1、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試題及答案【篇一：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)習(xí)題(含答案)】1、尾數(shù)用補(bǔ)碼、小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)字長(zhǎng) p=6 (不包括符號(hào)位)，階碼字長(zhǎng) q=6 (不包括符號(hào)位)，為數(shù)基值rm=16 ,階碼基值re=2o對(duì)于規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)，用十進(jìn)制表達(dá)式寫出 如下數(shù)據(jù)(對(duì)于前11項(xiàng)，還要寫出16進(jìn)值編碼)。(1)最大尾數(shù)(8)最小正數(shù)(2)最小正尾數(shù)(9)最大負(fù)數(shù)(3)最小尾數(shù)(10)最小負(fù)數(shù)(4)最大負(fù)尾數(shù)(11)浮點(diǎn)零(5)最大階碼(12)表數(shù)精度(6)最小階碼(13)表數(shù)效率(7)最大正數(shù)(14)能表示的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)個(gè)數(shù). 一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求浮點(diǎn)數(shù)的精度不低于10-7.2,表數(shù)范圍正數(shù)不

2、小于1038,且正、負(fù)數(shù)對(duì)稱。尾數(shù)用原碼、純小數(shù)表示，階碼 用移碼、整數(shù)表示。(1)設(shè)計(jì)這種浮點(diǎn)數(shù)的格式(2)計(jì)算(1)所設(shè)計(jì)浮點(diǎn)數(shù)格式實(shí)際上能夠表示的最大正數(shù)、最大 負(fù)數(shù)、表數(shù)精度和表數(shù)效率。.某處理機(jī)要求浮點(diǎn)數(shù)在正數(shù)區(qū)的積累誤差不大于2-p-1 ,其中,p是浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)長(zhǎng)度。(1)選擇合適的舍入方法。(2)確定警戒位位數(shù)。(3)計(jì)算在正數(shù)區(qū)的誤差范圍。.假設(shè)有a和b兩種不同類型的處理機(jī)，a處理機(jī)中的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為 32位。b處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶有標(biāo) 志符，每個(gè)數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)增加至 36位，其中有4位是標(biāo)志符，它的指 令數(shù)由最多256條減少到不到64條。如果每執(zhí)行一條指令平均

3、要訪 問兩個(gè)操作數(shù)，每個(gè)存放在存儲(chǔ)器中的操作數(shù)平均要被訪問8次。對(duì)于一個(gè)由1000條指令組成的程序，分別計(jì)算這個(gè)程序在a處理機(jī)和b處理機(jī)中所占用的存儲(chǔ)空間大小(包括指令和數(shù)據(jù))，從中得 到什么啟發(fā)？. 一臺(tái)模型機(jī)共有7條指令，各指令的使用頻率分別為35% ,25% , 20% , 10% , 5% , 3%和2% ,有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器，2個(gè) 變址寄存器。(1)要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè) 計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。.某處理機(jī)的指令字長(zhǎng)為 16位，有雙地址指令、單地址指令和零地址指令3類，并假設(shè)每個(gè)地址字段的長(zhǎng)度均為6位。(1)如果雙地址指令有15條，單地址指令和零地址指

4、令的條數(shù)基本 相同，問單地址指令和零地址指令各有多少條？并且為這3類指令分配操作碼。(2)如果要求3類指令的比例大致為1: 9: 9,問雙地址指令、單地 址指令和零地址指令各有多少條？并且為這3類指令分配操作碼。.別用變址尋址方式和間接尋址方式編寫一個(gè)程序，求 c=a+b , 其中，a與b都是由n個(gè)元素組成的一維數(shù)組。比較兩個(gè)程序，并 回答下歹ij問題：(1)從程序的復(fù)雜程度看，哪一種尋址方式更好？(2)從硬件實(shí)現(xiàn)的代價(jià)看，哪一種尋址方式比較容易實(shí)現(xiàn)？(3)從對(duì)向量運(yùn)算的支持看，哪一種尋址方式更好？.假設(shè)x處理機(jī)的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為32位。y處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)志符，每個(gè)數(shù)

