计算机系统结构计算题

1. 假设一条指令的执行过程分为“取指令”、“分析”和“执行”三段;每一段的时间分别是△t 、2△t 和3△t..在下列各种情况下;分别写出连续执行n 条指令所需要的时间表达式.. ⑴ 顺序执行方式..⑵ 仅“取指令”和“执行”重叠.. ⑶ “取指令”、“分析”和“执行”重叠.. 答：⑴ 顺序执行方式12......12 12T ＝∑=++n1i i i i )t t t (执行分析取址＝n △t ＋2△t ＋3△t ＝6n △t⑵ 仅“取指令”和“执行”重叠12......12 12T ＝6△t ＋∑=+1-n 1i i i )t t (执行分析＝6△t ＋n-12△t ＋3△t ＝5n ＋1△t⑶ “取指令”、“分析”和“执行”重叠△2△t3△t△2△t3△t1 2 34......1 234 1234T ＝6△t ＋∑=1-n 1i i )t (执行＝6△t ＋n-13△t ＝3n ＋3△t2. 一条线性流水线有4个功能段组成;每个功能段的延迟时间都相等;都为△t..开始5个任务;每间隔一个△t 向流水线输入一个任务;然后停顿2个△t;如此重复..求流水线的实际吞吐率、加速比和效率.. 答：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15...1 2 3 4 56 7 8 9 1011 12 13 14 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151 2 3 4 56 7 8 9 1011 12 13 14 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23我们可以看出;在7n+1Δt 的时间内;可以输出5n 个结果;如果指令的序列足够长n →∞;并且指令间不存在相关;那么;吞吐率可以认为满足：加速比为：从上面的时空图很容易看出;效率为：3. 用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算∑==101i i A F ..每个功能段的延迟时间均相等;流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路;而且设置有足够的缓冲寄存器..要求用尽可能短的时间完成计算;画出流水线时空图;计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率..答：首先需要考虑的是“10个数的和最少需要做几次加法”;我们可以发现;加法的次数是不能减少的：9次；于是我们要尽可能快的完成任务;就只有考虑如何让流水线尽可能充满;这需要消除前后指令之间的相关..由于加法满足交换律和结合律;我们可以调整运算次序如以下的指令序列;我们把中间结果寄存器称为R;源操作数寄存器称为A;最后结果寄存器称为F;并假设源操作数已经在寄存器中;则指令如下：I1：R1←A1+A2I2：R2←A3+A4I3：R3←A5+A6I4：R4←A7+A8I5：R5←A9+A10I6：R6←R1+R2I7：R7←R3+R4I8：R8←R5+R6I9：F←R7+R8这并不是唯一可能的计算方法..假设功能段的延迟为Δt..时空图如下图中的数字是指令号：1234567891234567891234567891234567891 2 3 4 5 6 7891 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21整个计算过程需要21Δt;所以吞吐率为： 加速比为： 效率为：4. 一条线性静态多功能流水线由6个功能段组成;加法操作使用其中的1、2、3、6功能段;乘法操作使用其中的1、4、5、6功能段;每个功能段的延迟时间均相等..流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路;而且设置有足够的缓冲寄存器..用这条流水线计算向量点积i 60i i b a B A ⨯=⨯∑=;画出流水线时空图;计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率.. 答：我们安排运算次序如下：把中间结果寄存器称为R;源操作数寄存器称为A 、B;最后结果寄存器称为F;并假设源操作数已经在寄存器中;则指令如下：I1： R0←A0B0 I8： R7←R0+R1 I2： R1←A1B1 I9：R8←R2+R3I3： R2←A2B2 I10： R9←R4+R5 I4： R3←A3B3 I11： R10←R6+R7 I5： R4←A4B4 I12： R11←R8+R9 I6： R5←A5B5I13： F ←R10+R11I7： R6←A6B6假设功能段的延迟为Δt..