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计算机体系结构复习题1


福师1203考试批次《计算机体系机构》复习题及参考答案一
注:考试时间为 100 分钟

本复习题页码标注所用教材为: 教材名称 计算机体系结构 单价 26 作者 陈智勇 版本 2004年1月第1版 出版社 西安电子科技大 学出版社

如学员使用其他版本教材,请参考相关知识点 一、填空题(每空 1 分,共 14 分) 1、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) 、 、 。 2、高速缓冲存储器的地址映象方式有三种,它们分别是: (全相联映像)(直接 , 映像)(组相联映像) , 。 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、通用寄存器型机器对堆栈数据结构实现的支持是较差的,它表现为堆栈操作 用的(机器指令数少) 堆栈置于(存储器内) , ,访问堆栈的速度低。 5、MISD 系统结构是指有 n 个处理单元,按(n 条不同)指令的要求,对同一个 数据流及其中间结果进行不同处理,一个处理单元的(输出)作为另一个处理单 元的输入。 6、总线仲裁算法有:静态优先级算法、固定时间片算法、 (动态优先级)算法和 (先来先服务)算法。 二、名词解释(每题 2 分,共 16 分) 1、透明性:一种本来是存在的事物或属性,但从某种角度看却好像不存在,称 为透明性。 2、程序的局部性原理: 程序在执行时所访问的地址不是随机的, 而是相对簇聚; 这种簇聚包括指令和数据两部分。 3、程序定位:程序执行前要将其装入内存执行,就要确定装入内存的实际物理 地址, 并修改程序中与地址有关的代码,程序执行时要将程序和数据的相对地址 转换成内存的绝对地址,即变成可由 CPU 直接执行的绝对地址程序,这一过程 称为程序定位。 4、流水线技术:是指将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程,而每个子 过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。 5、MIPS:是一个用来描述计算机性能的单位,即每秒执行百万次浮点操作。 6、 紧耦合多处理机: 紧耦合多处理机是通过共享主存来实现处理机间的通信的。

各处理机与主存之间通过一个互连网络连接。 7、链接技术:是流水线中加快运算速度的一种重要技术,它是指在不出现源向 量冲突、结果向量冲突、先读后写的向量冲突和功能部件冲突时,通过链接机构 将有源目向量相关的前后两条或多条向量指令进行链接而实现并行处理的技术。 8、并行算法:是指一些可同时执行的诸进程的集合,这些进程相互作用和协调 动作从而达到对给定问题的求解。 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?

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?(书 P19) 解:由题意可知 Fe=0.4, Re=10, 根据阿姆达尔(Amdahl)定律

即采用此增强功能方法后,能使整个系统的性能提高为原来的 1.56 倍。 3、什么是存储系统? 答:所谓存储系统,是指计算机系统的存储器部分由多种不同的存储器构成,由 操作系统和硬件技术来完成程序的定位,便之成为一个完整的整体。 4、计算机系统结构的概念。 答:计算机系统结构是计算机系统的软、硬件分界面,是机器语言程序设计者或 是编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上运行所需看到的计算 机属性。

5、简要解释提高计算机系统并行性的三个技术途径。 答: (1)时间重叠,是指在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上相互错
开,轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转而赢得速度。 (2)资源重 复,是指在并行性概念中引入空间因素,通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。 (3) 资源共享: 是指利用软件的方法让多个任务按一定时间顺序轮流地使用同一套资源, 以提高 其利用率,这样相应地也可以提高整个系统的性能。

6、试比较基址寻址和变址寻址。 答: 基址寻址: 在基址寻址中, 有效地址由两部分组成。 一部分在基址寄存器中, 另一部分为常量 。 变址寻址:把变址寄存器的内容(通常是首地址)与指令地址码部分给出的地址 (通常是位移量)之和作为操作数的地址来获得所需要的操作数。 四、问答与计算题(第 1 题 10 分,第 2、3 题每题 15 分共 40 分) 1、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/32K=16=24;缓存组数:128=27; 缓存块数:32K/64=512=29;组内块数:512/128=4=22 块内地址:64=26

2、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 H=3.1 位) 。 指令序号 I1 I2 指令使用频度 Pi 0.17 0.15 指令序号 I6 I7 指令使用频度 Pi 0.09 0.08

I3 I4 I5

0.15 0.13 0.12

I8 I9 I10

0.07 0.03 0.01

考核知识点:指令格式的优化,参见 P26。

3、设某机为定长指令字结构,指令长度 12 位,每个地址码占 3 位,试提出一种 分配方案,使该指令系统包含:4 条三地址指令,8 条二地址指令,180 条单地 址指令。

考核知识点:指令字的格式与优化,参见 P30。

解:4 条三地址指令:000 XXX YYY ZZZ …… 011 XXX YYY ZZZ 8 条二地址指令:100 000 XXX YYY …… 100 111 XXX YYY 180 条单地址指令:101 000 000 XXX …… 111 110 011 XXX


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