2023年夜大體結(jié)期中測驗(yàn)帶答案專升本

2023夜大專升本期中考試試題(2023/04)《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》姓名：序號(hào)：成績：注意事項(xiàng)：1、本試卷滿分100分，考試時(shí)間120分鐘；2、請(qǐng)?jiān)谠}空白處作答。請(qǐng)不要拆開裝訂。題號(hào)一二三.1三.2三.3三.4三.5總分得分一．單項(xiàng)選擇題：在下列各題的4個(gè)備選答案中，只有1個(gè)答案是對(duì)的的，請(qǐng)把對(duì)的的答案的標(biāo)號(hào)（A~D）填入題后的括號(hào)內(nèi)。（每小題分，共分）1.2023年以來，計(jì)算機(jī)性能的年增漲率由本來的50%以上下降為20%。這導(dǎo)致對(duì)多核微解決器的研究開發(fā)。這標(biāo)志著體系結(jié)構(gòu)的重大轉(zhuǎn)折。其因素是：（A）A．單核的功耗太大；可開發(fā)的指令級(jí)并行性已經(jīng)很少；訪存速度提高緩慢。B．微電子技術(shù)工藝限制了更大規(guī)模集成電路的制成。C．單核微解決器的性能已經(jīng)開發(fā)到了極限D(zhuǎn)．多核解決器能占領(lǐng)更大的市場2.BISC執(zhí)行程序的速度比CISC快的因素是（C）。A.RISC的指令系統(tǒng)的指令數(shù)較少B.程序在RISC上編譯生成的目的程序較短C.RISC的指令平均周期較少D.RISC只允許Load指令和Store指令訪存計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指的是（A）A．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)器級(jí)之間界面的劃分和界面上下功能的分派B.程序員所看到硬件和插件在機(jī)器中的安排C.機(jī)器可以辨認(rèn)的各種數(shù)據(jù)表達(dá)D.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部分的組成和實(shí)現(xiàn)4.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中，從低層到高層，各層相對(duì)順序?qū)Φ牡氖牵˙）。A.匯編語言機(jī)器級(jí)――－操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)―――高級(jí)語言機(jī)器級(jí)B.微程序機(jī)器級(jí)———傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)———匯編語言機(jī)器級(jí)C.傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)———高級(jí)語言機(jī)器級(jí)———匯編語言機(jī)器級(jí)D.匯編語言機(jī)器級(jí)———應(yīng)用語言機(jī)器級(jí)———高級(jí)語言機(jī)器級(jí)5.從執(zhí)行程序的角度看，并行性的等級(jí)從高到低為：(B)A．指令內(nèi)部并行；指令級(jí)并行；線程級(jí)并行；任務(wù)級(jí)并行；作業(yè)級(jí)并行。B．作業(yè)級(jí)并行；任務(wù)級(jí)并行；線程級(jí)并行；指令級(jí)并行；指令內(nèi)部并行。C．指令內(nèi)部并行；任務(wù)級(jí)并行；指令級(jí)并行；線程級(jí)并行；作業(yè)級(jí)并行。D．指令內(nèi)部并行；線程級(jí)并行；指令級(jí)并行；任務(wù)級(jí)并行；作業(yè)級(jí)并行。6.兩個(gè)指令集相比，平均指令長度小的,其冗余位(A)A.小B.大C.可大可小D.兩者無關(guān)7．靜態(tài)流水線是指（B）。A．功能不能改變的流水線B．用一時(shí)間內(nèi)只能完畢一串相同運(yùn)算的多功能流水線C．可同時(shí)執(zhí)行多種功能的流水線D．各段之間的連接固定不變的流水線8．運(yùn)用時(shí)間重疊實(shí)現(xiàn)并行解決的是（A）。A．流水線解決機(jī)B.多解決機(jī)C．微解決機(jī)D.功能專用解決機(jī)9．把流水線分為線性流水線和非線性流水線的依據(jù)是（B）。A．流水線的級(jí)別B.流水線中是否有反饋回路C．