計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)-復(fù)習(xí)題(附答案)

第第7頁(yè)共7頁(yè)《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》復(fù)習(xí)題一、填空題推動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要?jiǎng)恿? 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 。( 器件 的發(fā)展是促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的最活躍因素。衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能可采用各種尺度，但最為可靠的衡量尺度( 時(shí)間 。CPI表示執(zhí)行每條指令所需( 平均時(shí)鐘周期數(shù) 。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示是指可由硬件直接辨認(rèn)( 數(shù)據(jù)類型 。在向量處理中經(jīng)常會(huì)遇到稀疏向量，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間和處理時(shí)間(壓縮向量 )表示方法。在當(dāng)今的RISC機(jī)的指令系統(tǒng)中，全都( 定字長(zhǎng) 指令格式。增強(qiáng)向量流水處理性能的方法主要有：多功能部件并行操作和采( 鏈接 )技術(shù)。數(shù)組多路通道與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送的基本單位( 數(shù)據(jù)塊 。數(shù)據(jù)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)( 消息傳送 的計(jì)算模型?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由（/固件）和（軟件）組成的十分復(fù)雜的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能支持軟件可移植，實(shí)現(xiàn)可移植性的常用方法有3種，即（采用系機(jī) （ 仿真和模擬 ，統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言?？梢詫?dāng)前大多數(shù)通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)分為 3種類型，即（RM構(gòu) （RR結(jié)構(gòu)）和存儲(chǔ)存儲(chǔ)器型指令集結(jié)構(gòu)。MIPS指令DADDIUR14，R5，#6屬于（I）類型的指令格式MIPS指令SDR4，300（R5）屬于（ I ）類型的指令格式。描述流水線的工作，常采用時(shí)空?qǐng)D的方法。在時(shí)空?qǐng)D中，橫坐標(biāo)表示（時(shí)間坐標(biāo)代表（。在MIPSWB（Load和（ALU）指令。（速度存－輔存”層次是為了彌補(bǔ)主存（容量）的不足。Cache（直接）和（組相聯(lián)）三種。反映存儲(chǔ)外設(shè)可靠性能的參數(shù)有可靠性（可用性）和（可信性。根據(jù)系統(tǒng)中處理器個(gè)數(shù)的多少，可把現(xiàn)有的MIMD計(jì)算機(jī)分為兩類，每一類代表了一種存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和互連策略。第一類機(jī)器稱為（集中式共享性）結(jié)構(gòu)，第二類機(jī)器具有（。二、單項(xiàng)選擇題1．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性是( C 所看到的外特性。A. 應(yīng)用程序員 高級(jí)語(yǔ)言程序員C. 機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序編寫者 包括以上各級(jí)程序員2．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的描述說(shuō)明該系統(tǒng)流水段(D)A.12 B.8 C.64 D.1-143．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)之一，在滿足功能要求基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，優(yōu)化的主要衡量指標(biāo)( B 。A. 硬件簡(jiǎn)化程度 B. 編程開銷 C. 降低成本 D. 性能價(jià)格比4．用軟件方法可在一臺(tái)現(xiàn)有的計(jì)算(甲上實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算(乙的指令系統(tǒng)，通常乙機(jī)稱( B 。A．宿主機(jī) B．虛擬機(jī) C.目標(biāo)機(jī) D.系統(tǒng)機(jī)5．統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)性能測(cè)試結(jié)果有多種方法，其( C 最接近CPU的實(shí)際性能A.算術(shù)性能平均值 幾何性能平均值 C.調(diào)和性能平均值 峰值性能指標(biāo)6.