5、據(jù)的字長(zhǎng)增加至35位，其中有3位是標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)由 32位減少至30位。并假設(shè)一 條指令平均訪問兩個(gè)操作數(shù)，每個(gè)操作數(shù)平均被訪問r次。現(xiàn)有一個(gè)程序，它的指令條數(shù)為i,分別計(jì)算在這兩種不同類型的處理機(jī)中程 序所占用的存儲(chǔ)空間，并加以比較。. 一種浮點(diǎn)數(shù)表示方式的精度不低于10-19,能表示的最大正數(shù)不小于104000 ,而且正負(fù)數(shù)對(duì)稱。尾數(shù)用原碼、小數(shù)表示，階碼用移 碼、整數(shù)表示，尾數(shù)和階碼的基值都是2。設(shè)計(jì)這種浮點(diǎn)數(shù)的格式，給出各字段的名稱和長(zhǎng)度。計(jì)算所設(shè)計(jì)的浮點(diǎn)數(shù)格式能夠表示的最大正數(shù)、最大負(fù)數(shù)和表 示數(shù)的精度。如果在運(yùn)算器中沒有設(shè)置硬件警戒位，則這種浮點(diǎn)數(shù)可能采用了 哪一種舍入方法？給

6、出這種舍入方法的舍入規(guī)則，在正數(shù)區(qū)的誤差 范圍和積累誤差。.有研究人員指出，如果在采用通用寄存器結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)里加入寄存器-存儲(chǔ)器尋址方式可能提高計(jì)算機(jī)效率。做法是用：add r2, 0(rb)代替指令序列l(wèi)oad r1, 0(rb)add r2, r2, ri假定使用新的指令能使時(shí)鐘周期增加10%,并且假定只對(duì)時(shí)鐘產(chǎn)生影響，而不影響cpi那么：(1)采用新的指令，要達(dá)到與原來(lái)同樣的性能需要去掉的load操作所占的百分比？(假定load指令占總指令的22.8%)(2)舉出一種多指令序列，該序列不能使用上述的寄存器-存儲(chǔ)器尋址方式。即使得load r1后面緊接著執(zhí)行對(duì)r1的操作(該操作可以 是任意

7、某一操作碼)，但這一指令序列不能被一條指令(假定存在 這條指令)代替。.試比較下面4種不同類型的指令結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)效率：(1)累加型：所有的操作都在單個(gè)寄存器和單個(gè)內(nèi)存地址之間進(jìn)行(2)存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型：每個(gè)指令的3個(gè)操作數(shù)都在內(nèi)存中進(jìn)行(3)堆棧型：所有的操作都在棧頂進(jìn)行。只有 push和pop操作會(huì)訪問內(nèi)存，其它的指令執(zhí)行時(shí)都會(huì)刪除棧中的操作數(shù)，然后寫入執(zhí)行結(jié)果。(4)通用寄存器型：所有的操作都在寄存器中進(jìn)行。這些寄存器 -寄存器指令中的每個(gè)指令都包含3個(gè)操作數(shù)。通用寄存器一共有16個(gè),寄存器標(biāo)志符占4位長(zhǎng)。為比較存儲(chǔ)效率，我們對(duì)以上 4種指令集作了如下約定：操作碼占一個(gè)字節(jié)(8位)內(nèi)存地址占

8、2個(gè)字節(jié)(16位)操作數(shù)占4字節(jié)(32位)所有指令的長(zhǎng)度都以整數(shù)個(gè)字節(jié)計(jì)算另外，還假定訪問內(nèi)存不使用其它的優(yōu)化措施，變量 a、b、c和d的初值都已經(jīng)放在內(nèi)存中。針對(duì)以上4種不同的指令系統(tǒng)，回答下列問題：(1)分別用匯編指令寫出下面 3個(gè)賦值語(yǔ)句：a = b + c;b = a + c;d = a b;(2)分別計(jì)算所執(zhí)行指令的字節(jié)數(shù)和轉(zhuǎn)移內(nèi)存數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，并指出 如果根據(jù)代碼的大小來(lái)計(jì)算的話，哪種結(jié)構(gòu)的效率是最高的？如果 按需要的總內(nèi)存帶寬(代碼+數(shù)據(jù))來(lái)計(jì)算，又是哪種結(jié)構(gòu)的效率最 高？.考慮為dlx結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)增加一個(gè)新的尋址模式。即使得地址 模式增加兩個(gè)寄存器和一個(gè)11位長(zhǎng)的帶符號(hào)的偏移量

