（奥鹏）福建师范大学2023年课程考试（答案）《计算机体系结构》作业考核试题2

▆▆■■■■■■■■■■■■▆《计算机体系结构》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！▆▆《计算机体系结构》试卷共1页（第3页）各题均须在对应答题区域内作答，超出黑色边框区域的答案无效！▆《计算机体系结构》期末考试A卷完整答案附后姓名：专业：学号：学习中心：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、和三个方面的内容。2.控制相关包括由、、等引起的相关。3.虚拟存储器的三种管理方式是、、和。Amdahl定律表明系统的加速比依赖于和两个因素。5.通常可能出现的流水线的相关性有，和。名词解释（每题2分，共16分）透明性：兼容机：程序定位：失效率：快表:多功能流水线：超标量计算机：相联度：三、简答题(每题5分，共30分）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？简述RISC指令集结构的设计原则。什么是存储系统？地址映象方法有哪几种？它们各有什么优缺点？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。简述冯.诺依曼计算机的特征。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。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△t1=△t2=△t3=△t4=△t。3.一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。复制后面的答案到你的原卷完整答案附后《计算机体系结构》期末考试A卷姓名：专业：学号：学习中心：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。Amdahl定律表明系统的加速比依赖于被加速部分在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。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，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。简答题(每题5分，共30分）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，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。简述RISC指令集结构的设计原则。注：更多福师大网考、在线、离线作业关注V：weimingjiaxc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。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。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。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:512K/32K=16=24;缓存块数:32K/16=2K==211;块内地址:16=24容量:与缓冲块数量相同即211=2

48或32K/16=2

48。主存区号有效位41

目录表缓存块号块内地址1443

缓存地址181514432.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△t1=△t2=△t3=△t4=△t。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/(15×∆t)=0.47*1/∆t加速比：S=T0/Tk=4×7×∆t/(15∆t)=1.87效率：E=T0/(k×Tk)==4×7×∆t/(4×15∆t)=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