在設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意：指令中各個(gè)不同含義的字段之間，在編碼時(shí)應(yīng)互相獨(dú)立互不相關(guān)。即(A)原則：A．正交性B．規(guī)整性C.對(duì)稱性D．可擴(kuò)充性7．采用先行控制技術(shù)需增設(shè)一些緩沖部件，這些緩沖部件的深度之間存在的關(guān)系( A 。A．D指緩≥D操作數(shù)讀?！軩寫棧 B．D操作數(shù)D指緩≥D讀棧≥D寫棧C．D讀?！軩寫棧指緩≥D操作數(shù) 讀棧寫棧操作數(shù)指8．用動(dòng)態(tài)再定位形成訪存物理地址的方法是( B 時(shí)進(jìn)行的。A．程序裝入 B．程序執(zhí)行 巳程序編譯 程序連接9．Cache存儲(chǔ)器地址映象算法中C 所需硬件最少。A．段相聯(lián)映象法 B．組相聯(lián)映象法 C.直接映象法 全相聯(lián)映象10．特別適合于打印機(jī)等低速設(shè)備的總線數(shù)據(jù)寬度( D 。A.可變長(zhǎng)塊 B．定長(zhǎng)塊 C.單字加定長(zhǎng)塊 D.單字（或單字節(jié)11．中斷系統(tǒng)采( C 性能最佳。A.全硬件實(shí)現(xiàn) 全軟件實(shí)現(xiàn) C.軟硬結(jié)合 D.并行結(jié)12．如果快表采用堆棧替換算法，( A 其命中率越高。A.快表容量大 B．快表查找速度快C.快表用全硬件實(shí)現(xiàn) 快表用軟硬結(jié)合實(shí)現(xiàn)13．在數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)中，一條指令能否執(zhí)行的主要依據(jù)( D A．PC程序計(jì)數(shù)器所指定 B．操作數(shù)地址形成C.下一條指令已準(zhǔn)備好 D．操作數(shù)全部到達(dá)14．基于需求驅(qū)動(dòng)和共享數(shù)據(jù)的計(jì)算模型( B A．串歸約系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖歸約系統(tǒng)結(jié)構(gòu)C.數(shù)據(jù)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)15．以下敘述中，錯(cuò)誤的( B 。A．采用分布式存儲(chǔ)器以MIMD方式工作的多機(jī)系統(tǒng)將成為并行機(jī)發(fā)展的主流趨向B．系列機(jī)具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，兼容機(jī)具有不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)D．歸約機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采取的是種滯后求值策略三、名詞解釋1、模擬答：是指用軟件的方法在一臺(tái)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)（稱為宿主機(jī)）上實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)（虛擬機(jī)）的指令集。通常用解釋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。2、數(shù)據(jù)表示件取舍折中的問(wèn)題。3、名相關(guān)它們之間并沒(méi)有數(shù)據(jù)流動(dòng)，則稱這兩條指令存在名相關(guān)。4、互連網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中結(jié)點(diǎn)之間的相互連接。5、高可用性機(jī)群四、判斷題1、從計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的角度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分成多級(jí)層次結(jié)構(gòu)，其中，第23（×）23加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得時(shí)間（×）3CPI（√）4、指令條數(shù)多，通常超過(guò)200條，是設(shè)計(jì)RISC的原則之一。（×）5（√）6、在多級(jí)存儲(chǔ)體系中cach（×）7、失效率和平均訪存時(shí)間都可評(píng)價(jià)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能，它們都和機(jī)器的硬件速度有關(guān)。（×）8RAID（×）9（√）10、 機(jī)群是一種價(jià)格低廉、易于構(gòu)建、可擴(kuò)縮性極強(qiáng)的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（√）五、簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示不同之處。答：(1)標(biāo)志符要與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，兩者存在一個(gè)存儲(chǔ)器單元中；而描述符則和數(shù)據(jù)(2)址(3)描述符可看成是程序的一部分，而不是數(shù)據(jù)的一部分2、簡(jiǎn)述RISC采用的主要技術(shù)。