福建師范大學(xué)2021年8月課程考試《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》作業(yè)考核試題參考

▆▆■■■■■■■■■■■■▆《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》試卷共2頁(yè)（第2頁(yè)）其它各題須在答案區(qū)域內(nèi)作答，超出黑色邊框區(qū)域的答案無(wú)效！▆▆《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》試卷共1頁(yè)（第3頁(yè)）各題均須在答案區(qū)域內(nèi)作答，超出黑色邊框區(qū)域的答案無(wú)效！▆《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》期末考試A卷一、填空題（每空1分，共14分）1.當(dāng)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念包括指令集結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的內(nèi)容。2.控制相關(guān)包括由條件分支指令、轉(zhuǎn)子程序指令、中斷等引起的相關(guān)。3.虛擬存儲(chǔ)器的三種管理方式是段式管理、頁(yè)式管理、和段頁(yè)式管理。Amdahl定律表明系統(tǒng)的加速比依賴于被加速部分在系統(tǒng)中所占比的比例和對(duì)加速部分在系統(tǒng)中所占的比例兩個(gè)因素。5.通?？赡艹霈F(xiàn)的流水線的相關(guān)性有資源相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)。名詞解釋（每題2分，共16分）透明性：指在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，把本來(lái)存在的事物或?qū)傩?，但從某種角度看又好像不存在的特性。兼容機(jī)：兼容機(jī)，就是由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是非廠家原裝，而改由個(gè)體裝配而成的機(jī)器，其中的元件可以是同一廠家出品，但更多的是整合各家之長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)。程序定位：把一個(gè)程序交給處理機(jī)運(yùn)行，必須首先把這個(gè)程序的指令和數(shù)據(jù)裝入到主存儲(chǔ)器中。一般情況下，程序所分配到的主存物理空間與程序本身的邏輯地址空間是不同的，把指令和數(shù)據(jù)中的邏輯地址(相對(duì)地址)轉(zhuǎn)變成主存物理地址(絕對(duì)地址)的過(guò)程稱為程序定位。失效率：是指工作到某一時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為λ，它也是時(shí)間t的函數(shù)，故也記為λ(t)，稱為失效率函數(shù)，有時(shí)也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)。快表:為了提高地址轉(zhuǎn)換速度，縮短查表時(shí)間，采用一個(gè)小容量的、高速的相關(guān)存儲(chǔ)部件，用來(lái)存放當(dāng)前最經(jīng)常用到的那一部分頁(yè)表，采取按內(nèi)容相聯(lián)方式進(jìn)行訪問(wèn)。這樣，查頁(yè)表的時(shí)間就相當(dāng)于訪問(wèn)小容量的相關(guān)存儲(chǔ)器的時(shí)間，從而大大地提高了速度，這個(gè)小容量相關(guān)存儲(chǔ)器稱為快表。多功能流水線：流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接，從而使流水線在不同的時(shí)間，或者在同一時(shí)間完成不同的功能。超標(biāo)量計(jì)算機(jī)：是通過(guò)內(nèi)置多條流水線來(lái)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)處理器，其實(shí)質(zhì)是以空間換取時(shí)間。相聯(lián)度：是指當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)塊從主存調(diào)入Cache時(shí)，Cache中可用于存放該數(shù)據(jù)塊的位置(稱為候選位置)的個(gè)數(shù)。三、簡(jiǎn)答題(每題5分，共30分）若某機(jī)要求有：三地址指令4條，單地址指令192條，零地址指令16條。設(shè)指令字長(zhǎng)為12位，每個(gè)地址碼長(zhǎng)3位。問(wèn)能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼？簡(jiǎn)述RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。答：risc指的是精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，相對(duì)于cisc復(fù)雜指令集架構(gòu)而言的，其中我們熟知的intelcpu屬于cisc，嵌入式領(lǐng)域的cpu如mips、ram等屬于risc架構(gòu)，有開(kāi)發(fā)成本低，方便軟件設(shè)計(jì)。早期的risc升級(jí)困難，現(xiàn)在的技術(shù)，類似于FPGA器件，靈活性比較大。什么是存儲(chǔ)系統(tǒng)？答：存儲(chǔ)系統(tǒng)是兩個(gè)或兩個(gè)以上的速度、容量、價(jià)格不同的存儲(chǔ)器采用硬件，軟件或軟、硬件結(jié)合的辦法聯(lián)結(jié)成一個(gè)系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)象一個(gè)存儲(chǔ)器，其速度接近其中最快的一個(gè)，容量接近其中最大的一個(gè)，價(jià)格接近其中最便宜的一個(gè)。地址映象方法有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：(1)全相聯(lián)映象實(shí)現(xiàn)查找的機(jī)制復(fù)雜，代價(jià)高，速度慢。Cache空間的利用率較高，塊沖突概率較低，因而Cache的失效率也低。(2)直接映象實(shí)現(xiàn)查找的機(jī)制簡(jiǎn)單，速度快。Cache空間的利用率較低，塊沖突概率較高，因而Cache的失效率也高。(3)組相聯(lián)映象組相聯(lián)是直接映象和全相聯(lián)的一種折衷。按照流水線中是否有反饋回路來(lái)分，流水線可分為哪兩類？

答：線性流水線與非線性流水線簡(jiǎn)述馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的特征。答：一般認(rèn)為其主要特征有以下幾點(diǎn)：機(jī)器以運(yùn)算器為中心。除了完成運(yùn)算以外，機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸都經(jīng)過(guò)運(yùn)算器。各部件的操作以及它們之間的協(xié)調(diào)由控制器集中控制。存儲(chǔ)器按一維線性編址，順序訪問(wèn)存儲(chǔ)器地址單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)固定。程序存儲(chǔ)，指令和數(shù)據(jù)無(wú)區(qū)別存放在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)一樣可以送到運(yùn)算器中進(jìn)行運(yùn)算，指令與數(shù)據(jù)的區(qū)別主要在于地址區(qū)域不同。指令在存儲(chǔ)器中按其執(zhí)行順序存放，由一個(gè)順序控制器（亦稱程序計(jì)數(shù)器或指令計(jì)數(shù)器）指定即將被執(zhí)行的指令地址。每讀取一條指令后，計(jì)數(shù)器自動(dòng)按順序遞增。指令由操作碼和地址碼組成，操作碼指明操作類型，地址碼指明操作數(shù)的地址和結(jié)果地址。(6)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示。四、問(wèn)答與計(jì)算題（第1題10分，第2、3題每題15分共40分）1.某機(jī)主存容量為512KB，Cache的容量為32KB，每塊的大小為16個(gè)字（或字節(jié)）。劃出全相聯(lián)方式主、緩存的地址格式、目錄表格式及其容量。答：主存塊數(shù)：512K/16＝32K＝215；緩存塊數(shù)：32K/16＝2K＝211；塊內(nèi)地址：16＝242.用一條4段浮點(diǎn)加法器流水線求8個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的和:Z＝A＋B＋C＋D＋E＋F＋G＋H,求流水線的吞吐率、加速比和效率,其中△t1=△t2=△t3=△t4=△t。3.一個(gè)程序由五個(gè)虛頁(yè)組成，采用LFU替換算法，在程序執(zhí)行過(guò)程中依次訪問(wèn)的地址流如下：4，5，3，2，5，1，3，2，3，5，1，3可能的最高頁(yè)命中率是多少？答：在分配的主存頁(yè)面數(shù)目大于等于5的情況下，這時(shí)除了第一次調(diào)入不命中，以后的訪問(wèn)均命中，可以達(dá)到最高的頁(yè)面命中率：實(shí)