計(jì)算機(jī)綜合體系結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)題

《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》期末復(fù)習(xí)題系別_________班級(jí)_________姓名__________學(xué)號(hào)__________填空題（每空1分）1.根據(jù)弗林（Flynn）分類法，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠分為4類：SISD計(jì)算機(jī)、______計(jì)算機(jī)、_______計(jì)算機(jī)和_______計(jì)算機(jī)。2.改善以后馮?諾依曼計(jì)算機(jī)只要特點(diǎn)是__________。3.目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存放系統(tǒng)是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，其各層分別為_(kāi)_________。4.高速緩沖存放器地址映象方法有三種，它們分別是：__________、__________、__________。5.虛擬存放器三種管理方法是__________，__________和__________6.現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中常見(jiàn)數(shù)據(jù)有__________，__________和__________三種類型。7.通?？赡艹霈F(xiàn)流水線相關(guān)性有__________。8.處理中止引發(fā)流水線斷流方法有_______和________。9.現(xiàn)在向量處理機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩種：__________和__________。10.通用計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)指令分為5類，它們分別是：__________。11．實(shí)施指令x1=x2+x3；x4=x1-x5會(huì)引發(fā)__________類型數(shù)據(jù)相關(guān)，實(shí)施指令x5=x4*x3；x4=x0+x6會(huì)引發(fā)__________類型數(shù)據(jù)相關(guān)，實(shí)施指令x6=x1+x2；x6=x4*x5會(huì)引發(fā)__________類型數(shù)據(jù)相關(guān)。12．多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通常出現(xiàn)4種通信模式是__________。13.傳統(tǒng)馮?諾依曼計(jì)算機(jī)是以控制驅(qū)動(dòng)方法工作，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法工作經(jīng)典計(jì)算機(jī)是_______，以需求驅(qū)動(dòng)方法工作經(jīng)典計(jì)算機(jī)是_______，以模式匹配驅(qū)動(dòng)方法工作經(jīng)典計(jì)算機(jī)是_______。14.多流水線調(diào)度關(guān)鍵有三種方法：_______。15.早期馮?諾依曼計(jì)算機(jī)關(guān)鍵特點(diǎn)是_______16.依據(jù)指令間對(duì)同一寄存器讀和寫操作前后次序關(guān)系，數(shù)據(jù)相關(guān)沖突可分為_(kāi)______三種類型。17．多流水線調(diào)度關(guān)鍵有三種方法：_______。18.計(jì)算機(jī)模型按相關(guān)控制機(jī)制分類，可將計(jì)算機(jī)分為_(kāi)______驅(qū)動(dòng)，_______驅(qū)動(dòng)，_______驅(qū)動(dòng)，_______驅(qū)動(dòng)四種類型。二、名詞解釋（每題2分）1.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：2.系列機(jī)：3.模擬:4.程序局部性原理:5.MIPS：6.高速緩沖存放器:7.虛擬存放器:8.快表:9.程序定位：10.延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)：11.窗口重合技術(shù)：12.流水線技術(shù)：13.動(dòng)態(tài)流水線：14.靜態(tài)流水線：15.線性流水線：16.非線性流水線：17.流水線吞吐率：18.超流水線計(jì)算機(jī)：19.