計算機(jī)綜合體系結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)題

《計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》期末復(fù)習(xí)題系別_________班級_________姓名__________學(xué)號__________填空題（每空1分）1.根據(jù)弗林（Flynn）分類法，計算機(jī)系統(tǒng)能夠分為4類：SISD計算機(jī)、______計算機(jī)、_______計算機(jī)和_______計算機(jī)。2.改善以后馮?諾依曼計算機(jī)只要特點是__________。3.目前計算機(jī)系統(tǒng)中存放系統(tǒng)是一個層次結(jié)構(gòu)，其各層分別為__________。4.高速緩沖存放器地址映象方法有三種，它們分別是：__________、__________、__________。5.虛擬存放器三種管理方法是__________，__________和__________6.現(xiàn)在計算機(jī)中常見數(shù)據(jù)有__________，__________和__________三種類型。7.通?？赡艹霈F(xiàn)流水線相關(guān)性有__________。8.處理中止引發(fā)流水線斷流方法有_______和________。9.現(xiàn)在向量處理機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩種：__________和__________。10.通用計算機(jī)基礎(chǔ)指令分為5類，它們分別是：__________。11．實施指令x1=x2+x3；x4=x1-x5會引發(fā)__________類型數(shù)據(jù)相關(guān)，實施指令x5=x4*x3；x4=x0+x6會引發(fā)__________類型數(shù)據(jù)相關(guān)，實施指令x6=x1+x2；x6=x4*x5會引發(fā)__________類型數(shù)據(jù)相關(guān)。12．多計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通常出現(xiàn)4種通信模式是__________。13.傳統(tǒng)馮?諾依曼計算機(jī)是以控制驅(qū)動方法工作，以數(shù)據(jù)驅(qū)動方法工作經(jīng)典計算機(jī)是_______，以需求驅(qū)動方法工作經(jīng)典計算機(jī)是_______，以模式匹配驅(qū)動方法工作經(jīng)典計算機(jī)是_______。14.多流水線調(diào)度關(guān)鍵有三種方法：_______。15.早期馮?諾依曼計算機(jī)關(guān)鍵特點是_______16.依據(jù)指令間對同一寄存器讀和寫操作前后次序關(guān)系，數(shù)據(jù)相關(guān)沖突可分為_______三種類型。17．多流水線調(diào)度關(guān)鍵有三種方法：_______。18.計算機(jī)模型按相關(guān)控制機(jī)制分類，可將計算機(jī)分為_______驅(qū)動，_______驅(qū)動，_______驅(qū)動，_______驅(qū)動四種類型。二、名詞解釋（每題2分）1.計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：2.系列機(jī)：3.模擬:4.程序局部性原理:5.MIPS：6.高速緩沖存放器:7.虛擬存放器:8.快表:9.程序定位：10.延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)：11.窗口重合技術(shù)：12.流水線技術(shù)：13.動態(tài)流水線：14.靜態(tài)流水線：15.線性流水線：16.非線性流水線：17.流水線吞吐率：18.超流水線計算機(jī)：19.向量分段開采技術(shù)：三、簡答題（每題5分）1.什么是存放系統(tǒng)？2.簡述全相聯(lián)映象規(guī)則。3.簡述直接相聯(lián)映象規(guī)則。4.引發(fā)Cache和主存內(nèi)容不一致原因是什么？為了保持Cache一致性，在單計算機(jī)系統(tǒng)中通常采取哪些方法？5.影響虛擬存放器命中率原因有哪些？它們是怎樣影響？6.模擬和仿真關(guān)鍵區(qū)分和適合場所是什么？7.什么是程序直接定位方法？什么是程序靜態(tài)定位方法？8.什么是程序動態(tài)定位方法？9.什么是指令重合解釋方法？重合解釋方法有哪三種？10.什么是數(shù)據(jù)相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)沖突可分為哪三種類型？11.如有一個經(jīng)解釋實現(xiàn)計算機(jī)，能夠按功效劃分成4級。每一級為了實施一條指令需要下一級N條指令解釋。若實施第一級一條指令需K(ns)時間，那么實施第2、3、4級一條指令各需要用多少時間(ns)?12.假設(shè)將某系統(tǒng)某一部件處理速度加緊到10倍，但該部件原處理時間僅為整個運行時間40%，則采取加緊方法后能使整個系統(tǒng)性能提升多少？13.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)指令字長為12位，每個地址碼長3位。問能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼？14.簡述馮。諾依曼計算機(jī)特征。15.試述頁式管理虛擬存放器工作過程。16.簡述計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用軟件實現(xiàn)和用硬件實現(xiàn)各自優(yōu)缺點。