作的典型计算机是（数据流计算机），以需求驱动方式工作的典型计算机是（归约机），以模式匹配驱动方式工作的典型计算机是（人工智能计算机）。 二、名词解释（每题2分） 1.计算机体系结构： 计算机系统结构就是计算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，是硬件子系统的概念结构及其功能特性。 2.系列机： 所谓系列机是指同一厂家生产的具有相同的系统结构，但采取了不同的组成和实现的技术方案，形成了不同型号的多种机型。 3.模拟: 模拟是指用软件的方法在一台计算机上，实现另一台计算机的指令系统，被模拟的机器是不存在的，称为虚拟机，执行模拟程序的机器称宿主机。 4.程序的局部性原理: 程序访问局部性原理说明了计算机在程序执行过程中呈现出的一种规律，即程序往往重
计算机体系结构习题答案解析
第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 透明性：在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。 CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。 存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。其基本点是指令驱动。程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。 系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。 软件兼容：一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行。差别只是执行时间的不同。 向上（下）兼容：按某档计算机编制的程序，不加修改就能运行于比它高（低）档的计算机。 向后（前）兼容：按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改地就能
2020.4《计算机体系结构》期末试卷A含答案
《计算机体系结构》期末考试A卷 (总分：100分，时间：100分钟) 姓名：周元华 专业：计算机科学与技术 学号： 18260070164016 学习中心：上海弘成 一、填空题（每空1分，共14分） 1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：全向量方式，直接相联方式，组相连方式。 2.虚拟存储器的三种管理方式是段式管理，页式管理和 段页式管理。 3.从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了提高速度，而“主存—辅存”层次的目的是为了扩大容量 4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据相关冲突可分为读与写（RAM）、写与读（WAR）和写与写（WAW）三种类型。 5.当代计算机体系结构的概念包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容 二、名词解释（每题2分，共16分） 计算机体系结构： 计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。其中计算机理论组成部分并不单与某一个实际硬件相挂钩，如存储部分就包括寄存器、内存、硬盘等。 兼容机： 兼容机，就是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。简单点说，就是非厂家原装，而改由个体装配而成的机器，其中的元件可以是同一厂家出品，但更多的是整合各家之长的 计算机。 写直达法： 写直达法一般指全写法。全写法（write-through）：又称写直达法、写穿法，透写法，Cache使 用方式之一。 高速缓冲存储器: 高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快 的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM 技术，也有快取记忆体的名称。 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成， 容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介 于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速 缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 高速缓冲存储器最重要的技术指标是它的命中率。 延迟转移技术： 在转移指令之后插入一条或几条有效的指令。当程序执行时，要等这些插入的指令执行完成 之后，才执行转移指令，因此，转移指令好像被延迟执行了，这种技术称为延迟转移技术。 线性流水线： 线性流水线就是由一整套工艺串联而成的生产线。 流水线又称为装配线,一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工 作，以提高工作效率及产量；按照流水线的输送方式大体可以分为：皮带流水装配线、板链线、 倍速链、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。 输送线的传输方式有同步传输的/（强制式），也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的 选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。 流水线的吞吐率： 流水线的吞吐率是单位时间内流水线处理的任务数。 并行性： 并行性是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时间完成两种或两种以 上工作。它包括同时性与并发性两种含义。同时性指两个或两个以上事件在同一时刻发生。并发 性指两个或两个以上事件在同一时间间隔发生。 三、简答题(每题5分，共30分） 1.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一 级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一 级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指 令各需要用多少时间(ns)? 答：第1级：1条1级指令 K ns 第2级：1条2级指令N条1级指令 1*N*K ns = NK ns 第3级：1条3级指令N条2级指令 1*N*NK ns =N2K ns 第4级：1条4级指令N条3级指令 1*N*NNK ns =N3K ns 2.根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 答：系统加速比依赖于两个因素： （1）可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例 （2）部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高 3.简述组相联映象规则。 答：(1)主存与缓存分成相同大小的数据块。(2)主存和Cache 按同样大小划分成组。(3)主存容量 是缓存容量的整数倍,将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同 4.引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持Cache 的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？ 答：不一致的原因：（1）由于CPU写Cache，没有立即写主存 （2）由于I/O处理机或I/O设备写主存 采取措施： （1）全写法，亦称写直达法（WT法-Write through） 方法：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入 （2）写回法（WB法-Write back） 方法：在CPU执行写操作时，只写入Cache，不写入主存。 