1、計算機體系結(jié)構(gòu)參考答案B卷一簡要回答下列各題（共20分，每小題4分）1軟件和硬件在什么意義上是等效的？在什么意義上是不等效的？（1）等效性：軟件和硬件在邏輯功能上是等效的，即軟件的功能可用硬件或固件完成；硬件的功能也可用軟件模擬完成。（2）不等效性：軟件和硬件實現(xiàn)的性能價格比不同，實現(xiàn)的難易程度不同。2透明性的概念？系列機的概念？透明性是指某一事物或?qū)傩詫嶋H存在，但從某種角度來看好象不存在，或者說看不出來。系列機是指具有相同體系結(jié)構(gòu)、但具有不同組織和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器。3列舉流水線的3種相關(guān)及2種解決辦法。結(jié)構(gòu)相關(guān)：P86數(shù)據(jù)相關(guān)：P86控制相關(guān)：P86氣泡（延遲）法，直接通路（定向）

2、法列舉Cache-Memory存儲層次中2種寫策略方法、2種寫分配方法。寫直達法：P183寫回法：P183按寫分配法：P183不按寫分配法：P183列舉3種通道類型字節(jié)多路通道：P269數(shù)組多路通道：P269選擇通道：P269二.選擇題（請選擇一個最為準確的答案，共12分，每小題2分）。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)按照由高到低的順序分別為（C）。A高級語言機器級，匯編語言機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，操作系統(tǒng)機器級，應(yīng)用語言機器級，微程序機器級B高級語言機器級，應(yīng)用語言機器級，操作系統(tǒng)機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機器級，微程序機器級c應(yīng)用語言機器級，高級語言機器級，匯編語言機器級，操作系統(tǒng)機器級

3、，傳統(tǒng)機器語言機器級，微程序機器級D應(yīng)用語言機器級，操作系統(tǒng)機器級，高級語言機器級，匯編語言機器級，微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時遵循三個軟硬件取舍原則，但（D）不在原則之中。A系統(tǒng)在現(xiàn)有硬件條件下有高的性能價格比.不要限制組成和實現(xiàn)技術(shù)的采用c為軟件設(shè)計提供更多更好的硬件支持.盡量發(fā)揮軟件的優(yōu)勢3指令系統(tǒng)的改進以不刪除原有指令系統(tǒng)為前提，通過增加少量強功能新指令代替常用指令串，保證了軟件（B），提高了編程效率。A向前兼容向后兼容向上兼容向下兼容的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接影響計算機系統(tǒng)的性能，包括主存、利用率、（D）、速度和系統(tǒng)的兼容性等。.指令執(zhí)行速度.設(shè)備容量.系統(tǒng)總線.系統(tǒng)吞吐

4、量5衡量一個存儲器性能可從（A）方面考慮。A.容量、速度、價格B.制造工藝、封裝、材料C.容量、速度、功耗D.Cache-主存存儲層次、主存-輔存存儲層次、輔存-磁帶存儲層次流水方式是指（D）。.多部件同時執(zhí)行一條指令.多部件同時取出多條指令.多部件同時解釋一條指令吐多部件同時解釋多條指令三填空題（共18分，每空1分）計算機組成指的是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，計算機實現(xiàn)指的是計算機組成的物理實。各機器級的實現(xiàn)主要靠或，或者是這兩者的結(jié)合。翻譯，解釋程序的局部性包括和兩個方面。時間局部性和空間局部性的設(shè)計途徑是增強的功能以及設(shè)置更為復(fù)雜的取代原先由軟件子程序完成的功能，實現(xiàn)的硬化的設(shè)計途徑是通過和來降低

5、硬件設(shè)計的復(fù)雜度，提高指令的執(zhí)行速度。原有指令，新指令，軟件功能，減少指令種數(shù)，簡化指令功5在全相聯(lián)映象、直接映象和組相聯(lián)映象中，塊沖突最小的是。存貯器的地址映象規(guī)則一般不能用，否則，主存的地址映象表太大，查表速度太慢，硬件難以實現(xiàn)。全相聯(lián)映象，全相聯(lián)映象存儲系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)通常包括、等種存儲結(jié)構(gòu)。單字寬存儲器，多字寬存儲器，多體交叉存儲器7衡量流水線的主要性能指標是和。個子過程組成的流水線中，其結(jié)果的輸出速度取決于處理時間的子過程。流水線吞吐率，效率，最長四.（10分）若一個動態(tài)浮點乘法流水線（如下圖所示），每個功能段的時間均為t,其乘積可直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)緩存器中。請畫出實現(xiàn)AxBxC

