河北大學(xué)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)2007參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)A費(fèi)

1、.河北大學(xué)課程考核參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（ 2006 2007 學(xué)年第 二 學(xué)期）考核科目 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 課程類別 必修課 考核方式 閉卷 卷別 A 一、填空題：（每空1分，共20分）1. 進(jìn)程遷移 I/O處理 2. 時(shí)間重疊 資源重復(fù) 時(shí)間重疊 部件功能專用化 3. 流水化功能單元 資源重復(fù) 4. 寫后讀5. N/26. 沖突 時(shí)鐘頻率 7. 直接映象 全相聯(lián) 8. 容量 速度 9. 屬性 功能特性 10. M11. 通信二、名詞解釋：（每題3分，共15分）1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)，這就是存儲(chǔ)系統(tǒng)。

2、2. Amdahl定律：加快某部件執(zhí)行速度所獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件在系統(tǒng)中所占的重要性。3. 并行性：在同一時(shí)刻或是同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。4. 耦合度：反映多機(jī)系統(tǒng)各機(jī)器之間物理連接的緊密程度和交互作用能力的強(qiáng)弱。5. 互連網(wǎng)絡(luò)：是將集中式系統(tǒng)或分布式系統(tǒng)中的結(jié)點(diǎn)連接起來(lái)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。三、簡(jiǎn)答題：（每題6分，共30分）1. 試以系列機(jī)為例，說(shuō)明計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。 答：計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)（1分）。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)（1分）。 一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成（1分）。一種組成可以有多種實(shí)現(xiàn)

3、（1分）。同一系列機(jī)中各種型號(hào)的機(jī)器具有相同的體系結(jié)構(gòu)，但采用不同的組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，因而具有不同的性能和價(jià)格（2分）。2. 造成流水線“斷流”的主要原因是哪三種相關(guān)？是什么原因造成的？答：(1) 結(jié)構(gòu)相關(guān)（1分）當(dāng)硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求,而發(fā)生資源沖突時(shí),就發(fā)生了結(jié)構(gòu)相關(guān)。（1分）(2) 數(shù)據(jù)相關(guān) （1分）當(dāng)一條指令需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)行時(shí)，就可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)。（1分）(3) 控制相關(guān) （1分）當(dāng)流水線遇到分支指令和其它能夠改變PC值的指令時(shí)，就會(huì)發(fā)生控制相關(guān)。（1分）3. 實(shí)現(xiàn)Cache一致性協(xié)議有哪兩類？簡(jiǎn)述其含義。答：(1) 寫作廢協(xié)議（2

4、分）在一個(gè)處理器寫某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)之前保證它對(duì)該數(shù)據(jù)項(xiàng)有唯一的訪問(wèn)權(quán)。（1分） (2) 寫更新協(xié)議（2分） 當(dāng)一個(gè)處理器寫某數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，通過(guò)廣播使其它Cache中所有對(duì)應(yīng)的該數(shù)據(jù)項(xiàng)拷貝進(jìn)行更新。（1分）4. 在存儲(chǔ)層次中應(yīng)解決哪四個(gè)問(wèn)題？答：(1) 映象規(guī)則（1分）當(dāng)把一個(gè)塊調(diào)入高一層存儲(chǔ)器時(shí)，可以放到哪些位置上? （1分）(2) 查找算法當(dāng)所要訪問(wèn)的塊在高一層存儲(chǔ)器中時(shí)，如何找到該塊? （1分） (3) 替換算法 當(dāng)發(fā)生失效時(shí)，應(yīng)替換哪一塊? （2分）(4) 寫策略 當(dāng)進(jìn)行寫訪問(wèn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行哪些操作? （1分）5. 單級(jí)存儲(chǔ)器的主要矛盾是什么？通常采取什么方法來(lái)解決？ 答：(1) 速度越快，每位價(jià)格就

