计算机体系结构期末考试试题及答案

填空题

1.从 2002 年以来，计算机性能的年增长率下降到了约30 ％。其主要原因是：① 大功耗问题；

②可以进一

步有效地开发的指令级并行性已经很少；③ 存储器访问速度的提高缓慢。

2.可移植性是指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。实现可移植性的常用方法有 3 种：系列机，模拟和仿真，统一高级语言。

2.通用寄存器型指令集结构计算机在灵活性和提高性能方面有明显的优势。主要体现在① 寄存器的

访问速度比存储器快；②对编译器而言，能更加容易有效地分配和使用寄存器；③ 寄存器可以用来存放变量。

3.MIPS 的数据寻址方式只有立即数寻址和偏移量寻址。

4.向量处理机的结构由所采用的向量处理方式决定。有两种典型的结构；存储器-存储器型结构和寄存器-

寄存器型结构。

5.Cache- 主存层次的工作由硬件实现，对系统程序员是透明的。

6.降低 Cache 不命中率最直接的方法是增加 Cache 的容量。不过，这种方法不但会增加成本，

而且还可能增加命中时间，这种方法在片外 Cache 中用得比较多。

7.大多数磁盘阵列的组成可以由以下两个特征来区分：数据交叉存放的粒度、冗余数据的计算方

法以及在磁盘阵列中的存放方式。

8.时延和带宽是用来评估互连网络性能的两个基本指标。时延包括通信时延和网络时延。

9.计算机系统可分为 SISD、SIMD 、MISD 和 MIMD 四类，许多早期并行处理机是 SIMD 计算机，近

年来， MIMD 已经成为通用多处理机系统结构的选择。这是因为MIMD 具有灵活性，并且MIMD 能充分

利用现有微处理器的性价比优势。

判断题

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。（错）

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。（错）

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。（对）

4.指令条数多，通常超过 200 条，是设计 RISC 的原则之一。（错）

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。（对）

6.在多级存储体系中，“主存一辅存”层次的存储管理实现主要由软件实现。（对）

7.失效率和平均访存时间都可评价存储系统的性能，它们都和机器的硬件速度有关。（错）

8.RAID 的特点有容量大，速度快、可靠性高，同时保存数据无冗余信息。（对）

9.在多处理机的互连网络中，交叉开关网络属于动态互连网络。（对）

10.机群是一种价格低廉、易于构建、可扩缩性极强的并行计算机系统。（对）

名词解释

1. RISC

精简指令集计算机是一种执行较少类型计算机指令的微处理器

2. 请求字优先

调块时，首先向存储器请求 CPU 所要的请求字。请求字一旦到达，就立即送往 CPU ，让CPU 继续执行，同时从存储器调入该块的其余部分。

3.单一系统映像

包含四重含义。（1）单一系统。尽管系统中有多个处理器，用户仍然把整个机群视为一个单一的计算系统来

使用。（2 ）单一控制。逻辑上，最终用户或系统用户使用的服务都来自机群中唯一一个位置。

（3）对称性。用户可以从任一个结点上获得机群服务，也就是说，对于所有结点和所有用户，除了那些具有特定访问权限的服务与功能外，所有机群服务与功能都是对称的。（ 4）位置透明。用户不必了解真正提

供服务的物理设备的具体位置。

4.阵列处理机

阵列处理机也称并行处理机 (Parallel Processor) 通过重复设置大量相同的处理单元 PE，将它们按一定方式互

连成阵列 ,在单一控制部件 CU 控制下，对各自所分配的不同数据并行执行同一组指令规定的操作，操作级并行的 SIMD 计算机，它适用于矩阵运算。

5.数据驱动计算

一种提前计算的策略只在当某一个函数需要用到某一个自变量时才驱动对该自变量的求值操作。按需求值，是一种滞后计算的策略。数据流计算机中驱动方式的一种 .

