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）