9、來(lái)得到有效地址。這樣，編譯器就會(huì)用新的尋址模式來(lái)代替add r1, r1, r2Iw rd, 0(r1)(或是 store 指令)如果已知在dlx結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上對(duì)測(cè)得一些程序的load和store指令分別平均占26%和9%,在此基礎(chǔ)上，計(jì)算：(1)假定10%的load和store指令可以用新的尋址模式代替，那么 采用新的尋址模式后的指令計(jì)數(shù)與采用前之比為多少？如果新的尋址模式使得時(shí)鐘周期增長(zhǎng)5%,那么采用了新的尋址模式的機(jī)器和未采用新的尋址模式的機(jī)器相比，哪種機(jī)器會(huì)更快一 些，快多少？1、解答：在尾數(shù)采用補(bǔ)碼、小數(shù)表示且p=6,階碼采用移碼、整數(shù)表示且q=6 ,尾數(shù)基rm為16,階碼基re為2

10、的情況下：(1)最大尾數(shù)為：1 rm-p =1 16-6, 0.ffffff(2)最小正尾數(shù)為：1/rm = 1/16 , 0.100000 最小尾數(shù)為：-1, 1.000000(4)最大負(fù)尾數(shù)為：-(rm-1 + rm-p) =(16-1 + 16-6) , 1.efffff(5)最大階碼為：req1 = 26 1 =63, 7f,包括符號(hào)位共7個(gè)1(6)最小階碼為：-req = -26 = -64 , 00 ,包括符號(hào)位共7個(gè)0(7)最大正數(shù)為：(1 -16-6)1663 , 7fffffff(8)最小正數(shù)為：16-65 , 00100000(9)最大負(fù)數(shù)為：-(16-1 + 16-6)

11、16-64 , 80efffff(10)最小負(fù)數(shù)為：-1663, ff000000(11)浮點(diǎn)零為：00000000(12)表數(shù)精度為：16-5/2 =2-21(13)表數(shù)效率為：15/16 = 93.75 %2、解答：(1)取尾數(shù)和階碼的基都為2,即：rm=2且re=2根據(jù)表示數(shù)精度的要求：于是可以取p=24 ;根據(jù)表示數(shù)范圍的要求：即因此可以取q = 7數(shù)據(jù)格式可以表示如下（尾數(shù)采用隱藏位）：24（2）能夠表示的最大正數(shù)：（12能夠表示的最大負(fù)數(shù)：-2表示數(shù)的精度：2-24-129） 2127,表數(shù)效率：100% o3、解答：（1）舍入方法：下舍上入法、查表法（2）警戒位位數(shù)：2位（3）正

12、數(shù)區(qū)的誤差范圍：-2-p-1（1-2-g+1）2-p-14、解答：我們可以計(jì)算出數(shù)據(jù)的大致數(shù)量：1000條指令訪問的數(shù)據(jù)總數(shù)為 1000*2=2000個(gè)；對(duì)于a處理機(jī)，所用的存儲(chǔ)空間的大小為：由此我們可以看出，由于數(shù)據(jù)的平均訪問次數(shù)要大于指令，所以， 通過(guò)改進(jìn)數(shù)據(jù)的格式來(lái)減少指令的長(zhǎng)度，可以減少總的存儲(chǔ)空間大 小。5、解答：（1）要使得到的操作碼長(zhǎng)度最短，應(yīng)采用 huffman編碼，構(gòu)造huffman 樹如下：由此可以得到7條指令的編碼分別如下：【篇二：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)期末試卷及答案1】xt以下為教師填寫i、命題院（部）：ii、課程名稱：iii、測(cè)試學(xué)期：2014 2015學(xué)年 度第2學(xué)期iv、

13、測(cè)試對(duì)象：v、問卷頁(yè)數(shù)（a4） ： vi、答卷頁(yè)數(shù)（a4）：vii、考試方式：viii、問卷內(nèi)容：一、填空題（共 30分，20空，每空1.5分）1、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由（）和（）組成的十分復(fù)雜的系統(tǒng)。2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能支持軟件可移植，實(shí)現(xiàn)可移植性的常用方法有3種，即（），（），統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言。3、可以將當(dāng)前大多數(shù)通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)進(jìn) 一步細(xì)分為3種類型，即（）、（）和存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型指令集結(jié)構(gòu)。4、mips指令daddiu r14 , r5, #6屬于（）類型的指令格式； mips指令sd r4 , 300 （r5）屬于（）類型的指令格式。5、描述流水線的工 作，常采用時(shí)空?qǐng)D的方法。在時(shí)空?qǐng)D中

