试题四
计算机系统结构
姓名： 学号：
一、名词解释（每题3分，共15分）
13. 通用寄存器型机器 4．机群 14. 虚拟Cache 5．定向技术 15. 通道处理机
二、填空（每空1分，共20分）
1. 流水线中的相关有（ ）相关、（ ）相关和（ ）相关三种。 2. 设计I/O系统的三个标准是（ ）、（ ）和（ ）。 3. 对向量的处理有（ ）方式、（ ）方式、（ ）方式。 4. 同构型多处理机和异构型多处理机所采用的提高并行性的技术途径分别是（ ）和（ ）。
5. 地址映象方法有( )、( )和( )等三种，其中( )的冲突率最低。
6. 软件兼容有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。其中（ ）是软件兼容的根本特征。
三、简答题（每题6分，共24分）
1. 计算机体系结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？并说出它们的含义。
2. 任写出三种降低失效率的方法，并简述其基本思想。 3. 指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？
4. 通道分为哪三种类型？它们分别适合为哪种外围设备服务？
四、计算题
1. 假定Cache的失效开销为50个时钟周期，当不考虑存储器停顿时，所有指令的执行时间都是2.0个时钟周期，访问Cache失效率为2%，平均每条指令访存1.33次。求没有Cache和有Cache两种情况下的平均指令执行时间。（12分）
2. 在三级Cache中，第一级Cache、第二级Cache和第三级Cache的局部失效率分别为4%、30%和50%。它们的全局失效率各是多少？（8分）
3. 计算机A和计算机B具有相同的指令系统。执行同一个程序时，计算机A的时钟周期为1.1 ns，CPI为2.0，计算机B的时钟周期为2 ns，CPI为1.3。请问执行这个程序时，哪台计算机更快？（6分）
4. 静态多功能流水线由6个功能段组成，如下图所示：
s1s2s3s4s5s6
其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，各个功能段时间均为△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）
（3） 画出时空图； （4） 计算实际的吞吐率、加速比和效率。（15分）
试题五
计算机系统结构
姓名： 学号：
一、名词解释（每题3分，共15分）
16. 系列机 2．定向技术 3．强制性失效 4．通道处理机 5. 失效率
二、填空（每空1分，共20分）
1. 数据相关有三种，分别是：（ ）、（ ）和（ ）。
2. 从处理数据的角度，并行性等级可以分为字串位串、（ ）（ ）、和全并行。
3. 在存储层次中，映象规则有（ ）、（ ）和（ ）。 4. 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（ ）。
5. 设有一个“Cache-主存”层次，Cache为4块，主存为8块；试分别对于以下2种情况，计算访存块地址为5时的索引（index）。
(1)组相联，每组两块；索引为（ ）。 (2)直接映象；索引为（ ）。
6. 对向量的处理有（ ）方式、（ ）方式、（ ）方式。 7. 根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为（ ）型指令集结构、（ ）型指令集结构和（ ）型指令集结构。
三、简答题（每题5分，共25分）
1. 调度分支延迟指令有哪三种常用方法？它们各有什么优缺点。 2. 表示寻址方式的主要方法有哪些？简述它们的优缺点。 3. 简述“Cache－主存”层次与“主存－辅存”层次的区别。
4. 试举例说明DLX流水线中存在不能依靠定向技术解决的数据相关及其解决方法。
5. 试从3C失效的关系分析增加块大小对Cache性能的影响。 四、（20分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t，其余各段时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算 f＝（A1+B1）*（A2+B2）*（A3+B3）*（A4+B4）, （1） 画出处理过程的时空图。
（2） 计算其吞吐率、加速比和效率。 （3） 该流水线的瓶颈段是哪一段？可用哪几种方法消除该瓶颈？画出改进后
加法 1 2 3 乘法 4 5 的流水线。
五、（10分）
（1） 根据Amdahl定律写出系统加速比的公式。
（2） 某计算机系统有两个部件可以改进，这两个部件的加速比为： 部件加速比1＝30； 部件加速比2＝20；
如果部件1和部件2的可改进比例分别为30％和40％，求整个系统的加速比。
六、（10分）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时间。
（1） 理想Cache（命中率为100%）情况下的CPI为2.0，时钟周期为2 ns，
平均每条指令访存1.2次。
（2） 两种Cache容量均为1 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40个时钟周期。 （5） 命中时间为1个时钟周期。
（6） 1 KB直接映象Cache的失效率为13.3%，1 KB两路组相联Cache的失效
率为10.5%。
试题六
计算机系统结构
姓名： 学号：
一、名词解释（每题3分，共15分）
17. 透明性 2．数据相关 4．堆栈型机器 4．通道处理机 5. 失效开销
二、填空（每空1分，共20分）
1. 流水线相关有三种：（ ）、（ ）和（ ）。 2. 从执行程序的角度看，并行性等级可以分为：( )、（ ）、（ ）和作业或程序级并行。
3. 在存储层次中，常用的替换算法有（ ）、（ ）和（ ）。
4. 计算机系统中提高并行性的技术途径有（ ）、（ ）和（ ）三种。
5. 按照产生失效的原因不同，可把失效分为（ ）失效、（ ）失效和（ ）失效三类。
6. 通道可分为（ ）通道、（ ）通道和（ ）通道三种类型。
7. 设有一个“Cache-主存”层次，Cache为4块，主存为8块；试分别对于以下2种情况，计算访存块地址为6时的索引（index）。
(1)组相联，每组两块；索引为（ ）。 (2)直接映象；索引为（ ）。
三、简答题（每题5分，共25分）
1. 写出三级Cache的平均访问时间的公式。
2. 软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？
3. 试从目的、技术途径、组成等3个方面对同构型多处理机和异构型多处理机作一简单比较（列表）。
4. 有哪几种向量处理方式？它们对向量处理机的结构要求有何不同？ 5. 降低Cache失效率有哪几种方法（至少写出5种）？ 四、（20分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t，其余各段时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算 f＝A1*B1 + A2*B2 + A3*B3 + A4*B4,
（1）画出处理过程的时空图；
（2）计算其吞吐率、加速比和效率；
（3）该流水线的瓶颈段是哪一段？可用哪几种方法消除该瓶颈？画出改进后的流水线。
加法 1 2 3 4 5