时空图如下图中的数字是指令号：1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12138 9 1011 12131 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 整个计算过程需要24Δt;所以吞吐率为： 加速比为： 效率为：5. 一条有三个功能段的流水线如下图..每个功能段的延迟时间均相等;都为△t..其中功能段S 2的输出要返回到它自己的输入端循环一次..⑴ 如果每间隔一个△t 向流水线的输入端连续输入新任务;问这条流水线会发生什么情况⑵ 求这条流水线能够正常工作的最大吞吐率、加速比和效率.. ⑶ 有什么办法能够提高这条流水线的吞吐率;画出新的流水线.. 答：△t △t △t⑴如果每间隔一个△t向流水线的输入端连续输入新任务;流水线S2功能段存在资源冲突..见下表：⑵每间隔两个△t向流水线的输入端连续输入新任务如见下表所示可获得最佳性能..我们可以看出：在2n+2Δt的时间内;可以输出n个结果;如果指令的序列足够长n→∞;并且指令间不存在相关;那么;吞吐率为：加速比为：效率为：⑶如要提高这条流水线的吞吐率;可采用：将功能段S2重复设置一次;见下图：6. 一条有4个功能段的非线性流水线;每个功能段的延迟时间都相等;都为20ns;它的预约表如下：⑴ 写出流水线的禁止向量和初始冲突向量.. ⑵ 画出调度流水线的状态图..⑶ 求流水线的最小启动循环和最小平均启动距离.. ⑷ 求平均启动距离最小的恒定循环.. ⑸ 求流水线的最大吞吐率..⑹ 按照最小启动循环连续输入10个任务;求流水线的实际吞吐率.. ⑺ 画出该流水线各功能段之间的连接图.. 答： ⑴禁止向量F=6;4;2；冲突向量C=101010..输入△t⑵⑶∴流水线的最小启动循环为：1;7或3;5或5;3;最小平均启动距离为4..⑷由上表可知：平均启动距离最小的恒定循环为5..⑸采用最小平均启动距离为4的最小启动循环可获得流水线的最大吞吐率;以1;7为例：其他类似;最大吞吐率皆相同当任务数为偶数2n 时： 当任务数为奇数2n+1时： ∴ 流水线的最大吞吐率为：)s /(M 5.12ns2041t 41任务=⨯=∆ ⑹10个任务的实际吞吐率：利用上式可得偶数个任务TP 10=1/4△t=12.5M 任务/s.. ⑺该流水线的连接图为：7.一条由4个功能段组成的非线性流水线的预约表如下;每个功能段的延迟时间都为10ns..47⑴ 写出流水线的禁止向量和初始冲突向量.. ⑵ 画出调度流水线的状态图..⑶ 求流水线的最小启动循环和最小平均启动距离..⑷ 在流水线中插入一个非计算延迟功能段后;求该流水线的最佳启动循环及其最小平均启动距离..⑸ 画出插入一个非计算延迟功能段后的流水线预约表5行8列.. ⑹ 画出插入一个非计算延迟功能段后的流水线状态变换图.. ⑺ 分别计算在插入一个非计算延迟功能段前、后的最大吞吐率.. ⑻ 如果连续输入10个任务;分别计算在插入一个非计算延迟功能段前、后的实际吞吐率.. 答： ⑴禁止向量F=5;2;1；冲突向量C=10011..⑵⑶i=466最小启动循环为3;最小平均启动距离为3..⑷插入一个非计算延迟功能段后;最小平均启动距离为2因为预约表中每行至多2个×;相应地可改进最小启动循环为2..⑸⑹流水线的禁止向量为1;3;7;流水线的冲突向量为1000101;流水线的状态图如下：6C0-C065C0-C2-C255;4C0-C2 4.55;6C0-C2 5.5流水线的最小启动循环为2;最小平均启动距离为2..⑺插入前：插入后：⑻连续输入10个任务;插入前的实际吞吐率为：连续输入10个任务;插入后的实际吞吐率为：8. 在流水线处理机中;有独立的加法操作部件和乘法操作部件各一个;加法操作部件为4段流水线;乘法操作部件6段流水线;都在第一段从通用寄存器读操作数;在最后一段把运算结果写到通用寄存器中..每段的时间长度都相等;都是一个时钟周期..每个时钟周期发出一条指令..问可能发生哪几种数据相关写出发生相关的指令序列;分析相关发生的原因;并给出解决相关的具体办法..答：可能的数据相关性有：⑴“先写后读”RAW相关Read After 加法写..原因：还没有写好就已经读取寄存器中的数据了..DADD R1;R2;R3 ；R2＋R3→R1DSUB R4;R1;R5 ；R1－R5→R4Read After 乘法写..原因：还没有写好已经读取寄存器中的数据了..DMUL R1;R2;R3 ；R2×R3→R1DSUB R4;R1;R5 ；R1－R5→R4本相关在流水线顺序执行和乱序执行时都可能发生..解决的方法是：利用编译程序调整指令的次序方法；延迟执行是避免数据相关最简单的方法；建立寄存器之间的专用路径..⑵“写—写”WAW相关Write After 乘法写..