14、，橫坐標(biāo)表示（），縱坐標(biāo)代表（）。6、在mips指令實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)通路中，在 wb周 期中，有兩大類指令執(zhí)行操作：（）和（）指令。7、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)中，“cache主存”層次是為了彌補(bǔ)主存（）的不足，主存輔存”層次是為了彌補(bǔ)主存（）的不足。8、cache實(shí)現(xiàn)的映 像規(guī)則有全相聯(lián)映像、（）和（）三種。9、反映存儲(chǔ)外設(shè)可靠性能的參數(shù)有可靠性、（）和（）。10、根據(jù)系統(tǒng)中處理器個(gè)數(shù)的多少，可把現(xiàn)有的mimd計(jì)算機(jī)分為兩類，每一類代表了一種存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和互連策略。第一類機(jī)器稱為（）結(jié)構(gòu)，第二類機(jī)器具有（）。二、判斷題（每小題1分，共10分） 1、從計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的角度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分成多

15、級(jí) 層次結(jié)構(gòu)，其中，第 2級(jí)是操作系統(tǒng)虛擬機(jī)，第 3級(jí)是匯編語(yǔ)言虛 擬機(jī)。（）2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的 3種途徑中，資源重復(fù)是在并行性概 念中引入時(shí)間因素，加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得時(shí)間。（）3、指令集結(jié)構(gòu)中采用多種尋址方式可能會(huì)增加實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和使用這些尋址方式的指令的 cpi。（）4、指令條數(shù)多，通常超過(guò) 200條，是設(shè)計(jì)risc的原則之一。（） 5、根據(jù)流水線中各功能段之間是否有反饋回路，可把流水線分為線 性流水線和非線性流水線。（）6、在多級(jí)存儲(chǔ)體系中，cache一一主存”層次的存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)主要由軟件件實(shí)現(xiàn)。（）7、失效率和平均訪存時(shí)間都可評(píng)價(jià)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能，它們都和機(jī)器 的硬件速度有關(guān)。

16、（）8、raid的特點(diǎn)有容量大，速度快、可靠性高，同時(shí)保存數(shù)據(jù)無(wú)冗余 信息。（）9、在多處理機(jī)的互連網(wǎng)絡(luò)中，交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)屬于動(dòng)態(tài) 互連網(wǎng)絡(luò)。（）10、機(jī)群是一種價(jià)格低廉、易于構(gòu)建、可擴(kuò)縮性極 強(qiáng)的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（）二、名詞解釋（每小題 4分，共20分）1、模擬2、數(shù)據(jù)表示3、名相關(guān)4、互連網(wǎng)絡(luò)5、高可用性機(jī)群 三、簡(jiǎn)述題（每小題5分，共20分）1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的flynn分類法是按什么來(lái)分類的？共分為哪幾 類？ 2、指令集應(yīng)滿足哪幾個(gè)基本要求？3、簡(jiǎn)述流水線技術(shù)的特點(diǎn),4、簡(jiǎn)述通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^(guò)程。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1、假設(shè)某應(yīng)用程序中有 4類操作，通過(guò)改進(jìn)，各

17、操作獲得不同的性 能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所7K:（1）改進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？（2）各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（3） 4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少？2、有一條靜態(tài)多功能流水線由5段組成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的時(shí)間為2At,其余各段的時(shí)間均為而且流水線的輸出可以直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)的流水寄存器中。現(xiàn)要在該 流水線上計(jì)算（a ? b ）,畫出其時(shí)空?qǐng)D，并計(jì)算其吞吐率、加速 比和效率。4 ? i?1 ii 加法 乘法 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)期末試卷 a卷參考答案 一、填空題（共 30分，20空，每空1.5分） 1、硬件/固件軟

