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《计算机体系结构》期末考试A卷 高速缓冲存储器:为解决CPU与主存储器间速度差而在内存储器 和CPU之间增加的一种存取速度远高于普通内存的特殊存储器 姓名： test 延迟转移技术：在转移指令之后插入一条或几条有效的指令。当专业：test 程序执行时，要等这些插入的指令执行完成之后，才执行转移指令，因此，转移指令好像被延迟执行了，这种技术就称为延迟转学号：test 移技术 学习中心：test 线性流水线：指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术 一、填空题（每空1分，共14分） 1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是： 全向流水线的吞吐率：指的是计算机中的流水线在特定的时间内可以处理的任务或输出数据的结果的数量 量方式 ， 直接相联方式 ， 组相联方式 。 并行性：指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性 2. 虚拟存储器的三种管理方式是 段式管理 ， 页式管理 和 段页式管理 三、简答题(每题5分，共30分） 3. 从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了 提1. 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一高速度 ， 而“主存—辅存”层次的目的是为了 扩大容量 级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间(ns)? 4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据答：这个有两种情况。 情况1：执行第2级的一条指令需要NK纳秒，执行第3级的一条相关冲突可分为 RAW 、 WAR 和 WAW 三种类型。 指令需要N2K纳秒，执行第4级的一条指令需要N3K纳秒 情况2： 5.当代计算机体系结构的概念包括 指令集结构 、 计算机组执行第2级的一条指令需要K/N纳秒，执行第3级的一条指令需成 和 计算机实现 三个方面的内容 要K/N2纳秒，执行第4级的一条指令需要K/N3纳秒 二、名词解释（每题2分，共16分） 2. 根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 答：系统加速比依赖于两个因素：一，可改进比例：可改进部分 在原系统计算时间中所占的比例。 二，部件加速比：可改进部计算机体系结构：计算机体系结构包括指令集结构、计算机组成分改进以后的性能提高。 和计算机实现三个方面的内容 兼容机：是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机 写直达法：执行“写”操作时，不仅写入Cache，而且也写入下一级存储器 但组内各块地址之间则可以任意存放，即从主存的组到Cache的组之间采用直接映象方式；在两个对应的组内部采用全相联映象方式。 4. 引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持Cache的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？ 答： 不一致的原因： (1) 由于CPU写Cache，没有立即写主存 (2) 由于I/O处理机或I/O设备写主存 采取措施： （1）全写法，亦称写直达法(WT法—Write through)， 方法：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入。 （2）写回法（WB法—Write back）， 方法：在CPU执行写操作时,只写入Cache,不写入主存。 5. 按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两类？ 答：流水线可分为静态流水线和动态流水线。静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。 动态流水线：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。 6. Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机分成哪几类？ 答：按照指令流和数据流的多倍性进行分类。Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类： 单指令流单数据流(SISD)、单指令流多数据流(SIMD)、 多指令流单数据流(MISD)、多指令流多数据流(MIMD)。 四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分共40分） 1. 一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。 （1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。 答：多用户虚地址： 用户号（6位）＋虚页号（10位）＋页内地址（12位） ，总共28位 （2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。 答：主存地址：主存实页号（11位）＋页内地址（12位），总共23位 （3）快表的字长为多少位？分几个字段？各字段的长度为多少位？ 答：快表字长27位；分3个字段：用户号6位，虚页号10位，实页号11位 3. 简述组相联映象规则。 答：（1）主存与缓存分成相同大小的数据块。 （2）主存和Cache按同样大小划分成组。 （3）主存容量是缓存容量的整数倍，将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同。 （4）当主存的数据调入缓存时，主存与缓存的组号应相等，也就是各区中的某一块只能存入缓存的同组号的空间内，▆ 《计算机体系结构》 试卷 共1页（第1页） 各题均须在答案区域内作答，超出黑色边框区域的答案无效！ ▆
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（4）慢表的容量是多少个存储字？每个存储字的长度为多少位？ 答：慢表容量为2(6+10)，每个存储字长为：主存页号＋1＝12位。 2. 在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P5共5个页面组成。在程序执行过程中依次访问的页面如下：P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2 假设系统分配给这个程序的主存有3个页面，分别采用FIFO、LFU和OPT三种页面替换算法对这3页主存进行调度。 （1）画出主存页面调入、替换和命中的情况表。 （2）统计三种页面替换算法的页命中率。 答：三种替换算法的替换过程： 果可以直接返回输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器，若以最5快的方式用该流水计算：?xiyizi （1） 画出时空图； 答：时空图如下 i?1页地2 址流 3 2 3 2 2 3 1 5 2 4 5 3 2 5 2 FIFO 2 命中3次 调调命调替替替命替命替替进 进 中 进 换 换 换 中 换 中 换 换 LRU 2 命中5次 调调命调替命替命替替命命进 进 中 进 换 中 换 中 换 换 中 中 OPT 2 命中6次 调调命调替命替命命替命命进 进 中 进 换 中 换 中 中 换 中 中 2 3 2 3 2 2 2* 4* 4* 4* 2 2 3 3* 3 3 3 3 3* 3 1* 5 5 5 5 5 5 5 2 3 5 2 3 2 3 1 5 2 4 5 3 2 5 2 2 1 5 2 4 5 3 2 5 3* 2* 1* 5* 2* 4* 5* 3* 3* 2* 5 5 5* 5* 3 3 3 3* 3 3* 2 2 2 2* 2* 5 5 1 1 1* 4 4 4 4 4* 2 （2） 计算实际的吞吐率、加速比和效率。 答： 吞吐率 加速比 效率 3.动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图： 其中，S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，各个功能段时间均为50ns，假设该流水线的输出结▆ 《计算机体系结构》 试卷 共1页（第2页） 各题均须在答案区域内作答，超出黑色边框区域的答案无效！ ▆
《计算机体系结构》期末试卷A - 图文