原因：后写的反而早执行乘法所化的时间长;后面一个写任务反而先完成;使最后写入的内容不正确..DMUL R1;R2;R3 ；R2×R3→R1DSUB R1;R4;R5 ；R4－R5→R1本相关只有在流水线乱序执行时才可能发生..解决的方法是：寄存器换名..⑶“先读后写”WAR相关Write After 任何读..原因：前面的读操作因为某种原因被推迟;要读的内容被后面的写操作修改了..DSUB R4;R1;R5 ；R1－R5→R4DADD R1;R2;R3 ；R2＋R3→R1本相关只有在流水线乱序执行时才可能发生..解决的方法是：寄存器换名..9. 在下列不同结构的处理机上运行8×8的矩阵乘法C=A×B;计算所需要的最短时间..只计算乘法指令和加法指令的执行时间;不计算取操作数、数据传送和程序控制等指令的执行时间..加法部件和乘法部件的延迟时间都是3个时钟周期;另外;加法指令和乘法指令还要经过一个“取指令”和“指令译码”的时钟周期;每个时钟周期为20ns;C 的初始值为“0”..各操作部件的输出端有直接数据通路连接到有关操作部件的输入端;在操作部件的输出端设置有足够容量的缓冲寄存器..⑴处理机内只有一个通用操作部件;采用顺序方式执行指令..⑵单流水线标量处理机;有一条两个功能的静态流水线;流水线每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期;加法操作和乘法操作各经过3个功能段..⑶多操作部件处理机;处理机内有独立的乘法部件和加法部件;两个操作部件可以并行工作..只有一个指令流水线;操作部件不采用流水线结构..⑷单流水线标量处理机;处理机内有两条独立的操作流水线;流水线每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期..⑸超标量处理机;每个时钟周期同时发射一条乘法指令和一条加法指令;处理机内有两条独立的操作流水线;流水线的每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期..⑹超流水线处理机;把一个时钟周期分为两个流水级;加法部件和乘法部件的延迟时间都为6个流水级;每个时钟周期能够分时发射两条指令;即每个流水级能够发射一条指令..⑺超标量超流水线处理机;把一个时钟周期分为两个流水级;加法部件和乘法部件延迟时间都为6个流水级;每个流水级能够同时发射一条乘法指令和一条加法指令..答：要完成上面的矩阵乘法;需要完成的乘法数目为8×8×8=512次；需要完成的加法数目为8×8×7=448次；下面分析处理机的结构会给性能带来什么样的影响..⑴通用操作部件采用顺序方式执行顺序执行时;每个乘法和加法指令都需要5个时钟周期取指令、指令分析、指令执行；所以所需要的时间为：⑵单流水线标量处理机;有一条两个功能的静态流水线因为有足够的缓冲寄存器;所以我们可以首先把所有的乘法计算完;并通过调度使加法流水线不出现停顿;所以所需要的时间为：123456785135145155165175189639649659661=①+②、2=1+③、3=2+④、4=3+⑤、5=4+⑥、6=5+⑦、7=6+⑧⑶多操作部件处理机;只有一条指令流水线由于只有一条指令流水线;所以只能一个时钟周期发射一条指令；由于操作部件不采用流水线;对于结果C矩阵的第一个元素;首先执行2次乘法;然后乘法和加法并行执行7次;此时C矩阵的第一个元素出来了;然后加法运算停顿3个时钟周期;再开始与乘法并行执行运算7次;如此下去;直到C的64个元素都出来..故执行时间为：⑷单流水线标量处理机;处理机内有两条独立的操作流水线由于只有一条指令流水线;所以只能一个时钟周期发射一条指令；对于乘法运算不存在数据相关;对于加法运算有数据相关;由于存在足够的缓冲寄存器;我们可以通过合适的调度消除加法的数据相关..因此;最佳情况下的执行时间为：12345678910111213141516171819202122 1=①+②、2=1+③、3=2+④、4=3+⑤、5=4+⑥、6=5+⑦、7=6+⑧⑸超标量处理机同一时钟周期可以有一条乘法指令和一条加法指令同时发射;对于乘法运算不存在数据相关性;对于加法运算有数据相关性;由于存在足够的缓冲寄存器;当运算完所有的乘法运算后;还要做一次加法运算..因此执行时间为：12345678910111213141516171819202122 1=①+②、2=1+③、3=2+④、4=3+⑤、5=4+⑥、6=5+⑦、7=6+⑧⑹超流水线处理机每个时钟周期发射两条指令;加法部件和乘法部件都为6个流水级..事实上相当于将时钟周期变成了10ns;而加法和乘法流水线变成了6级..因此执行时间为：⑺超标量超流水线处理机一个时钟周期分为两个流水级;加法部件和乘法部件都为6个流水级;每个流水级能同时发射一条加法和一条乘法指令..综合⑸和⑹的分析;我们可以知道;执行时间为：。