18、件2、采用系列機(jī) 模擬與仿真3、rm結(jié)構(gòu)rr結(jié)構(gòu)4、ii 5、時(shí)間空間或流水線各段 6、loadalu 7、速度 容量8、直 接組相聯(lián)9、可用性 可信性10、集中式共享存儲(chǔ)器 分布的物理存儲(chǔ)器 二、 判斷題（每小題1分，共10分）1、模擬：是指用軟件的方法在一臺(tái)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)（稱為宿主機(jī)）上 實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)（虛擬機(jī)）的指令集。通常用解釋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2、數(shù)據(jù)表示：機(jī)器硬件能夠直接識(shí)別、指令系統(tǒng)可以直接調(diào)用的那 些結(jié)構(gòu)。確定操作數(shù)表示是軟硬件取舍折衷的問題。3、名相關(guān)：名是指令所訪問的寄存器或存儲(chǔ)器單元的名稱。如果兩 條指令使用相同的名，但是它們之間并沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)，則稱這兩條 指令存在名相關(guān)。

19、4、互連網(wǎng)絡(luò)：互連網(wǎng)絡(luò)是一種由開關(guān)元件按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控 制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中結(jié)點(diǎn)之間的相互連接。5、高可用性機(jī)群：當(dāng)系統(tǒng)某些結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，仍能繼續(xù)對(duì)外提供服 務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)結(jié)點(diǎn)由于軟、硬件故障而失效時(shí)，該結(jié)點(diǎn)上的任 務(wù)將在最短的時(shí)間內(nèi)被遷移到機(jī)群內(nèi)另一個(gè)具有相同功能與結(jié)構(gòu)的 結(jié)點(diǎn)上繼續(xù)執(zhí)行。四、簡(jiǎn)述題（每小題 5分，共20分）1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的flynn分類法是按什么來(lái)分類的？共分為哪幾 類？答：按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性進(jìn)行分類。flynn分類法把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為4類：?jiǎn)沃噶盍鲉螖?shù)據(jù)流（sisd）、單指令流多數(shù)據(jù)流（simd）、多指令流單 數(shù)據(jù)流（misd）、

20、多指令流多數(shù)據(jù)流（mimd）。2、指令集應(yīng)滿足哪幾 個(gè)基本要求？答：對(duì)指令集的基本要求：完整性、規(guī)整性、高效率、兼容性。完整性：在一個(gè)有限可用的存儲(chǔ)空間內(nèi)，對(duì)于任何可解的問題，編 制計(jì)算程序時(shí)，指令集所提供的指令足夠用。規(guī)整性主要包括對(duì)稱 性和均勻性。高效率：指指令的執(zhí)行速度快、使用頻度高。3、簡(jiǎn)述流水線技術(shù)的特點(diǎn)。答：流水線把一個(gè)處理過(guò)程分解為若干個(gè)子過(guò)程（段），每個(gè)子過(guò) 程由一個(gè)專門的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相 等，否則將引起流水線堵塞、斷流.時(shí)間長(zhǎng)的段將成為流水線的瓶頸。流水線每一個(gè)功能部件的后面都要有一個(gè)緩沖寄存器（鎖存器）， 稱為流水寄存器。流水技術(shù)適合大量重復(fù)的時(shí)

21、序過(guò)程，只有在輸入端不斷地提供任務(wù)，才能充分發(fā)揮流水線的效率。流水線需要有通過(guò)時(shí)間和排空時(shí)間。4、簡(jiǎn)述通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^(guò)程。答：在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序，由管理程序生成一 個(gè)通道程序，并啟動(dòng)通道。用戶在目標(biāo)程序中設(shè)置一條廣義指令，通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)的管理程 序來(lái)實(shí)現(xiàn)。管理程序根據(jù)廣義指令提供的參數(shù)來(lái)編制通道程序。通 道處理機(jī)執(zhí)行通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入/輸出工作。通道處理機(jī)執(zhí)行通道程序與cpu執(zhí)行用戶程序是并行的。通道程序結(jié)束后向cpu發(fā)中斷請(qǐng)求。 五、計(jì)算題(10+10分，共20分)1、解：根據(jù)amdahl定律sn?1fe(1?fe)?se可得4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程

22、序的加速比：sn?(1?1?fi)?fisi?2.16其次，畫出完成該計(jì)算的時(shí)空?qǐng)D，如圖所示，圖中陰影部分表示該段在工作。段輸入a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 bd由圖可見，它在18個(gè)At時(shí)間中，給出了 7個(gè)結(jié)果。所以吞吐率為: tp?718?ts?18?t?1.61該流水線的效率可由陰影區(qū)的面積和5個(gè)段總時(shí)空區(qū)的面積的比值求得：e?4?5?3?35?18?0.322【篇三：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)題答案】=txt系別 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)填空題(每空1分).按照弗林（flynn ）分類法，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以分為4類：sisd計(jì)算機(jī)、（simd計(jì)算機(jī)）、（misd計(jì)算機(jī)）和（mimd計(jì)算

