计算机体系结构期末辅导201303

1、计算机体系结构期末辅导主讲：何志杰11. 期末考试题题型 一、填空题（每空1分，共14分） 二、名词解释（每题2分，共16分） 三、简答题（每题5分，共30分） 四、问答与计算题(第1题10分,第2、3题每题15分共40 分) 2. 期末考试内容分布 第1章 基础知识 第2章 指令系统 第3章 存储系统设计 第4章 流水线计算机设计技术 第5章 并行处理技术（互连网络部分） 第8章 非冯.诺依曼计算机有关概念计算机体系结构期末辅导21.按照弗林（Flynn）分类法，计算机系统可以分为4类：SISD计算机、（ SIMD计算机）、（MISD计算机）和（MIMD计算机）。2.早期冯诺依曼计算机的主要特点是（程序存储）、（指令驱动）、（集 中控制）。3.目前向量处理机的系统结构有两种：（存储器存储器型和寄存器寄 存器型）。4.通用计算机基本指令分为5类，它们分别是：（数据传送类，运算类，程 序控制类，输入输出类，处理机控制和调试类）。5.传统的冯诺依曼计算机是以控制驱动方式工作，以数据驱动方式工作的 典型计算机是（数据流计算机），以需求驱动方式工作的典型计算机是 （归约机），以模式匹配驱动方式

2、工作的典型计算机是（人工智能计算 机）。3、填空题（举例）34、名词解释(举例)计算机体系结构 透明性 系列机 兼容机 模拟 仿真程序的局部性原理 MIPS 基准测试程序 高速缓冲存储器 虚拟存储器 快表程序定位 延迟转移技术 窗口重叠技术流水线技术 先行控制技术 动态流水线静态流水线 线性流水线 非线性流水线 流水线的吞吐率 超标量计算机向量的分段开采技术 41、简述冯.诺依曼计算机的特征 。2、什么是存储系统？3、简述组相联映象规则。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？5、影响虚拟存储器命中率的因素有哪些？它们是如何影响的？6、在指令编码中，缩短地址码的方法很多，请列出三种缩短地址码的 方法，并说明理由。7、什么是指令的重叠解释方式？重叠解释方式有哪三种？8、试述页式管理虚拟存储器的工作过程 。5、简答题（举例）56、典型例题分析与解答 例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。若执行第一级的一 条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级

3、的一条指令各需要用多少时间(ns)?解：第二级的一条指令需第1级的N条指令解释第二级的一条指令执行时间为NKns；第三级的一条指令执行时间为N2Kns；第四级的一条指令执行时间为N3Kns。6本题有两个问题应特别注意：第一个问题是“上一级”与 “下一级”的关系，即哪是上一级，哪是下一级？在下图 中第3级是第2级的“上一级”，第1级又是第2级的“下一 级”。第二个问题是该计算机是一个“经解释实现的计算 机”，上一级的程序在下一级上实现不是经翻译完成，只 能是解释。第1级 N3条指令解释第2级 N2条指令解释第3级 N条指令解释第4级 一条指令上级下级7例2假设将某系统的某一部件的处理速度加快 到10倍，但该部件的原处理时间仅为整个运行时 间的40%，则采用加快措施后能使整个系统的性 能提高多少？解：由题意可知 fe=0.4, re=10, 根据Amdahl定律8例3用一台4OMHz处理机执行标准测试程序， 它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数 如下： 指令类型 指令条数 时钟周期 数 整数运算 45000 1 数据传送 32000 2 浮点运算 15000 2 控制传送 8000 2

4、求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。9解：依题意可知 IN=105条，n=410例4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？11解： 三种指令格式字如下：OPC A1 A2 A3OPC A1 OPC 000 xxx xxx xxx 011 xxx xxx xxx 100 000 000 xxx 111 111 101 xxx 111 111 110 000 111 111 111 111三地址4条一地址192条零地址16条3333三地址指令4条单地址指令192条零地址指令16条12例5假设一台模型计算机共有10种不同的操作 码，如果采用固定长操作码需要4位。已知各种 操作码在程序中出现的概率如下表所示，计算采 用Huffman编码法的操作码平均长度，并计算固 定长操作码和Huffman操作码的信息冗余量（假 设最短平均长度H3.1位） 指令序号指令使用频度Pi指令序号指令使用频度PiI10.17I60.09 I20.15I70.08 I30.15I80.07 I40.13I90.