《计算机系统结构》试卷(补)考点：学号：姓名：专业层次:试卷说明：1.本次考试为闭卷考试。

本试卷共计3页，3大部分，请勿漏答；附答题卷2页，请核查；2.考试时间为120分钟，请掌握好答题时间；3.答题之前，请将试卷和答题纸上的考点、学号、姓名和专业层次填写清楚；4.本试卷所有试题答案写在答题卷上；5.答题完毕，请将试卷和答题卷展开、正面向上交回，不得带出考场；6.考试中心提示：请遵守考场纪律，参与公平竞争！一．判断是非题,对的打√，错的打×（本大题共5小题，每小题2分，共10分）1.系列机是指由一个厂家生产的具有相同组成，但具有不同系统结构和实现的一系列不同型号的机器。

（）2.浮点数据表示可以表示表数范围内的所有实数。

（）3.按照Flynn分类法，Illiac IV阵列处理机是MIMD计算机。

（）4.多级混洗交换网络是阻塞网络。

（）5.Cray 1向量处理机中，由于每个向量寄存器的长度为64，当实际需要处理的向量长度大于64时，它就不能够处理了。

（）二．单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在计算机系统层次结构中，从下层到上层，各层相对顺序正确的是（）。

A.汇编语言机器级－操作系统机器级－高级语言机器级B.微程序机器级－传统机器语言机器级－汇编语言机器级C.传统机器语言机器级－高级语言机器级－汇编语言机器级D.汇编语言机器级－应用语言机器级－高级语言机器级2.某个时期投入市场的机器上编制的软件，不要修改就可运行在比它之后投入市场的机器上，这被称为（）。

A.向上兼容B.向下兼容C.向前兼容D.向后兼容3.机器内浮点数都包含阶码和尾数两部分。

当阶码的长度一定时，尾数采用什么基值会影响（）。

A.表数精度B.表数范围C.表数效率D.A，B和C4.程序员编写程序时使用的地址是（）。

A.主存地址B.逻辑地址C.物理地址D.有效地址5.RISC方向主要做的工作是（）。

A.软件功能硬化B.简化指令功能C.降低指令功能D.硬件功能软化6.输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（）。

模拟试卷 1一、名词解释1. 系统结构：是对计算机系统中各机器级之间界面的划分和定义，以及对各级界面上、下的功能进行分配。

2. SIMD ：单指令流多数据流计算机系统。

3. 资源共享4. Cache：高速缓冲存储器5. 模拟: 是对真实事物或者过程的虚拟二、选择1. Cache 是介于CPU 和( C )之间的小容量存储器，能高速地向CPU 提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。

A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘2. 并行性开发的途径为时间重叠、资源共享和( C ) 等。

A.时间并行B.资源分布C.资源重复D.时间并发3. 冯?诺依曼型计算机的设计思想是( C )。

A.存储数据并按地址顺序执行B.存储程序并按地址逆序执行C.存储程序并按地址顺序执行D.存储程序并乱序执行4. 在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是( D )。

A.应用语言级B.高级语言级C.汇编语言级D.机器语言级5. 消除流水线性能瓶颈的方法：瓶颈段细分和( B )。

A.瓶颈段串联B.瓶颈段并联C.瓶颈段拆分D.瓶颈段流水三、简答1. 试述现代计算机系统的多级层次结构。

3. 试述全相联映像与直接映像的含义及区别。

直接映像: 指主存的一个字块只能映像到Cache的一个准确确定的字块中。

直接映象是一种最简单的地址映像方式，它的地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换策略问题。

但是这种方式的块冲突概率较高，当称序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache 的命中率将急剧下降，因为这时即使Cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系而无法应用。