5、越高；（2分）(2) 容量越大，每位價(jià)格就越低；（1分）(3) 容量越大，速度越慢。（1分）采取多級(jí)存儲(chǔ)層次方法來(lái)解決。（2分）四、計(jì)算題（35分）1. 將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中某一功能的處理速度加快10倍，但該功能的處理時(shí)間僅為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采用此增強(qiáng)功能方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高多少？（7分）解： 根據(jù)Amdahl定律可知： 系統(tǒng)加速比 （4分）由題可知： 可改進(jìn)比例 = 40% = 0.4部件加速比 = 10 系統(tǒng)加速比 = 1.56 （3分）采用此增強(qiáng)功能方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高1.56倍。2. 雙輸入端的加、乘雙功能靜態(tài)流水線有1、2、3、4四個(gè)子部件，延時(shí)分別為t,

6、t, 2t, t，“加”由124組成，“乘”由134組成，輸出可直接返回輸入或鎖存?，F(xiàn)執(zhí)行（1） 畫出流水時(shí)空?qǐng)D，標(biāo)出流水線入端數(shù)據(jù)變化情況。（3分）（2） 求運(yùn)算全部完成所需的時(shí)間和流水線效率。（2分）（3） 找出瓶頸子過(guò)程并將其細(xì)分，重新畫出時(shí)空?qǐng)D并計(jì)算流水時(shí)間和效率。（5分）答：（1） 部件 結(jié)果輸入a1 a2 a3 a4 a1+b1 a2+b2 a3+b3 a4+b4 b1 b2 b3 b4 c1 c2 c3 c4 t4321（3分）（2）由上圖可知，全部運(yùn)算完的時(shí)間是23t。 （2分） （3） 43-23-1 2 1輸入a1 a2 a3 a4 a1+b1 a2+b2 a3+b3 a4

7、+b4 b1 b2 b3 b4 c1 c2 c3 c4 結(jié)果t部件（3分） 由上圖可知，流水時(shí)間為20t（1分）。 （1分）3. 我們考慮某一個(gè)機(jī)器。假設(shè)Cache讀失效開銷為30個(gè)時(shí)鐘周期，寫失效開銷為60個(gè)時(shí)鐘周期，當(dāng)不考慮存儲(chǔ)器停頓時(shí)，所有指令的執(zhí)行時(shí)間都是2.0個(gè)時(shí)鐘周期， Cache的讀失效率和寫失效率均為5%，平均每條指令讀存儲(chǔ)器0.8次，寫存儲(chǔ)器0.5次。試分析考慮Cache的失效后，Cache對(duì)性能的影響。（8分）解：平均每條指令存儲(chǔ)器停頓時(shí)鐘周期數(shù)“讀”的次數(shù)×讀失效率×讀失效開銷“寫”的次數(shù)×寫失效率×寫失效開銷 0.8×5

8、%×300.5×5%×602.7 （4分）（2分）考慮Cache的失效后，性能為 CPU時(shí)間有CacheIC×（2.02.7）×時(shí)鐘周期時(shí)間IC×4.7×時(shí)鐘周期時(shí)間當(dāng)考慮了Cache的失效影響后，CPI從理想計(jì)算機(jī)的2.0增加到4.7，是原來(lái)的2.35倍。（2分）4. 設(shè)某計(jì)算機(jī)主存容量為64K字，Cache存儲(chǔ)器的容量為512字，字塊長(zhǎng)128字，采用直接映象方式和LRU替換算法。（1） 求出主存空間塊數(shù)。（2分）（2） 畫出主存儲(chǔ)器和Cache存儲(chǔ)器字塊對(duì)應(yīng)關(guān)系圖和主存地址字段劃分圖，標(biāo)出名段位數(shù)。（3分）（3） 假設(shè)Cache存儲(chǔ)器起始為空，求出運(yùn)行下列程序段（地址用十進(jìn)制表示）時(shí)的命中率，并寫出分析過(guò)程。（5分）開始： 001700230165內(nèi)循環(huán)重復(fù)20次 外循環(huán)重復(fù)10次02391200結(jié)束： 1500解：（1）= 512塊（2分） （2）（3分）（3）××××××××××××