向量分段開(kāi)采技術(shù)：三、簡(jiǎn)答題（每題5分）1.什么是存放系統(tǒng)？2.簡(jiǎn)述全相聯(lián)映象規(guī)則。3.簡(jiǎn)述直接相聯(lián)映象規(guī)則。4.引發(fā)Cache和主存內(nèi)容不一致原因是什么？為了保持Cache一致性，在單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采取哪些方法？5.影響虛擬存放器命中率原因有哪些？它們是怎樣影響？6.模擬和仿真關(guān)鍵區(qū)分和適合場(chǎng)所是什么？7.什么是程序直接定位方法？什么是程序靜態(tài)定位方法？8.什么是程序動(dòng)態(tài)定位方法？9.什么是指令重合解釋方法？重合解釋方法有哪三種？10.什么是數(shù)據(jù)相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)沖突可分為哪三種類型？11.如有一個(gè)經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)，能夠按功效劃分成4級(jí)。每一級(jí)為了實(shí)施一條指令需要下一級(jí)N條指令解釋。若實(shí)施第一級(jí)一條指令需K(ns)時(shí)間，那么實(shí)施第2、3、4級(jí)一條指令各需要用多少時(shí)間(ns)?12.假設(shè)將某系統(tǒng)某一部件處理速度加緊到10倍，但該部件原處理時(shí)間僅為整個(gè)運(yùn)行時(shí)間40%，則采取加緊方法后能使整個(gè)系統(tǒng)性能提升多少？13.若某機(jī)要求有：三地址指令4條，單地址指令192條，零地址指令16條。設(shè)指令字長(zhǎng)為12位，每個(gè)地址碼長(zhǎng)3位。問(wèn)能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼？14.簡(jiǎn)述馮。諾依曼計(jì)算機(jī)特征。15.試述頁(yè)式管理虛擬存放器工作過(guò)程。16.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用軟件實(shí)現(xiàn)和用硬件實(shí)現(xiàn)各自優(yōu)缺點(diǎn)。17.簡(jiǎn)述字節(jié)多路、數(shù)組多路和選擇通道數(shù)據(jù)傳送方法。18.在指令編碼中，縮短地址碼方法很多，請(qǐng)列出三種縮短地址碼方法，并說(shuō)明理由。19.指令流水線中止處理有哪2種方法？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？20.流水線按等級(jí)分為哪幾類？從處理對(duì)象對(duì)流水線段使用要求來(lái)看，線性流水線和非線性流水線21.實(shí)現(xiàn)軟件移植路徑有哪些？各受到什么限制？22.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Flynn分類法是按什么來(lái)分類？共分為哪幾類？簡(jiǎn)明說(shuō)明各類特征。四、問(wèn)答和計(jì)算題（每題15分）1.某機(jī)主存容量為512KB，Cache容量為32KB，每塊大小為16個(gè)字（或字節(jié)）。劃出全相聯(lián)方法主、緩存地址格式、目錄表格式及其容量。2．主存容量為512KB，Cache容量為32KB，每塊為64個(gè)字（或字節(jié)），緩存共分128組。劃出組相聯(lián)方法主、緩存地址格式、目錄表格式及其容量。3.什么是方體置換？寫出方體置換函數(shù)表示式，假設(shè)互聯(lián)網(wǎng)有16個(gè)結(jié)點(diǎn)，請(qǐng)畫出4個(gè)方體置換函數(shù)（即C0，C1，C2，C3）輸入端和輸出端連接關(guān)系。4.在頁(yè)式虛擬存放器中，一個(gè)程序由P1～P5共5個(gè)頁(yè)面組成。在程序?qū)嵤┻^(guò)程中依次訪問(wèn)頁(yè)面以下：P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2假設(shè)系統(tǒng)分配給這個(gè)程序主存有3個(gè)頁(yè)面，分別采取FIFO、LFU和OPT三種頁(yè)面替換算法對(duì)這3頁(yè)主存進(jìn)行調(diào)度。（1）畫出主存頁(yè)面調(diào)入、替換和命中情況表。（2）統(tǒng)計(jì)三種頁(yè)面替換算法頁(yè)命中率。5.一個(gè)有快表和慢表頁(yè)式虛擬存放器，最多有64個(gè)用戶，每個(gè)用戶最多要用1024個(gè)頁(yè)面，每頁(yè)4K字節(jié)，主存容量8M字節(jié)。（1）寫出多用戶虛地址格式，并標(biāo)出各字段長(zhǎng)度。（2）寫出主存地址格式，并標(biāo)出各字段長(zhǎng)度。