-体系结构试卷

班 级 学 号 姓 名

总2010 －2011 学年第 2 学期

分 课程名称：计算机体系结构

得分 一．填空题（每小题 1 分，共 15 分） 1. 计算机系统结构是指由 程序员 所看到的计算机的属性，即 和功能特性。

2. Amdahl定律的一个重要推论是，如果只针对整个任务的一部分进行优

化，那么所获得的加速比不大于 1/(1-可改进比例) 。 3. 软件兼容是指同一个软件可以不加修改地运行于体系结构 相同的各档机器上，它们获得的 结果 一样，差别只在于 运行时间 不同。

4.CPU中用于存储操作数的3种存储单元分别为堆栈、 累加器 和 寄存器 。

5. DLX指令有3种指令格式，分别是I类型指令、 R类型 指令和 J类型 指令。

6．流水线中的相关分为数据相关、 结构相关 和 控制相关 三类。 7. Cache主要是为解决主存 速度 满足不了要求而提出来的，而虚拟存储器主要是为解决主存 容量 满足不了要求而提出来的。

8. 增加Cache块大小可以降低 强制性 失效，但同时也会增大 冲突性 失效。 得分 二．选择题（每小题 1 分 ，共 10 分）

1. 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

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十

2．系列机软件应做到 。

A．向前兼容，力争向上兼容 B．向前兼容，力争向下兼容

C ．向后兼容，力争向下兼容

D．向后兼容，力争向上兼容 3．操作数表示指的是能由 直接识别和引用的数据类型。

A．软件 B． 硬件

C．机器语言 D．数据结构

4．哈夫曼压缩编码的方法是 。

A．用短位数表示低概率事件，用长位数表示高概率事件 B．用短位数表示高概率事件，用长位数表示低概率事件

C．用字节表示低概率事件，用字表示高概率事件 D．用字节表示高概率事件，用字表示低概率事件

5. 衡量流水线的主要性能指标是

。 A．流水线容量 B．流水线长短 C．流水线规模 D．流水线吞吐率和效率

6. 如果对DLX作改进，将分支转移成功与否的判断移至下述 段，并尽早计算出转移目标地址，可以减少分支开销。 A．IF B．ID

C．EX

D．MEM流水线中

7．设指令取指、分析和执行阶段分别需要t时间，则一次重叠方式下平均完成一条指令需要 。 A．t B．2t

C．3t D．4t

8． CRAY-1向量处理机在下述哪种情况下可以并行执行指令 。

难以仿真。

A．向量寄存器不同，功能部件相同 B．向量寄存器相同，功能部件不同 C．向量寄存器相同，功能部件相同 D．向量寄存器不同，功能部件不同

9．伪相联的失效率等于 。

A．直接映象Cache的失效率 B．2路组相联Cache的失效率 C．4路组相联Cache的失效率 D．8路组相联Cache的失效率

10．采用虚拟Cache技术时，为避免进程切换时清空Cache,可在Cache地址标识中增加 。

A．进程标识字段 B．有效位字段

C．修改位字段 D．访问计数字段

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答D D B B D B C D B A 案 得分

三. 简答题 (共5小题,每小题5分) 1．实现软件移植的途径有哪些？各受什么限制？

实现软件移植的途径有：统一高级语言，系列机方法，模拟和仿真。 统一高级语言存在问题：存在一定的困难，争取汇编语言或机器语言的统一。

系列机方法存在问题：在汇编语言兼容的前提下，系统结构的发展很有限，有时连突破性的组成技术都无法采用。

模拟存在问题：结构差异很大时，效率、速度会急剧下降。

仿真存在问题：实现不灵活，当两种机器结构差别很大时，效率低甚至

2．简述RISC结构的设计原则。

（1）选取使用频度最高的指令，并补充一些最有用的指令； （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成； （3）所有指令长度均相同；