全相联映像：指主存的一个字块可以映像到整个Cache的任何一个字块中。

这种方式只有当C ache 中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很高的Cache 命中率；但实现很复杂。

当访问一个块中的数据时，块地址要与Cache 块表中的所有地址标记进行比较已确定是否命中。

系统架构设计师真题解析（计算题）第一章计算机组成与体系结构流水线吞吐率、加速比2017年下半年1.某计算机系统采用5级流水线结构执行指令，设每条指令的执行由取指令(2t ∆)、分析指令(1t ∆)、取操作数(3t ∆)、运算(1t ∆)和写回结果(2t ∆)组成，并分别用5个子部件完成，该流水线的最大吞吐率为()；若连续向流水线输入10条指令，则该流水线的加速比为()。

【解析】理论流水线执行时间=(2t ∆+1t ∆+3t ∆+1t ∆+2t ∆)+max(2t ∆,1t ∆,3t ∆,1t ∆,2t ∆)*(n-1)=9t ∆+(n-1)*3t ∆;第一问：最大吞吐率：Δt 31Δt 6t nΔ3n Δt31)(n-Δt+9n n =+=⨯∞→lim 第二问：10条指令使用流水线的执行时间=9t ∆+(10-1)*3t ∆=36t ∆。

10条指令不用流水线的执行时间=9t ∆*10=90t ∆。

加速比=使用流水线的执行时间/不使用流水线的执行时间=90t ∆/36t ∆=5:2。

2.例：某计算机系统，一条指令的执行需要经历取指（2ms ）、分析（4ms ）、执行（1ms ）三个阶段，现要执行100条指令，利用流水线技术需要多长时间?（教材1.3.1）理论上来说，1条指令的执行时间为：2ms+4ms+1ms=7ms 。

所以：理论流水线执行时间=2ms+4ms+1ms+(100-1)*4=403ms 。

而实际上，真正做流水线处理时，考虑到处理的复杂性，会将指令的每个执行阶段的时间都统一为流水线周期，即1条指令的执行时间为：4ms+4ms+4ms=12ms 。

所以：实际流水线执行时间=4ms+4ms+4ms+(100-1)*4=408ms扩展：上述题目中，如果采用3级操作，2级流水，等价于将3级操作变成2级操作。

最合理的划分是由取指（2ms ）、分析（4ms ）、执行（1ms ）相连划分为指（2ms ）、分析（4ms ）+执行（1ms ）={2,5}。

1【简答题】传统的存储程序计算机的主要特征是什么？存在的主要问题是什么？目前计算机系统是如何改进的?正确答案：解：主要特征：(1)机器以运算器为中心；(2）采用存储程序原理；（3)存储器是按地址访问的、线性编址的空间；(4)控制流由指令流产生；（5）指令由操作码和地址码组成；（6)数据以二进制编码表示,采用二进制运算。

主要问题和改进：（1)问题：以运算器为中心,所有部件的操作都由控制器集中控制，导致慢速输入输出操作占用快速运算器矛盾,影响运算器效率发挥。

改进：各种分布式的I/O处理或输入输出方式如程序控制、DMA(直接存储器访问)方式、 I/O 处理机等。

（2）问题:数据和指令存放在同一存储器中，自我修改程序是难以编制、调试和使用的，不利于指令执行的重叠和流水。

改进:通过存储管理硬件的支持，由操作系统控制在程序执行过程中不准修改程序.(3)问题:访问存储器次数较多影响计算机系统性能。

改进：按内容访问的相联存储器CAM，大量使用通用寄存器,在CPU和主存之间设置高速缓冲存储器cache。

(4)问题：受程序计数器控制，程序执行只能串行、顺序执行.改进：改进CPU的组成，如采用重叠方式、先行控制、多操作部件甚至流水方式把若干条指令的操作重叠起来；采用向量处理技术、多机并行处理，总之通过并行处理技术进一步提升计算机系统速度。