简述题

1. MIPS 指令实现的简单数据通路中，操作分成了哪 5 个时钟周期？对 MIPS 的寄存器一寄存器

ALU 指令和 store 指令请各写出一条具体指令，并列出它们在在各个时钟周期的具体操作。答：5 个时钟周期：①取指令②指令译码 /读寄存器③执行 /有效地址计算④存储器访问 /分支完成

⑤写回

2. 简述降低 Cache 失效率的方祛和原理。

计算题

1. 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为：

部件加速比 1=30 ；部件加速比 2=20 ；部件加速比 3=10

1 ) 如果部件 1 和部件

2 的可改进比例均为 30% ，那么当部件

3 的可改进比例为多少时，系统加速 比才可以达到 10 ？

2) 如果三个部件的可改进比例分别为 30% 、30%和 20% ，三个部件同时改进，那么系统中不可加

速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？

1 (1 F i ) F i

S i

已知 S1＝30 ，S2＝20 ，S3＝10，Sn ＝10 ，F1＝0.3，F2＝0.3，得： 1 1(- 0.3 0.3 F 3)(0.3/ 30 0.3/ 20 F 3 /10)

得 F3＝0.36 ，即部件 3的可改进比例为 36% 。

2 )设系统改进前的执行时间为 T ，则

3 个部件改进前的执行时间为： (0.3+0.3+0.2 )T = 0.8T ，不

可改进部分的执行时间为 0.2T 。

已知 3个部件改进后的加速比分别为 S1＝30，S2＝20，S3＝10，因此 3 个部件改进后的执行时间为：

改进后整个系统的执行时间为： Tn = 0.045T+0.2T = 0.245T

那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是：

解：(1)在多个部件可改进情况下， Amdahl 定理的扩展：

S n 10 T n '

0.3T 0.3T 0.2T 30 20 10 0.045T 0.2T 0.245

0.82

（1）画出流水线任务调度的状态转移图。

（2）分别求出允许不等时间间隔调度和等时间间隔调度的两种最优调度策略，以及这两种调度策略的流水线最大吞吐率。

（3）若连续输入 10 个任务，求这两种调度策略的流水线实际吞吐率和加速比。解：（1）根据初始冲突向量的构成方法，对预约表各行中打“×”的拍数求出差值，除去重复的后汇集在一起，即得到延迟禁止表为 F = {1，3，6}。由 F可得到初始冲突向量为：

C0 = （100101 ）

根据后继冲突向量的递推规则 Cj = SHR （ k）（ Ci ）∨ C0则可得出所有的后继状态，具体有：C0三个后继状： C1 =SHR（C0∨ C0 = 101101

C2 =SHR （ 4）（

C0

）

∨ C0

=

100111

C3 =SHR （ 5）（

C0

）

∨ C0

=

100101=

C0

C1二个后继状态： C4 =SHR

（ 2）

（C1

）

∨ C0 = 101111 C5 =SHR

（ 5）（

C1

）

∨ C0

=

100101=C0

C2二个后继状态： C6 =SHR

（ 4）

（C2

）

∨ C0 =

100111=C2 C7 =SHR

（ 5）（

C2

）

∨ C0

=

100101=C0

C4一个后继状： C8 =SHR（C4∨ C0 =

由后继状态和引起状态转移的时间间隔可得到状态有向图如上图所示。

2）由状态转移有向图可得到无冲突的任务调度策略及其平均延迟时间，如下表所示。

TPAmax = 1/ （4△t ）= 0.25/ △t TPBmax = 1/ （3△t ）= 0.33/ △t

（3）按等间隔最优调度策略 [4 ，（ 4）]连续输入 10 个任务时，流水线的实际吞吐率为：

TP = 10/[ （4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 7 ）△ t] = 10/43 △t

按不等间隔最优调度策略（ 2，2，5）连续输入 10 个任务时，流水线的实际吞吐率为：

TP = 10/[ （2 + 2 + 5 + 2 + 2 + 5 + 2 + 2 + 5 + 7 ）△ t] = 5/17 △t 调度策略 平均延迟时间

一个任务

（2，5）

（2+5）△ t/2 = 3.5 △t 弧是一

（4，5）

（4+5）△ t/2 = 4.5 △t 到平均

（5） 5 △t

略为

（2，2，5） （2+2+5）△ t/3 = 3 △t

延迟时 4 ， 4 △ t 率为：

特别地，从 C0出发的 [4 ，（4）]也是 调度策略，除第一条有向弧外，第二条有向 个环路，该调度策略为（ 4）。从表中可以得 延迟时间最小的等间隔和不等间隔的调度策 [4 ，（4）] 和（2，2，5），相应的最小