（4）只有LOAD和STORE操作指令才能访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行；

（5）以简单有效的方式支持高级语言。 3．简述向量处理机的速度评价方法，并与标量处理机的速度评价方法作对比。

在科学计算中，常常用每秒取得多少个浮点运算结果表示机器速度，以MFLOPS作为测量单位。这一指标不能直接和标量处理机所用的MIPS相比。因为计算机执行的指令，除运算指令外，还有更多的服务性指令（如Load、Store、测试和分支等）。在每秒执行多少条指令的速度指标中，是把这些服务性指令都考虑在内的；而在每秒取得多少个浮点运算结果的速度指标中，则不考虑这些指令。一般认为，在标量计算机中，执行一次浮点运算需要2-5条指令，因此，如果要把这两种速度指标放在一起的话，那么就应该把MFLOPS乘以一个系数，得出相应的MIPS。

4．简述降低流水线分支损失的延迟分支方法及3种不同调度策略。

从逻辑上“延长”分支指令的执行时间。所有顺序后继指令都处于“分支延迟槽”中，无论分支成功与否，流水线都会执行这些指令。

下面分别从调度要求和对流水线性能改善的影响描述3种调度策略： 1） 从前调度。分支不依赖于被调度的指令。总是可以有效提高

流水线性能。

2） 从目标处调度。如果分支转移失败，必须保证被调度的指令

对程序的执行没有影响，可能需要复制被调度指令。分支转移成功时，可以提高流水线性能。但由于复制指令，可能加大程序空间。

3） 从失败处调度。如果分支转移成功，必须保证被调度的指令

对程序的执行没有影响。分支转移失败时，可以提高流水线

班 级 学 号 姓 名 性能。

5. 在减少CACHE失效率的方法中，哪种方法降低了CACHE失效率但却增加了命中时间？简述其原因。

提高相联度方法。

增大相联度，即增加了每组中Cache块的候选位置，可以降低冲突性失效。但由于候选位置的增多，需花费比直接映象更长一点时间来查找数据，即增加了命中时间。

得分 四．(本题10分) 五．（本题12）对于一台500MHz的计算机执行标准测试程序，程序中的指令类型、执行数量和平均

时钟周期数如下表所示。

指令类型 指令执行频度 平均时钟周期数 整数运算指令 0.40 1 数据传输指令 0.30 2 浮点指令 0.25 3 转移指令 0..5 1 试求 （1）该计算机的有效CPI，MIPS和CPU时间。

（2）在进行优化编译后，整数运算指令减少了1/2,浮点指令减少了1/5,试计算优化后机器的CPI，MIPS和CPU时间。

得分 五.(本题15分）一台模型机有9条指令，其使用频度分别为30%，24%，20%，7%，7%，6%，3%，2%，1%。该

模型机有8位和16位两种指令字长，采用扩展操作码，并限制只能有两种操作码码长。8位字长指令为R-R二地址类型，16位字长指令为R-M二地址变址寻址类型。

（1）不考虑其他要求，根据使用频度设计出哈夫曼编码。

（2）根据给出的全部要求，设计出优化实用的扩展操作码，并计算平均码长。

（3）设计该机的2种指令格式，标出各字段位数。该机允许使用多少可编址的通用寄存器？访存变址寻址的最大偏移量是多少字节？（假设通用寄存器可作为变址寄存器）

班 级 学 号 姓 名

得分 六．（本题10）求向量D=A*（B+C），A、B、C和D为128个元素的向量，在Cray-1向量机上实现，需分解为下列向

量指令：

1. LV V1, B 2. LV V2, C 3. ADDV V3, V1, V2 4. LV V4, A 5. MULTSV V5, V3, V4 6. SV D, V5 假设在该向量处理机中，Tloop=15，向量存储部件启动需12个时钟周期，向量加法部件启动6个，向量乘法部件启动7个时钟周期，向量寄存器长度为MVL=64，当用下列2种方式工作时，各需多少拍才能得到全部结果？

（1） 不采用链接技术，请写出指令执行时的编队，并计算总执行时间；（2） 采用链接技术，请写出指令执行时的编队，并计算总执行时间；

得分 七．（本题15分）在一个由6个功能段组成的动态双功能

流水线上计算下列表达式：

5

?(ai?bi) i?1加法时按S1→S4→S5→S2连接，乘法时按S1→S2→S3→S6连接，输出可直接返回作为输入，每段通过的时间为1拍，功能切换时间忽略不计，求完成上述运算所需的最少拍数，画出流水时空图，并求出加速比（Sp）,效率（E）和吞吐率（Tp）.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gtr3.html