5.按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两 类？ 答：（1）静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。 （2）动态流水线：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。 6.Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机分 成哪几类？ 答：Flynn分类法，根据计算机中指令和数据的并行状况把计算机分成： （1）单指令流单数据流（SISD.； （2）单指令流多数据流（SIMD.； （3）多指令流单数据流（MISD.； （4）多指令流多数据流（MIMD.。 四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分共40分） 1.一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每 个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。 （1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。 （2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。
计算机系统结构练习题及答案
计算机系统结构练习题及答案 第一章计算机系统结构的基本概念 (一)单项选择题(在下列每小题的四个备选答案中，只有一个答案是正确的) 1. 计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是___。 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 答案:B 难度:1 初级、中级适于级别: 2. 汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经___ 来实现的。 .A. 编译程序解释 B. 汇编程序解释 C. 编译程序翻译 D. 汇编程序翻译 答案:D 难度:1 适于级别:初级、中级 3. 直接执行微指令的是___。 A. 汇编程序 B. 编译程序 C. 硬件 D. 微指令程序 答案: C 难度:1 适于级别:初级、中级
4. 对系统程序员不透明的应当是___。 A. Cache存贮器 B. 系列机各档不同的数据通路宽度 C. 指令缓冲寄存器 D. 虚拟存贮器 答案: D 难度:1 适于级别:初级、中级 5. 对应用程序员不透明的是___。 A. 先行进位链 B. 乘法器 C. 指令缓冲器 D. 条件码寄存器 答案:D 难度:1 适于级别:初级、中级 。 6. 对机器语言程序员透明的是___ A. 中断字 B. 主存地址寄存器 C. 通用寄存器 D. 条件码 答案:B 难度:1 适于级别:初级 7. 计算机系统结构不包括___。 A. 主存速度 B. 机器工作状态 C. 信息保护 D. 数据表示 答案: A 难度:1 适于级别:初级、中级
计算机体系结构_第一次作业
计算机体系结构 第一章 1.11 Availability is the most important consideration for designing servers, followed closely by scalability and throughput. a. We have a single processor with a failures in time(FIT) of 100. What is the mean time to failure (MTTF) for this system? b. If it takes 1 day to get the system running again, what is the availability of the system? c. Imagine that the government, to cut costs, is going to build a supercomputer out of inexpensive computers rather than expensive, reliable computers. What is the MTTF for a system with 1000 processors? Assume that if one fails, they all fail. 答： a. 平均故障时间(MTTF)是一个可靠性度量方法，MTTF的倒数是故 障率，一般以每10亿小时运行中的故障时间计算(FIT)。因此由该定义可知1/MTTF=FIT/10＾9，所以MTTF=10^9/100=10^7。b. 系统可用性=MTTF/(MTTF+MTTR)，其中MTTR为平均修复时间， 在该题目中表示为系统重启时间。计算10^7/(10^7+24)约等于1. c. 由于一个处理器发生故障，其他处理器也不能使用，所以故障率 为原来的1000倍，所以MTTF值为单个处理器MTTF的1/1000即10^7/1000=10^4。 1.14 In this exercise, assume that we are considering enhancing
计算机体系结构期末试卷及答案
课程测试试题（ A 卷） ----------------------以下为教师填写-------------------- I、命题院（部）：信息科学与工程学院 II、课程名称：计算机体系结构 III、测试学期：2014－2015学年度第2学期 IV、测试对象：信息学院计算机、网络专业 2012 级班 V、问卷页数（A4）： 3 页 VI、答卷页数（A4）： 4 页 VII、考试方式：闭卷（开卷、闭卷或课程小论文，请填写清楚） VIII、问卷内容： 一、填空题（共30分，20空，每空分） 1、现代计算机系统是由（）和（）组成的十分复杂的系统。 2、计算机系统应能支持软件可移植，实现可移植性的常用方法有3种，即（），（）， 统一高级语言。 3、可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型，即（）、（） 和存储器-存储器型指令集结构。 4、MIPS指令DADDIU R14，R5，#6属于（）类型的指令格式；MIPS指令 SD R4，300（R5）属于（）类型的指令格式。 5、描述流水线的工作，常采用时空图的方法。在时空图中，横坐标表示（），纵坐 标代表（）。 6、在MIPS指令实现的简单数据通路中，在WB周期中，有两大类指令执行操作：（） 和（）指令。 7、存储器的层次结构中，“Cache－主存”层次是为了弥补主存（）的不足，“主 存－辅存”层次是为了弥补主存（）的不足。 8、Cache实现的映像规则有全相联映像、（）和（）三种。 9、反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、（）和（）。 10、根据系统中处理器个数的多少，可把现有的MIMD计算机分为两类，每一类代表 了一种存储器的结构和互连策略。第一类机器称为（）结构，第二类机器具有（）。 二、判断题（每小题1分，共10分） 1、从计算机语言的角度，系统结构把计算机系统按功能划分成多级层次结构，其中， 第2级是操作系统虚拟机，第3级是汇编语言虚拟机。（） 2、计算机系统中提高并行性的3种途径中，资源重复是在并行性概念中引入时间因 素，加快硬件周转而赢得时间。（） 3、指令集结构中采用多种寻址方式可能会增加实现的复杂度和使用这些寻址方式的 指令的CPI。（） 4、指令条数多，通常超过200条，是设计RISC的原则之一。（） 5、根据流水线中各功能段之间是否有反馈回路，可把流水线分为线性流水线和非线 性流水线。（） 6、在多级存储体系中，“cache——主存”层次的存储管理实现主要由软件件实现。