（5）问题：需要指令功能更加丰富，但实现困难;计算机存储器容量大增，采用直接寻址方式指令中地址码位数不够.改进：出现了CISC和RISC指令系统，CISC用硬件实现大量丰富功能,RISC只包含使用频率高的少量指令；采用多种灵活的寻址方式,如间接寻址、相对寻址、变址寻址、基址寻址、页式寻址等。

2【简答题】通用寄存器型指令系统结构在灵活性和提高性能方面的优势主要体现在哪几个方面？正确答案:(1）寄存器的访问速度比存储器快很多;(2）对编译器而言，能更加容易、有效地分配和使用寄存器。

在表达式求值方面，通用寄存器型结构具有更大的灵活性和更高的效率。

2009-2010学年度第一学期2007级《计算机系统结构》期末考试试卷(A）（闭卷）姓名：学号：专业:（注：①考试时间为120分钟；②所有解答必须写在答题纸上。

）一、单项选择题（每小题3分,共30分）1．在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列（）设想是不行的?【A】新增加字符数据类型和若干条字符处理指令【B】将中断分级由原来的4级增加到5级【C】在CPU和主存之间增设Cache存贮器【D】将浮点数的下溢处理法由原来的恒置“1"法,改为查表舍入法2.对计算机系统结构来说，不透明的是( ）.【A】存储器采用交叉存取还是并行存取【B】CPU内部的数据通路的宽度是8位还是16位【C】采用浮点数据表示还是标志符数据表示【D】指令采用硬联逻辑实现还是微程序实现3．一个平衡的计算机系统,应该是（）。

【A】1MIPS的CPU速度【B】1MB的主存容量【C】1Mb/s的I/O吞吐率【D】A、B和C4、（）设计是现代计算机系统设计所采用的方法。

【A】由上往下【B】由下往上【C】由中间开始【D】上下同时开始5．当今微型机中实现软件移植最好的方法是（）。

【A】系列机【B】兼容机【C】仿真技术【D】统一高级语言6、不能够对向量数据结构提供直接支持的是（）数据表示.【A】向量【B】堆栈【C】描述符【D】A和C7、采用整数边界存储技术，其主要目的是（）.【A】节约主存空间【B】提高数据的访问速度【C】一个主存周期可取多条指令【D】一个主存周期至少可取到一条指令8、在指令的操作码编码方式中，优化实用的编码是（）.【A】Huffman编码【B】等长编码【C】Huffman扩展编码【D】BCD码9、流水计算机中将指令Cache和数据Cache分开，主要是为了（）.【A】提高存储系统的速度【B】增加主存容量【C】解决功能部件冲突【D】解决访存冲突10、当N=16时，能描述4组4元交换的函数是（）.【A】C1+C2 【B】C0+C1 【C】C0+C2 【D】C2+C3假若编译器优化后能去掉50％的ALU指令，但不能去掉其它三类指令。

一、填空题（20每空2分）1.计数制中使用的数据个数被称为。

（基）2.移码常用来表示浮点数的部分，移码和补码比较，它们除外，其他各位都相同。

（阶码，符号位）3.码值80H：若表示真值0，则为；若表示-128，则为；若表示-127，则为；若表示-0，则为。

（移码补码反码原码）4. 在浮点运算过程中，如果运算结果的尾数部分不是形式，则需要进行规格化处理。

设尾数采用补码表示形式，当运算结果时，需要进行右规操作；当运算结果时，需要进行左规操作。

（规格化溢出不是规格化数）二、选择题（20每题2分）1.以下给出的浮点数，______是规格化浮点数。

（B）A．2^-10×0.010101 B．2^-11×0.101010C．2^-100×1.010100 D．2^-1×0.00101012.常规乘除法器乘、除运算过程采用部分积、余数左移的做法，其好处是______。

（C）A．提高运算速度 B. 提高运算精度C. 节省加法器的位数D. 便于控制3.逻辑异运算10010011和01011101的结果是。

（B）A.01001110B.11001110C.11011101D.100011104.浮点数尾数基值rm=8,尾数数值部分长6位，可表示的规格化最小正尾数为。