5、03 I50.12I100.0113答：构造Huffman树如下： 14Huffman编码如下表： 指令 号指令使 用频度PiHuffman 编码码长指令 号指令使 用频度PiHuffman 码码长I10.17102I60.0901104I20.150003I70.0801114I30.150013I80.0711104I40.130103I90.03111105I50.121103I100.0111111515Huffman编码的平均码长为：冗余量（3.153.10）/3.151.59% 固定码长：log2104 冗余量（43.10）/422.5%16例6设某用户虚存共有8页, 主存有4页, 每页 大小为1KB. 试根据页表计算出虚地址1023和 6800的主存实地址。提示：注意页表中虚 、 实页对应关系页表虚页号 实页号 装入位0 3 11 1 12 2 03 3 04 2 15 1 06 0 17 0 017每页首地址=页号X每页大小第0页01023 第1页10242047 第2页20483071 第3页30724095 第4页40965119 第5页51206143 第6页61

6、447167 第7页7168-8191解：页号与地址对应关系虚地址1023，虚页号为0，页内位移 为1023；根据虚页号查页表得知实页 号为3，且装入位为1。 主存实地址PA=3072+1023=4095虚地址6800，虚页号为6，页内位移 为656；根据虚页号查页表得知实页 号为0，且装入位为1。 主存实地址PA=0+656=656虚页号虚地址102418例7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：全相联映象方式：主存与缓存分成相同大小的数据块，主存的 某 一数据块可以装入缓存的任意一块空间中。根据已知条件可以求得：主存块数：512K/1632K215；缓存块数：32K/162K211；块内地址：1624 19容量：与缓冲块数量相同即2112048(或32K/16 2048)。 主存块号Bi 块内地址18 4 3 0 主存地址缓存块号Bi 块内地址14 4 3 0 缓存地址主存块地址 缓存块地址 有效位26 12 11 1 0 目录表20图2.6 全相联地址转换 21例8某

7、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 出直接相联方式主、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：512K/32K1624；缓存块数：32K/16 2K211；块内地址：1624 22容量：与缓冲块数量相同即2112048(或32K/16 2048)。 主存区号 有效位4 1 0 目录表缓存块号 块内地址14 4 3 0 缓存地址区号 区内块号 块内地址18 15 14 4 3 0 主存地址23高速缓冲存储器图2.8 直接相联地址转换24例9主存容量为512KB，Cache的容量为32KB，每块 为64个字（或字节），缓存共分128组。划出组相联方 式主、缓存的地址格式、目录表格式及其容量。 答：组相联映象方式：主存与缓存分成相同大小的数据块，主存和Cache 按同样大小划分成组，将主存空间按缓存的容量分成 区，当主存的数据调入缓存时，主存与缓存的组号应 相等，但组内各块地址之间则可以任意存放。根据已知条件可以求得：主存区数：512K/32K1624；缓存组数：12827 ； 缓存块数：32K/6451229；组内块数：512/1284 22 块内地址：642625容量：29512(或32K/64512)。 区号 块号 缓存块号 有效位8 5 4 3 2 1 0目录表组号 缓存块号 块内地址14 8 7 6 5 0缓存地址区号 组号 块号 块内地址18 15 14 8 7 6 5 0 主存地址26高速缓冲存储器图2.10 组相联映象地址转换27例10一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。 （2）写出主存地址的格式，

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