(2)(3)采用比較轉(zhuǎn)移指令。(4)采用優(yōu)化編譯技術(shù)。3、簡(jiǎn)述提高主存帶寬的主要方法。（1）（2）使總的數(shù)據(jù)吞吐率得到提高。4、簡(jiǎn)述向量流水線中，向量指令可以鏈接的前提條件。答：1）不存在功能部件使用沖突。共用向量寄存器中的向量長(zhǎng)度、起始地址，偏移量等均要相等。只有在前一指令第一個(gè)分量送人結(jié)果向量寄存器的那個(gè)時(shí)鐘周期方可鏈接。5、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的Flynn答分類法是按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性進(jìn)行分類的把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)分為單指令流單數(shù)據(jù)流 (SISD)、單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)、多指令流單數(shù)據(jù)流(MISD)、多指令流多數(shù)據(jù)(MIMD)。6、指令集應(yīng)滿足哪幾個(gè)基本要求？答：對(duì)指令集的基本要求：完整性、規(guī)整性、高效性、兼容性。完整性：在一個(gè)有限可用的空間內(nèi)，對(duì)于任何可解的問(wèn)題，編制計(jì)算程序時(shí)，指令集所提供的指令足夠用。規(guī)整性主要包括對(duì)稱性和均勻性。高效率：指指令的執(zhí)行速度快、使用頻率高。7、簡(jiǎn)述流水線技術(shù)的特點(diǎn)。部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，流水線實(shí)際上是把一個(gè)大的處理功能部件分解為多個(gè)獨(dú)立的功能部件，并依靠它們的并行工作來(lái)提高吞吐率。流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等，否則將引起流水線堵塞和斷流。流水線每一個(gè)功能部件的前面都要有一個(gè)緩沖寄存器，稱為流水寄存器。分發(fā)揮流水線的效率。工作。8、簡(jiǎn)述通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^(guò)程。（）在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序，由CPU通道程序，并啟動(dòng)通道；通道處理機(jī)執(zhí)行CPU為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)I/O工作。通道處理機(jī)執(zhí)行通道程序是與CPU通道程序結(jié)束后向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。CPU作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)/O六、計(jì)算題（一）試比較在不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。計(jì)算下列表達(dá)式所需時(shí)間。其中，加法需要90ns。若在具有一個(gè)通用PE(處理單元)的SISD表達(dá)式所需時(shí)間T(1878*90ns+7*40ns=loons=1us若在SIMD8個(gè)PEPE試分析該機(jī)計(jì)算上述表達(dá)式時(shí)的具體步驟及用于乘法和加法的時(shí)間開銷。答：(2)8次乘法可同時(shí)進(jìn)行；7次加法中分三步順序進(jìn)行：次加法。時(shí)間開銷T90ns+3*40ns=210us所以：T＝T運(yùn)算+T傳遞＝210ns+70ns=280ns8PESIMD計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)由一個(gè)PE10ns答：(3)由于PE間的以線性圓環(huán)互連，且為單向傳送數(shù)據(jù)，乘法時(shí)PEPEPEPE4，即T傳遞＝0+10ns+2*10ns+4*10ns=70ns。所以：運(yùn)算+T傳遞＝210ns+70ns=280ns操（二）假設(shè)某應(yīng)用程序中有4類操作，通過(guò)改進(jìn)，各操作獲得不同的性能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所示：操程序中的數(shù)量改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間改進(jìn)后的執(zhí)行時(shí)間作類型（百萬(wàn)條指令） （周期） （周期）操作11021操作2302015操作335103操作41541改進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（3）4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少？解根據(jù)l定律S／FF／S4所示的4類操作的加速n e e e比 和 程 序 獲 得 的 加 速 比 。4S=1／[(1∑FF／S2．15n i i i解根據(jù)l定律／／14所示的4類操作的加4類操作均改進(jìn)后,整個(gè)程序的加速比為Sn=1／[(1一∑Fi)+∑(Fi／Si)]≈2．155段組成，加法用145253或暫存于相應(yīng)的流水寄存器中?，F(xiàn)要在該流水線上計(jì)算4 (A