17.簡述字節(jié)多路、數(shù)組多路和選擇通道數(shù)據(jù)傳送方法。18.在指令編碼中，縮短地址碼方法很多，請列出三種縮短地址碼方法，并說明理由。19.指令流水線中止處理有哪2種方法？各有何優(yōu)缺點？20.流水線按等級分為哪幾類？從處理對象對流水線段使用要求來看，線性流水線和非線性流水線21.實現(xiàn)軟件移植路徑有哪些？各受到什么限制？22.計算機(jī)系統(tǒng)Flynn分類法是按什么來分類？共分為哪幾類？簡明說明各類特征。四、問答和計算題（每題15分）1.某機(jī)主存容量為512KB，Cache容量為32KB，每塊大小為16個字（或字節(jié)）。劃出全相聯(lián)方法主、緩存地址格式、目錄表格式及其容量。2．主存容量為512KB，Cache容量為32KB，每塊為64個字（或字節(jié)），緩存共分128組。劃出組相聯(lián)方法主、緩存地址格式、目錄表格式及其容量。3.什么是方體置換？寫出方體置換函數(shù)表示式，假設(shè)互聯(lián)網(wǎng)有16個結(jié)點，請畫出4個方體置換函數(shù)（即C0，C1，C2，C3）輸入端和輸出端連接關(guān)系。4.在頁式虛擬存放器中，一個程序由P1～P5共5個頁面組成。在程序?qū)嵤┻^程中依次訪問頁面以下：P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2假設(shè)系統(tǒng)分配給這個程序主存有3個頁面，分別采取FIFO、LFU和OPT三種頁面替換算法對這3頁主存進(jìn)行調(diào)度。（1）畫出主存頁面調(diào)入、替換和命中情況表。（2）統(tǒng)計三種頁面替換算法頁命中率。5.一個有快表和慢表頁式虛擬存放器，最多有64個用戶，每個用戶最多要用1024個頁面，每頁4K字節(jié)，主存容量8M字節(jié)。（1）寫出多用戶虛地址格式，并標(biāo)出各字段長度。（2）寫出主存地址格式，并標(biāo)出各字段長度。（3）快表字長為多少位？分多個字段？各字段長度為多少位？（4）慢表容量是多少個存放字？每個存放字長度為多少位？6.一個程序由五個虛頁組成，采取LFU替換算法，在程序?qū)嵤┻^程中依次訪問地址流以下：4，5，3，2，5，1，3，2，3，5，1，3（1）可能最高頁命中率是多少？（2）最少要分配給該程序多少個主存頁面才能取得最高命中率。（3）假如在程序?qū)嵤┻^程中訪問一個頁面，平均要對該頁面內(nèi)存放單元訪問1024次，求訪問存放單元命中率。7.假設(shè)一臺模型計算機(jī)共有10種不一樣操作碼，假如采取固定長操作碼需要4位。已知多種操作碼在程序中出現(xiàn)概率以下表所表示，計算采取Huffman編碼法操作碼平均長度，并計算固定長操作碼和Huffman操作碼信息冗余量（假設(shè)最短平均長度H＝3.1位）。指令序號指令使用頻度Pi指令序號指令使用頻度PiI10.17I60.09I20.15I70.08I30.15I80.07I40.13I90.03I50.12I100.018.一臺模型機(jī)各條指令頻度以下：ADD（加）：43%SHR（右移）：1%SUB（減）：13%CLL（循環(huán)左移）：2%JOM（按頁轉(zhuǎn)移）：6%CLA（累加器清0）：22%STO（存）：5%STP（停機(jī)）：1%JMP（轉(zhuǎn)移）：7％試設(shè)計這9條指令哈夫曼編碼操作碼表示和2-4等長擴(kuò)展操作碼表示，并計算這兩種表示平均操作碼長度。9．用一條4段浮點加法器流水線求8個浮點數(shù)和:Z＝A＋B＋C＋D＋E＋F＋G＋H,求流水線吞吐率、加速比和效率,其中△t1=△t2=△t3=△t4=△t。輸入輸入S1S2S3S4輸出△t1△t2△t3△t410.設(shè)有兩個向量A，B，各有4個元素，若在圖所表示靜態(tài)雙功效流水線上，計算向量點積：

其中，1→2→3→5組成加法流水線，1→4→5組成乘法流水線。又設(shè)每個流水線所經(jīng)過時間均為△t，而且流水線輸出結(jié)果能夠直接返回到輸入或暫存于對應(yīng)緩沖寄存器中，其延遲時間和功效切換所需時間全部能夠忽略不計。請使用合理算法，能使完成向量點積A*B所用時間最短，并求出流水線在此期間實際吞吐率TP和效率E。11.什么是均勻洗牌置換？寫出均勻洗牌置換函數(shù)表示式，假設(shè)互聯(lián)網(wǎng)有16個結(jié)點，請畫出均勻洗牌置換輸入端和輸出端連接關(guān)系。答：均勻洗牌置換是將輸入端分成數(shù)目相等兩半，前二分之一和后二分之一按序一個隔一個地從頭至尾依次和輸出端相連，立即輸入端二進(jìn)制地址循環(huán)左移一位即得到對應(yīng)輸出端二進(jìn)制地址。其函數(shù)關(guān)系可表示為：圖略12.什么是PM2I置換？寫出PM2I置換函數(shù)表示式，假設(shè)互聯(lián)網(wǎng)有16個結(jié)點，請畫出PM2I置換當(dāng)i＝2時輸入端和輸出端連接關(guān)系。答：PM2I是對輸入端編號加減2i次方后得到輸出端編號。其函數(shù)關(guān)系可表示為：圖略13.在一個時鐘頻率f為40MHz處理機(jī)上實施一個經(jīng)典測試程序，該程序有4種類型指令，每種類型指令在程序中出現(xiàn)條數(shù)和每種指令CPI如表1.1所表示。計算這個測試程序在該處理機(jī)上運行CPI和對應(yīng)MIPS。表1.1指令在程序中出現(xiàn)條數(shù)和每種指令CPI指令類型指令條數(shù)CPIALU1200001加載/存放指令（Cache命中時）360002轉(zhuǎn)移指令240004訪存指令（Cache不命中時）20000814.假設(shè)高速緩存Cache工作速度為主存5倍，且Cache被訪問命中概率為90%，那么，采取Cache后能使整個存放系統(tǒng)取得多高加速比？15.某個流水線由4個