计算机体系结构复习题

1、计算机体系结构复习题一、名词解释计算机体系结构、冯诺依曼结构、哈佛结构、堆栈结构指令集、CISC、RISC、静态流水线、动态流水线、数据相关、名相关、控制相关、反相关、输出相关、结构冲突、定向技术、指令级并行、组相联映像、替换算法、LRU、虚拟Cache。二、简答题1、计算机体系结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？并说出它们的含义。2、在指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？3、指令集结构设计中表示寻址方式的主要方法有哪些？简述这些方法的优缺点。4、数据相关有哪几种类型？解决数据相关有哪些主要方法？5、流水线数据相关有哪几种？简述定向技术的基本思想。6、简述“Cache主存”层次

2、与“主存辅存”层次的区别。7、降低Cache失效率有哪几种方法（至少写出5种）？三、计算题 1、计算机A和计算机B具有相同的指令系统。执行同一个程序时，计算机A的时钟周期为1 ns，CPI为2.0，计算机B的时钟周期为2 ns，CPI为1.2。请问执行这个程序时，哪台计算机更快？ 2、某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。3、动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图所示：其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s

3、6为t，s2、s5为2t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：（AiBi）（其中i1.4，为连乘符号）（1）画出其处理过程的时空图。（2）计算其实际的吞吐率和效率。 4、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，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s6为t，s2、s5为2t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算： （1） 画出时空图。（2） 计算实际的吞吐率、加速比和效率。 5、有一条静态多功

4、能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2t，其余各段时间均为t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算 f（A1+B1）*（A2+B2）*（A3+B3）*（A4+B4）,（1） 画出处理过程的时空图。（2） 计算其吞吐率、加速比和效率。乘法12345加法（3） 该流水线的瓶颈段是哪一段？可用哪几种方法消除该瓶颈？画出改进后的流水线。 6、假定Cache的失效开销为50个时钟周期，当不考虑存储器停顿时，所有指令的执行时间都是2.0个时钟周期，访问Cache失效率为2%，平均每条指令访存1.33次。求没有Cache和有Cache两种情况下的平均指令执行时间。 7、给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。由计算结果能得出什么结论？（1） 理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2 ns，平均每条指令访存1.4次。（2） 两者Cache容量均为128 KB，块大小都是32字节。（3） 组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10%。（4） 这两种Cache的失效开销都是80 ns。（5） 命中时间为1个时钟周期。（6） 128 KB直接映象Cache的失效率为1.0%，128 KB两路组相联Cache的失效率