（3）快表字長(zhǎng)為多少位？分多個(gè)字段？各字段長(zhǎng)度為多少位？（4）慢表容量是多少個(gè)存放字？每個(gè)存放字長(zhǎng)度為多少位？6.一個(gè)程序由五個(gè)虛頁(yè)組成，采取LFU替換算法，在程序?qū)嵤┻^(guò)程中依次訪問(wèn)地址流以下：4，5，3，2，5，1，3，2，3，5，1，3（1）可能最高頁(yè)命中率是多少？（2）最少要分配給該程序多少個(gè)主存頁(yè)面才能取得最高命中率。（3）假如在程序?qū)嵤┻^(guò)程中訪問(wèn)一個(gè)頁(yè)面，平均要對(duì)該頁(yè)面內(nèi)存放單元訪問(wèn)1024次，求訪問(wèn)存放單元命中率。7.假設(shè)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)共有10種不一樣操作碼，假如采取固定長(zhǎng)操作碼需要4位。已知多種操作碼在程序中出現(xiàn)概率以下表所表示，計(jì)算采取Huffman編碼法操作碼平均長(zhǎng)度，并計(jì)算固定長(zhǎng)操作碼和Huffman操作碼信息冗余量（假設(shè)最短平均長(zhǎng)度H＝3.1位）。指令序號(hào)指令使用頻度Pi指令序號(hào)指令使用頻度PiI10.17I60.09I20.15I70.08I30.15I80.07I40.13I90.03I50.12I100.018.一臺(tái)模型機(jī)各條指令頻度以下：ADD（加）：43%SHR（右移）：1%SUB（減）：13%CLL（循環(huán)左移）：2%JOM（按頁(yè)轉(zhuǎn)移）：6%CLA（累加器清0）：22%STO（存）：5%STP（停機(jī)）：1%JMP（轉(zhuǎn)移）：7％試設(shè)計(jì)這9條指令哈夫曼編碼操作碼表示和2-4等長(zhǎng)擴(kuò)展操作碼表示，并計(jì)算這兩種表示平均操作碼長(zhǎng)度。9．用一條4段浮點(diǎn)加法器流水線求8個(gè)浮點(diǎn)數(shù)和:Z＝A＋B＋C＋D＋E＋F＋G＋H,求流水線吞吐率、加速比和效率,其中△t1=△t2=△t3=△t4=△t。輸入輸入S1S2S3S4輸出△t1△t2△t3△t410.設(shè)有兩個(gè)向量A，B，各有4個(gè)元素，若在圖所表示靜態(tài)雙功效流水線上，計(jì)算向量點(diǎn)積：

其中，1→2→3→5組成加法流水線，1→4→5組成乘法流水線。又設(shè)每個(gè)流水線所經(jīng)過(guò)時(shí)間均為△t，而且流水線輸出結(jié)果能夠直接返回到輸入或暫存于對(duì)應(yīng)緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功效切換所需時(shí)間全部能夠忽略不計(jì)。請(qǐng)使用合理算法，能使完成向量點(diǎn)積A*B所用時(shí)間最短，并求出流水線在此期間實(shí)際吞吐率TP和效率E。11.什么是均勻洗牌置換？寫出均勻洗牌置換函數(shù)表示式，假設(shè)互聯(lián)網(wǎng)有16個(gè)結(jié)點(diǎn)，請(qǐng)畫出均勻洗牌置換輸入端和輸出端連接關(guān)系。答：均勻洗牌置換是將輸入端分成數(shù)目相等兩半，前二分之一和后二分之一按序一個(gè)隔一個(gè)地從頭至尾依次和輸出端相連，立即輸入端二進(jìn)制地址循環(huán)左移一位即得到對(duì)應(yīng)輸出端二進(jìn)制地址。其函數(shù)關(guān)系可表示為：圖略12.什么是PM2I置換？寫出PM2I置換函數(shù)表示式，假設(shè)互聯(lián)網(wǎng)有16個(gè)結(jié)點(diǎn)，請(qǐng)畫出PM2I置換當(dāng)i＝2時(shí)輸入端和輸出端連接關(guān)系。答：PM2I是對(duì)輸入端編號(hào)加減2i次方后得到輸出端編號(hào)。其函數(shù)關(guān)系可表示為：圖略13.在一個(gè)時(shí)鐘頻率f為40MHz處理機(jī)上實(shí)施一個(gè)經(jīng)典測(cè)試程序，該程序有4種類型指令，每種類型指令在程序中出現(xiàn)條數(shù)和每種指令CPI如表1.1所表示。計(jì)算這個(gè)測(cè)試程序在該處理機(jī)上運(yùn)行CPI和對(duì)應(yīng)MIPS。表1.1指令在程序中出現(xiàn)條數(shù)和每種指令CPI指令類型指令條數(shù)CPIALU1200001加載/存放指令（Cache命中時(shí)）360002轉(zhuǎn)移指令240004訪存指令（Cache不命中時(shí)）20000814.假設(shè)高速緩存Cache工作速度為主存5倍，且Cache被訪問(wèn)命中概率為90%，那么，采取Cache后能使整個(gè)存放系統(tǒng)取得多高加速比？15.某個(gè)流水線由4個(gè)