23、機(jī)）。.改進(jìn)之后的馮？諾依曼計(jì)算機(jī)的只要特點(diǎn)是 3.當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 的存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，其各層分別為：（通用寄存器，高速 緩存，主存，輔存，脫機(jī)大容量存儲(chǔ)器）。.高速緩沖存儲(chǔ)器的地址映象方式有三種，它們分別是：（全向量 方式，直接相聯(lián)方式，組相聯(lián)方式）。.虛擬存儲(chǔ)器的三種管理方式是（段式管理，頁(yè)式管理和段頁(yè)式管 理）。.目前計(jì)算機(jī)中常用數(shù)據(jù)有（用戶定義數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)和指令數(shù)據(jù)） 三種類型。.通常可能出現(xiàn)的流水線的相關(guān)性有（資源相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)和控制 相關(guān)）。.解決中斷引起的流水線斷流的方法有（不精確斷點(diǎn)法和精確斷點(diǎn) 法）。.目前向量處理機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩種：（存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型和寄存 器寄存

24、器型）。.通用計(jì)算機(jī)基本指令分為 5類，它們分別是：（數(shù)據(jù)傳送類，運(yùn) 算類，程序控制類，輸入輸出類，處理機(jī)控制和調(diào)試類）。.執(zhí)行指令x1=x2+x3 ; x4=x1-x5會(huì)引起（raw）類型的數(shù)據(jù)相 關(guān)，執(zhí)行指令x5=x4*x3 ; x4=x0+x6會(huì)引起（war）類型的數(shù)據(jù)相 關(guān)，執(zhí)行指令x6=x1+x2 ; x6=x4*x5會(huì)引起（waw ）類型的數(shù)據(jù)相 關(guān)。.多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通常出現(xiàn)的 4種通信模式是（單播模式，選 播模式，廣播模式和會(huì)議模式）。.傳統(tǒng)的馮？諾依曼計(jì)算機(jī)是以控制驅(qū)動(dòng)方式工作，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方 式工作的典型計(jì)算機(jī)是（數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)），以需求驅(qū)動(dòng)方式工作的 典型計(jì)算機(jī)是（歸約機(jī)），

25、以模式匹配驅(qū)動(dòng)方式工作的典型計(jì)算機(jī) 是（人工智能計(jì)算機(jī)）。二、名詞解釋（每題2分）.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就是計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序編寫者所 看到的外特性，是硬件子系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)及其功能特性。.系列機(jī)：所謂系列機(jī)是指同一廠家生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但采取了不同的組成和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，形成了不同型號(hào)的多種機(jī)型。.模擬：模擬是指用軟件的方法在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令 系統(tǒng)，被模擬的機(jī)器是不存在的，稱為虛擬機(jī)，執(zhí)行模擬程序的機(jī) 器稱宿主機(jī)。.程序的局部性原理:程序訪問局部性原理說(shuō)明了計(jì)算機(jī)在程序執(zhí)行過(guò)程中呈現(xiàn)出的一種 規(guī)律，即程序往往重復(fù)使用它剛剛使用過(guò)的數(shù)據(jù)和指令。

26、局部性分 為時(shí)間上的局部性和空間上的局部性兩種。所謂時(shí)間局部性是指近 期被訪問的代碼，很可能不久又將再次被訪問；空間局部性是指地 址上相鄰近的代碼可能會(huì)被連續(xù)地訪問。.mips :它表示每秒百萬(wàn)條指令數(shù)。.高速緩沖存儲(chǔ)器：高速緩沖存儲(chǔ)器是存在于主存與 cpu之間的一級(jí)存儲(chǔ)器，由靜態(tài)存 儲(chǔ)芯片（sram ）組成，容量比較小但速度比主存高得多，接近于 cpu的速度。.虛擬存儲(chǔ)器：虛擬存儲(chǔ)器是由主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器組成，通過(guò)必須的軟件和硬 件的支持，使得cpu可以訪問的存儲(chǔ)器具有近似于主存的速度和近 似于輔存的容量。.快表：為了提高地址轉(zhuǎn)換速度，縮短查表時(shí)間，采用一個(gè)小容量的、高速 的相關(guān)存儲(chǔ)部件，