流水線所完畢的解決D.流水線各段之間的連接方式10．在各種尋址方式中使用頻率最高的是(A)A.立即尋址和偏移尋址B.立即尋址和寄存器間接尋址C.偏移尋址和寄存器間接尋址D.偏移尋址和存儲(chǔ)器間接尋址11.在各種控制指令中使用頻率最高的是(D)A.調(diào)用/返回指令B.跳轉(zhuǎn)指令C.無條件分支D.條件分支12.數(shù)據(jù)表達(dá)的含義是(C)A.數(shù)據(jù)采用的數(shù)制和碼制B.數(shù)據(jù)類型C.硬件能直接辨認(rèn)的數(shù)據(jù)類型D.數(shù)據(jù)的表達(dá)方式13.與線性流水線最大吞吐率有關(guān)的是(B)A.最快子過程的執(zhí)行時(shí)間B.最慢子過程的執(zhí)行時(shí)間C.最先進(jìn)入流水線的子過程的執(zhí)行時(shí)間D.最后進(jìn)入流水線的子過程的執(zhí)行時(shí)間二．填空題：（每小題分，共分）1.Amdahl提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)定義:計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。該定義指的是傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的體系結(jié)構(gòu)，即傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)語言程序員所看到計(jì)算機(jī)的屬性。2.根據(jù)操作數(shù)存儲(chǔ)地址的不同。把指令集提成1.堆棧型指令集2.累加器型指令集和3.通用寄存器型指令集。3.提高并行性的途經(jīng)，就其基本思想而言可以歸納為時(shí)間重疊﹑資源反復(fù)﹑資源共享三種。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和評(píng)測的4條基本原則是：a)大約率事件優(yōu)先；b)Amdahl定律；c)程序的局部性原理；d)CPU性能公式。決定CPU性能的因素是CPI﹑IC和f。衡量流水線性能的參數(shù)是吞吐率﹑加速比和效率。消除流水線瓶頸的方法有部件功能細(xì)分﹑反復(fù)設(shè)立功能部件等。流水線中指令重疊執(zhí)行，當(dāng)硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的規(guī)定時(shí),發(fā)生結(jié)構(gòu)沖突，結(jié)構(gòu)沖突可以用互相獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)Cache、多體交叉存儲(chǔ)器等方法解決?？紤]到硬件成本和結(jié)構(gòu)沖突并不是經(jīng)常發(fā)生，設(shè)計(jì)者卻會(huì)保存流水線中的結(jié)構(gòu)相關(guān)。數(shù)據(jù)相關(guān)分為RAW﹑WAR和WAW由于RAW的兩條指令之間有數(shù)據(jù)傳輸稱RAW為（真）數(shù)據(jù)相關(guān)。而稱WAR為反相關(guān)，WAW為輸出相關(guān)。10.當(dāng)流水線中出現(xiàn)分支指令或其他會(huì)改變PC值的指令時(shí)就會(huì)發(fā)生控制相關(guān)。解決控制相關(guān)的方法有凍結(jié)/排空、預(yù)測成功/失敗和延遲槽等11．CISC與RISC指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的都是提高計(jì)算機(jī)的性能,但采用的途經(jīng)不同。CISC是強(qiáng)化指令功能，實(shí)現(xiàn)軟件功能向硬件功能的轉(zhuǎn)化；RISC是盡也許減少指令集的復(fù)雜性，達(dá)成簡化實(shí)現(xiàn)，提高性能的目的。12．指令集結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是用最短的二進(jìn)制位數(shù)表達(dá)指令的操作信息和地址信息，使指令的平均字長最短其優(yōu)化設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是平均指令長最短、冗余位最小。13.用向量長度不受限制的向量解決機(jī)指令解決程序:for(i=0;i<=100;i++){d[i]=a[i]﹡(b[i]+c[i]);}則向量指令間有1次數(shù)據(jù)相關(guān)和2次功能切換。