福建师范大学2021年8月课程考试《计算机体系结构》作业考核.docx

《福建师范大学2021年8月课程考试《计算机体系结构》作业考核.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《福建师范大学2021年8月课程考试《计算机体系结构》作业考核.docx（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、福建师范大学2021年8月课程考试计 算机体系结构作业考核（参考答案）计算机体系结构期末考试A卷姓名：伍龙跃专业：计算机科学与技术学号：学习中心：湖南怀化奥鹏学习中心11一、填空题（每空1分，共14分）1 .当代计算机体系结构的概念包括指令集结构、计算机组 成和计算机实现三个方面的内容。2 .控制相关包括由无条件转移、一般条件转移、子程序调用等引起的相关。3 .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。4 .Amdahl定律表明系统的加速比依赖于被加速部分在在分配的主存页面等于4时，此时也可以达到最高命中率,当主存页面等于3时，不能达到最高命中率，所以至少应该有 4个。计算机

2、体系结构试卷共2页（第2页）其它各题须在 答案区域内作答，超出黑色边框区域的答案无效！系统中所占的比例和对被加速部分的性能提高程度两个因素。5 .通常可能出现的流水线的相关性有资源相关，数据相关和控制相关。二、名词解释（每题2分，共16分）透明性：在计算机技术中，对这种本来是存在的事物或属 性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性兼容机：就是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的 计算机。简单点说，就是非厂家原装，而改由个体装配而成的机器, 其中的元件可以是同一厂家出品，但更多的是整合各家之长的 计算机。程序定位：一般指某一列数据的位置失效率：是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后

3、，单位时间内发生失效的概率。快表:是一种特殊的高速缓冲存储器（Cache）,内容是页 表中的一部分或全部内容。多功能流水线：具有多种功能、但在某段时间只呈现一种 功能的流水线。超标量计算机：CPU架构是指在一颗处理器内核中实行 了指令级并行的一类并行运算。这种技术能够在相同的CPU主频 下实现更高的CPU吞吐率相联度：在组相联映像中每组所包含的块数。在组相联映 像中，每组所包含的块数。三、简答题（每题5分，共30分）1 .若某机要求有：三地址指令4条，单地址指令192条， 零地址指令16条。设指令字长为12位，每个地址码长3位。问 能否以扩展操作码为其编码?答：指令字长12位，每个地址码占3位

4、，三地址指令最多是8条，现三地址指令需要4条，可有四条编码作为拓展吗。 单地址指令最多为256条，现要求单地址192条，所以满足条件。2 .简述RISC指令集结构的设计原则。答：(1)选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用 的指令。(2)每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期 内完成。(3)所有指令长度均相同。(4)只有load和store操作 指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。(5) 以简单、有效的方式支持高级语言。3 .什么是存储系统？答：存储系统是两个或两个以上的速度、容量、价格不同 的存储器采用硬件，软件或软、硬件结合的办法联结成一个系统,使得整个系统看起来象一

5、个存储器，其速度接近其中最快的一 个，容量接近其中最大的一个，价格接近其中最便宜的一个。4 .地址映象方法有哪几种？它们各有什么优缺点？答：（1）全相联映象。实现查找的机制复杂，代价高， 速度慢。Cache空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache 的失效率也低。（2）直接映象。实现查找的机制简单，速度快。Cache 空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。（3）组相联映象。组相联是直接映象和全相联的一种折 衷。5 .按照流水线中是否有反馈回路来分，流水线可分为哪两 类？答：（1）线性流水线：流水线的各段串行连接，没有反 馈回路。（2）非线性流水线：流水线中除有串行

6、连接的通路处，还有反馈回路.简述冯.诺依曼计算机的特征。答：（1）机器以运算器为中心。除了完成运算以外，机 器内部的数据传输都经过运算器。各部件的操作以及它们之间的协 调由控制器集中控制。（2）存储器按一维线性编址，顺序访问 存储器地址单元，每个存储单元的位数固定。（3）程序存储，指 令和数据无区别存放在存储器中，指令和数据一样可以送到运算器 中进行运算，指令与数据的区别主要在于地址区域不同。（4） 指令在存储器中按其执行顺序存放，由一个顺序控制器（亦称程序 计数器或指令计数器）指定即将被执行的指令地址。每读取一条 指令后，计数器自动按顺序递增。（5）指令由操作码和地址码组成，操作 码指明操作

7、类型，地址码指明操作数的地址和结果地址。（6）数据以二进制表示。四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分 共40分）1.某机主存容量为512KB, Cache的容量为32KB,每块 的大小为16个字（或字节）。划出全相联方式主、缓存的地址格 式、目录表格式及其容量。答?直接相联映象方式?主存与缓存分成相同大小的数据 块，将主存空间按缓存的容量分成区，主存中某区的一块存入缓 存时只能存入缓存中块号相同的位置。根据已知条件可以求得?？主存区数?K?K?缓存块数?K?K?块内地址容量?与缓冲块数量相同即?？ 工 4 ?O主存区号有效位?？目录表缓存块号块内地址?缓存地址?？计算机体系结构

8、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！2 .用一条4段浮点加法器流水线求8个浮点数的和：Z=A+ B+C+ D+E+F+G + H,求流水线的吞吐率、加速比和效率，其 中 tl = t2=A t3=A t4=A to答：可对原式作一简单变化，得到：Z=(A+B)+(C+D)+(E+F)+(G+H)流水线的吞吐率：TP=n/T_k=7/( 15xAt户0.47* 1/At加速比：S=T0/Tk=4 x 7 x At/( 15At)= 1.87效率：E=T0/(kxTk)=4x7xAt/(4x 15At尸0.473 . 一个程序由五个虚页组成，采用LFU替换算法，在程 序执行过程中依次访问的地址流如下：4 , 5, 3, 2, 5, 1, 3, 2, 3, 5, 1, 3(1)可能的最高页命中率是多少？(2)至少要分配给该程序多少个主存页面才能获得最高 的命中率。(3)如果在程序执行过程中访问一个页面，平均要对该 页面内的存储单元访问1024次，求访问存储单元的命中率。答：(1)在分配的主存页面数目大于等于5的情况下， 这时候，除了第一次调入不命中，以后的访问均命中，可以达到最 高的页面命中率；实际命中的次数为7次，所以可能达到的最高 页面命(2)在页面数大于等于5的情况下，肯定可以达到最高命中率,