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(參考答案)

《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》期末考試A卷姓名：伍龍躍專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)：192201909306996學(xué)習(xí)中心：湖南懷化奧鵬學(xué)習(xí)中心[11]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)包括由無(wú)條件轉(zhuǎn)移、一般條件轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用等引起的相關(guān)。3.虛擬存儲(chǔ)器的三種管理方式是段式管理4.Amdahl定律表明系統(tǒng)的加速比依賴(lài)于、頁(yè)式管理、和段頁(yè)式管理。被加速部分在系統(tǒng)中所占的比例和對(duì)被加速部分的性能提高程度兩個(gè)因素。5.通?？赡艹霈F(xiàn)的流水線(xiàn)的相關(guān)性有資源相關(guān)二、名詞解釋?zhuān)款}2分，共16分），數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)。透明性：在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，對(duì)這種本來(lái)是存在的事物或?qū)傩裕珡哪撤N角度看又好像不存在的概念稱(chēng)為透明性兼容機(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：一般指某一列數(shù)據(jù)的位置失效率：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。快表:是一種特殊的高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），內(nèi)容是頁(yè)表中的一部分或全部?jī)?nèi)容。多功能流水線(xiàn)：具有多種功能、但在某段時(shí)間只呈現(xiàn)一種功能的流水線(xiàn)。超標(biāo)量計(jì)算機(jī)：CPU架構(gòu)是指在一顆處理器內(nèi)核中實(shí)行了指令級(jí)并行的一類(lèi)并行運(yùn)算。這種技術(shù)能夠在相同的CPU主頻下實(shí)現(xiàn)更高的CPU吞吐率相聯(lián)度：在組相聯(lián)映像中每組所包含的塊數(shù)。在組相聯(lián)映像中,每組所包含的塊數(shù)。三、簡(jiǎn)答題(每題5分，共30分）1.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？答：指令字長(zhǎng)12位，每個(gè)地址碼占3位，三地址指令最多是8條，現(xiàn)三地址指令需要4條，可有四條編碼作為拓展嗎。單地址指令最多為256條，現(xiàn)要求單地址192條，所以滿(mǎn)足條件。2.簡(jiǎn)述RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。答：（1）選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令。（2）每條指令的功能應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。（3）所有指令長(zhǎng)度均相同。（4）只有l(wèi)oad和store操作指令才訪問(wèn)存儲(chǔ)器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行。（5）以簡(jiǎn)單、有效的方式支持高級(jí)語(yǔ)言。3.什么是存儲(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)。4.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。5.按照流水線(xiàn)中是否有反饋回路來(lái)分，流水線(xiàn)可分為哪兩類(lèi)？答：（1）線(xiàn)性流水線(xiàn)：流水線(xiàn)的各段串行連接，沒(méi)有反饋回路。（2）非線(xiàn)性流水線(xiàn)：流水線(xiàn)中除有串行連接的通路處，還有反饋回路6.簡(jiǎn)述馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的特征。答：（1）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。（2）存儲(chǔ)器按一維線(xiàn)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。（3）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。（4）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(chēng)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。（5）指令由操作碼和地址碼組成，操作碼指明操作類(lèi)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。答直接相聯(lián)映象方式主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊，將主存空間按緩存的容量分成區(qū)，主存中某區(qū)的一塊存入緩存時(shí)只能存入緩存中塊號(hào)相同的位置。根據(jù)已知條件可以求得主存區(qū)數(shù)KK緩存塊數(shù)KK塊內(nèi)地址容量與緩沖塊數(shù)量相同即或K。主存區(qū)號(hào)有效位目錄表緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址緩存地址2.用一條4段浮點(diǎn)加法器流水線(xiàn)求8個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的和:Z＝A＋B＋C＋D＋E＋F＋G＋H,求流水線(xiàn)的吞吐率、加速比和效率,其中△t1=△t2=△t3=△t4=△t。答：可對(duì)原式作一簡(jiǎn)單變化，得到：Z=[(A+B)+(C+D)]+[(E+F)+(G+H)]流水線(xiàn)的吞吐率：TP=n/T_k=7/(15×?t)=0.47*1/?t加速比：S=T0/Tk=4×7×?t/(15?t)=1.87效率：E=T0/(k×Tk)==4×7×?t/(4×15?t)=0.473.一個(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（1）可能的最高頁(yè)命中率是多少？（2）至少要分配給該程序多少個(gè)主存頁(yè)面才能獲得最高的命中率。（3）如果在程序執(zhí)行過(guò)程中訪問(wèn)一個(gè)頁(yè)面，平均要對(duì)該頁(yè)面內(nèi)的存儲(chǔ)單元訪問(wèn)1024次，求訪問(wèn)存儲(chǔ)單元的命中率。答：（1）在分配的主存頁(yè)面數(shù)目大于等于5的情況下，這時(shí)候，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)際命中的次數(shù)為7次，所以可能達(dá)到的最高頁(yè)面