14．若用向量長度為15的向量解決機(jī)指令解決13題的程序，則向量指令間共有7次數(shù)據(jù)相關(guān)，有14次功能切換。15．在下列指令序列中LWR1，0（R2）SUBR4，R1，R5ANDR6，R1，R7ORR8，R1，R9由于LW指令要到4個(gè)周期末尾才干把數(shù)據(jù)寫到寄存器R1中去，而SUB指令在第4個(gè)周期的開始就需要這個(gè)數(shù)據(jù)了，所以定向技術(shù)不能解決上述指令序列中LW和SUB兩條指令之間關(guān)于寄存器R1的數(shù)據(jù)相關(guān)。三．計(jì)算題1．（分）對(duì)于一臺(tái)1GHz計(jì)算機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測試程序，程序中指令類型，數(shù)量和每條指令改善前后的平均時(shí)鐘周期數(shù)如下表所列：指令類型指令數(shù)ICi改善前的CPIi改善后的CPIi整數(shù)運(yùn)算40，00021數(shù)據(jù)傳送70，000102浮點(diǎn)運(yùn)算8，0002015條件轉(zhuǎn)移2，00064計(jì)算（1）整數(shù)指令單獨(dú)改善，程序獲得的加速比；（2）各類指令同時(shí)改善，程序獲得的加速比。解：（1）S=（40*2+70*10+8*20+2*6）÷(40*1+70*10+8*20+2*6)=952/912=1.044(2)S=(40*2+70*10+8*20+2*6)÷(40*1+70*2+8*15+2*4)=952/308=3.091答：（1）S=1.044（2）S=3.0912．（分）設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的I/O系統(tǒng)解決時(shí)間占10%。當(dāng)其CPU性能分別提高10倍和100倍，I/O性能保持不變時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)有什么變化？你認(rèn)為這個(gè)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了Amdahl定律的什么推論？解：S10=1/{1—90%+（90%/10)}=1/{10%+9%}=1/19%≈5S100=1/{1---90%+(90%/100)}=1/{10%+0.9%}=1/10.9%≈10答：Amdahl定律的三個(gè)推論：3.（分）在某個(gè)流水線解決器上運(yùn)營一個(gè)程序，程序中的每條指令都分五段流水，對(duì)分支指令做最簡樸的解決，即“一旦檢測到某條指令是分支指令，就暫停執(zhí)行其后的所有指令，直到該分支指令到達(dá)流水線的MEM段，擬定了分支是否成功和新的PC值為止?！保僭O(shè)抱負(fù)流水線的CPI=1，），其運(yùn)營時(shí)間比非流水運(yùn)營快1倍，問原程序中分支指令在程序源代碼中所占的比例是多少？解：方法一：S=1/{1-Fe+（Fe/Se）}運(yùn)營時(shí)間比非流水運(yùn)營快一倍，則S=2.而Se1=5;Se2=5/(1+3)=5/4;所以：2=1/{(1-Fe)/5+(Fe/(5/1+3))}2=1/{(1-Fe)/5+4Fe/5}2=1/{(1+3Fe)/5}(1+3Fe)/5=1/21+3Fe=2.5Fe=50%方法二：由于非流水時(shí)CPI=5,快一倍則CPI=2.5所以有：2.5=（1－Fe）×1＋Fe×(1＋3)2.5=1＋3Fe;1.5=3Fe;Fe=0.5答：原程序中分支指令在程序源代碼占50%。4.（分）某一指令流水線由4段組成，各段執(zhí)行時(shí)間分別為100ns﹑100ns﹑200ns﹑400ns.(1)連續(xù)向該流水線輸入20條指令,計(jì)算其實(shí)際吞吐率,最大吞吐率和效率。(2)請(qǐng)用3種不同方法消除該流水線的瓶頸,計(jì)算它們的實(shí)際吞吐率,最大吞吐率和效率。解：5．1）指出下列指令間的相關(guān)類型。2）寫出消除其中的WAR沖突和WAW沖突的指令序列。DIV.DF0,F2,F4ADD.DF6,F10,F8S.DF6,0(R1)SUB.DF8,F10,F14MUL.DF6,F10,F8答：2)ADD.D和MUL.D指令之間存在一個(gè)關(guān)于F6的輸出相關(guān)，這個(gè)相關(guān)也許導(dǎo)致一個(gè)WA