（C）1.A.0.5 B.0.25 C.0.125 D.1/645.当浮点数尾数的基值rm=16,除尾符之外的尾数机器位数为8位时，可表示的规格化最大尾数值是。

（D）A.1/2B.15/16C.1/256D.255/2566.两个补码数相加，采用1位符号位，当时表示结果溢出。

（D）A、符号位有进位B、符号位进位和最高数位进位异或结果为0C、符号位为1D、符号位进位和最高数位进位异或结果为17.运算器的主要功能时进行。

（C）A、逻辑运算B、算术运算C、逻辑运算和算术运算D、只作加法8.运算器虽有许多部件组成，但核心部件是。

计算机系统结构考试计算题3、12 有⼀指令流⽔线如下所⽰出 50ns 50ns 100ns 200ns（1）求连续输⼊10条指令,该流⽔线的实际吞吐率与效率;（2）该流⽔线的“瓶颈”在哪⼀段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。

对于您所给出的两种新的流⽔线,连续输⼊10条指令时,其实际吞吐率与效率各就是多少？解:(1) 2200(ns)2009200)10050(50t )1n (t T maxm1i i pipeline =?++++=?-+?=∑= )(ns 2201T nTP 1pipeline-==45.45%1154400TP mtTP E m1i i≈=?=??=∑= (2)瓶颈在3、4段。

变成⼋级流⽔线(细分)850(ns)509850t 1)(n t T maxm1i i pipeline =?+?=?-+?=∑=)(ns 851T nTP 1pipeline-==58.82%17108400TP mtiTP E m1i ≈=?=??=∑= ? 重复设置部件)(ns 851T nTP 1pipeline-==58.82%1710885010400E ≈=??=3、13有⼀个流⽔线由4段组成,其中每当流经第3段时,总要在该段循环⼀次,然后才能流到第4段。

如果每段经过⼀次所需要的时间都就是t ?,问: （1）当在流⽔线的输⼊端连续地每t ?时间输⼊任务时,该流⽔线会发⽣什么情况？（2）此流⽔线的最⼤吞吐率为多少？如果每t ?2输⼊⼀个任务,连续处理10个任务时的实际吞吐率与效率就是多少？（3）当每段时间不变时,如何提⾼该流⽔线的吞吐率？仍连续处理10个任务时,其吞吐率提⾼多少？段54.35%925045TP E 2310T nTp 23T 21TP pipelinepipeline max ≈=??=??==?=?=t tt t(3)重复设置部件t t===751410T nTP pipeline吞吐率提⾼倍数＝tt ??231075＝1、643、14 有⼀条静态多功能流⽔线由5段组成,加法⽤1、3、4、5段,乘法⽤1、2、5段,第3段的时间为2△t,其余各段的时间均为△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寄存器中。

福建师大网络教育学院《计算机体系结构》期末复习题系别_________ 班级_________ 姓名__________ 学号__________一、填空题（每空1分）1.按照弗林（Flynn）分类法，计算机系统可以分为4类：SISD计算机、______计算机、_______计算机和_______计算机。

2. 改进之后的冯•诺依曼计算机的只要特点是__________。

3. 当前计算机系统中的存储系统是一个层次结构，其各层分别为__________。

4.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：__________、__________、__________。

5.虚拟存储器的三种管理方式是__________，__________和__________6.目前计算机中常用数据有__________，__________和__________三种类型。

7.通常可能出现的流水线的相关性有__________。

8.解决中断引起的流水线断流的方法有_______和________。

9.目前向量处理机的系统结构有两种：__________和__________。

10.通用计算机基本指令分为5类，它们分别是：__________。

11．执行指令x1=x2+x3；x4=x1-x5会引起__________类型的数据相关，执行指令x5=x4*x3；x4=x0+x6会引起__________类型的数据相关，执行指令x6=x1+x2；x6=x4*x5会引起__________类型的数据相关。

12．多计算机网络中，通常出现的4种通信模式是__________。

13.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_______，以需求驱动方式工作的典型计算机是_______，以模式匹配驱动方式工作的典型计算机是_______。

二、名词解释（每题2分）1.计算机体系结构：2.系列机：3.模拟:4.程序的局部性原理:5.MIPS：6.高速缓冲存储器:7.虚拟存储器:8.快表:9.程序定位：10.延迟转移技术：11.窗口重叠技术：12.流水线技术：13.动态流水线：14.静态流水线：15.线性流水线：16.非线性流水线：17.流水线的吞吐率：18.超流水线计算机：19.向量的分段开采技术：20.基准测试程序：三、简答题（每题5分）1.什么是存储系统？2.简述全相联映象规则。