6、xD的時空圖，并求出該流水線的吞吐率TP、加速比SP和效率E。輸入+規(guī)格化擬定算法：第一步計算AxB，CxD,設(shè)M=AxB，N=CxD第二步計算AxBxCxD，即G=MxN時空圖：吞吐率TP、加速比SP和效率ETP=n/T=3/7t，0.43/tKSP=9/7，1.29E=(3x3t)/(3x7t),42.9%五.（15分）某計算機指令和數(shù)據(jù)的長度均為32位，CPU和存儲器之間的數(shù)據(jù)寬度也為32位。在CPU中執(zhí)行一次算術(shù)運算的時間為100ns，訪問一次存儲器的時間為300ns，讀/寫通用寄存器的時間忽略不計。請分別按下述各種情況計算執(zhí)行一條算術(shù)運算指令和一條取數(shù)/存數(shù)指令的最小時間（假設(shè)取數(shù)/

7、存數(shù)指令在前），并畫出指令執(zhí)行示意圖。（1）指令順序執(zhí)行，指令和數(shù)據(jù)存放在一個存儲器中；（2）設(shè)置指令流水線，指令和數(shù)據(jù)放在一個存儲器中；（3）設(shè)置指令流水線，有獨立分開的指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。解答：（1）指令順序執(zhí)行，指令和數(shù)據(jù)存放在一個存儲器中；（F：取指A：算術(shù)）功能段FFFFFFAAAA時間最小時間=300+300+300+100=1000(ns)(2)設(shè)置指令流水線，指令和數(shù)據(jù)放在一個存儲器中;功能段FFFA時間FFFAAA最小時間=300+300+300+100=1000(ns)3)設(shè)置指令流水線，有獨立分開的指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。功能段FFFA時間FFFAAA最小時間=300

8、+300+100=700(ns)六.(15分)某計算機主存為1KB,采用兩路組相聯(lián)(2-Way)映像，指令Cache容量為32B,每個塊為8B。在該機執(zhí)行如下循環(huán)程序：LDF2，0(R1)MULTDF4，F(xiàn)2，F(xiàn)0LDF6，0(R2)ADDDF6，F(xiàn)4，F(xiàn)6SD0(R2)，F(xiàn)6ADDIR1，R1，#8ADDIR2，R2，#8SGTIR3，R1，DONEBEQZR3，OKOK:每條指令長度均為4B,程序執(zhí)行前指令Cache的內(nèi)容為空，Cache采用LRU替換算法。(1)假設(shè)該程序加載道0010100000地址上，試給出該循環(huán)推出前每個Cache塊所對應(yīng)的主存區(qū)號標識，以及其組內(nèi)塊號；(2)如果該

9、循環(huán)執(zhí)行20次，則Cache命中率為多少?解答：(1)00組101I911121516131417181組Cache主存0010100000由映像圖可見，退出循環(huán)前主存區(qū)Cache號標示塊號TOC o 1-5 h z001010000101010010110001011100110000組0塊對應(yīng)主存區(qū)號標識為0011000組1塊對應(yīng)主存區(qū)號標識為0010101組0塊對應(yīng)主存區(qū)號標識為0010101組1塊對應(yīng)主存區(qū)號標識為0010112)循環(huán)20次地址分別為0，1，2，3，4，0，1，2，3，4，0，1，2，0123401234010組00004444444422200222001組11111

10、111111333333333裝入裝入裝入裝入替換替換命中替換命中命中替換命中命中率=(920-5-219)/(9x20)=137/180q76%七(10分)假設(shè)一臺計算機具有以下特性：95%的訪存在Cache中命中；Cache塊大小為4個字，Cache失效時整個塊被調(diào)入；CPU發(fā)出訪存請求速率為IMBps；25%的訪問為寫訪存，CPU每次只能讀寫一個字；寫命中時采用寫直達法，寫未命中時采用不按寫分配法；(6)通道包含一個選擇通道和一個字節(jié)多路通道；(7)選擇通道上連接3臺磁盤機，傳輸率為800KB/s；(8)字節(jié)多路通道上連接2臺針式打印機和20個終端，傳輸率分別為6.6KB/S和1KB/s。問：主存的頻帶至少設(shè)計為多少MBps才能符合要求？解答：考慮到在計算機系統(tǒng)中，I/O系統(tǒng)要與存儲器打交道，CPU也要訪問(R/W)存儲器，因此：主存的實際流量(頻帶)=I/O系統(tǒng)引起的主存流量(fT/OSYSTEM)