人生中每一次对自己心灵的释惑，都是一种修行，都是一种成长。相信生命中的每一次磨砺，都会让自己的人生折射出异常的光芒，都会让自己的身心焕发出不一样的香味。

人生渺如尘埃，小如露珠，寻常如泥土，从不可知处而来，到不可知处而去。我们用灵魂结伴身体，走过这短暂的一朝一夕的寒暖，踏过流年的坎坷与花香，便是在世间真正的来过了。

我们常常用人生中的一些痛， 换得人生的一份成熟与成长， 用一些不可避免的遗憾， 换取生命的一份美丽。 在大风大雨， 大风大浪， 大悲大喜之后， 沉淀出一份人生的淡然与淡泊， 静好与安宁， 深邃与宽厚， 生活里的每个人，都是我们的一面镜子，你给别人什么，别人就会回待你什么。当你为一件事情不悦的时候，应该想想你给过人家怎样负面的情绪。

世界上的幸福，没有一处不是来自用心经营和珍惜。当你一味的去挑剔指责别人的时候，有没有反思过自己是否做得尽善尽美呢？

假如你的心太过自我，不懂得经营和善待，不懂得尊重他人的感受，那么你永远也不会获得真正的爱和幸福

人生就像一场旅行，我们所行走的每一步都是在丰富生命的意义。我们一边穿越在陌生的吸引里，一边咀嚼回味着一抹远走光阴的旧味，一切都是不可预料，一切又似在预料之中。

人生看的多了，走的多了，经历的多了，也就懂得多了。每一份深刻的感悟大多来自一个人深刻的经历。

人生总有那么一两件重大的事情让你成熟和改变。这份错失，会让你反思自己，检讨自己，叩问自己，也让你意识到了自己真正的缺失，这或许就是一份痛苦的领悟吧！

人生可以平平淡淡，亦可以异彩纷呈。相信只要自己的德馨足够善美，上天就会把最好的一切赐予你。予人快乐，收获快乐；予人幸福，收获幸福；予人真情，收获厚意。人生的一切往来皆有因果，生活只善待有心人 假如你有一颗计较的心，你就会很难获得一份幸福。当一个人放下了自己内心的那份累心的奢求，你的心空就会变得更加蔚蓝干净。

宽容，不仅是一种豁达的态度，更是一种心灵的品德，是一种处事的修行，宽容别人不是低矮了自己，而是释放了自己，升华了自己。你把世界宽待在心中，世界也同样装饰了你的一份美丽。

当你简约、释然了自己的时候，你会发现另一份生命中的快乐。那快乐是发自一颗简单的心，那快乐是从心灵的草地里欢快的迸发出来，通过你温柔的眼眸和开心的笑声来传递。

所以，心宽便心悦，你人生的天空是什么颜色，往往取决于你对人生的态度和对于自己情绪的驾驭

世界上美好的东西那么多，有缘来到你的身旁，被你握到掌心的却又那么少。所以一切在的时候请学会珍惜，因为大多美丽的东西只会为你来过一次。你一不小心就会失落，无处找寻，增加了你人生的又一次遗憾

过往，终是回不去的曾经。人总是在失去的时候才懂得珍惜，人总是在回味的时候才知道甜美。往事已矣，该放下的终归要放下，该忘记的一定要学会忘记。

其实这个世界上什么都不是我们的，在人间，我们只是一场心灵的路过而已 ?? 或许唯一属于过我们的，只是生命刹那的快乐与悲伤，以及自己一颗思索的灵魂

站在时光的路口回望曾经，盘点每一份经历过的心情，人生有太多得不到的美好，有太多想不到的结局。终有一天，我们热望过的，贪念过的，彷徨过的，握紧过的，放手过的，都将化作尘埃随风飞去

慈悲与欣然