27、用來(lái)存放當(dāng)前最經(jīng)常用到的那一部分頁(yè)表，采取 按內(nèi)容相聯(lián)方式進(jìn)行訪問。這樣，查頁(yè)表的時(shí)間就相當(dāng)于訪問小容 量的相關(guān)存儲(chǔ)器的時(shí)間，從而大大地提高了速度，這個(gè)小容量相關(guān) 存儲(chǔ)器稱為快表。.程序定位：把一個(gè)程序交給處理機(jī)運(yùn)行，必須首先把這個(gè)程序的指令和數(shù)據(jù)裝 入到主存儲(chǔ)器中。一般情況下，程序所分配到的主存物理空間與程 序本身的邏輯地址空間是不同的，把指令和數(shù)據(jù)中的邏輯地址（相對(duì)地址）轉(zhuǎn)變成主存物理地址（絕對(duì)地址）的過(guò)程稱為程序定位o.延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)：為了使指令流水線不斷流，在轉(zhuǎn)移指令之后插入一條不相關(guān)的有效的指令，而轉(zhuǎn)移指令被延遲執(zhí)行，這種技術(shù)稱為延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)。.窗口重疊技術(shù)：為了能更簡(jiǎn)單、更直接地實(shí)現(xiàn)

28、過(guò)程與過(guò)程之間的參數(shù)傳遞，大多數(shù) rise機(jī)器的cpu中都設(shè)置有數(shù)量較大的寄存器組，讓每個(gè)過(guò)程使用 一個(gè)有限數(shù)量的寄存器窗口，并讓各個(gè)過(guò)程的寄存器窗口部分重疊， 這就是窗口重疊技術(shù)。.流水線技術(shù)：把一個(gè)重復(fù)的時(shí)序過(guò)程分成若干個(gè)子過(guò)程，每個(gè)子過(guò)程都可以有效 地在其專用功能段上和其他子過(guò)程同時(shí)執(zhí)行的一種技術(shù)，稱為流水 線技術(shù)。.動(dòng)態(tài)流水線：動(dòng)態(tài)流水線在同一時(shí)間內(nèi)允許按多種不同運(yùn)算的聯(lián)結(jié)方式工作。.靜態(tài)流水線：靜態(tài)流水線在同一時(shí)間內(nèi)只能按一種運(yùn)算的聯(lián)結(jié)方式工作。.線性流水線：線性流水線中，從輸入到輸出，每個(gè)功能段只允許經(jīng)過(guò)一次，不存 在反饋回路。.非線性流水線：非線性流水線存在反饋回路，從輸入到輸出

29、過(guò)程中，某些功能段將數(shù)次通過(guò)流水線，這種流水線適合于進(jìn)行線性遞歸的運(yùn)算。.流水線的吞吐率：流水線單位時(shí)間完成的任務(wù)數(shù)。.超流水線計(jì)算機(jī)：超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)是把每一個(gè)流水線 （一個(gè)周期）分成多個(gè)（例如3個(gè)）子 流水線，而在每一個(gè)子流水線中取出的仍只有一條指令，但總的來(lái) 看，在一個(gè)周期內(nèi)取出了三條指令。即在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)能夠分時(shí) 發(fā)射多條指令的處理機(jī)。19,向量的分段開采技術(shù)：當(dāng)向量的長(zhǎng)度大于向量寄存器的長(zhǎng)度時(shí)，必須把長(zhǎng)向量分成長(zhǎng)度固 定的段，采用循環(huán)結(jié)構(gòu)處理這個(gè)長(zhǎng)向量，這種技術(shù)稱為向量循環(huán)開 采技術(shù)，也稱為向量分段開采技術(shù)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分）1,什么是存儲(chǔ)系統(tǒng)？答：存儲(chǔ)系統(tǒng)是兩個(gè)或兩個(gè)以上的速度

30、、容量、價(jià)格不同的存儲(chǔ)器采用硬件，軟件或軟、硬件結(jié)合的辦法聯(lián)結(jié)成一個(gè)系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)象一個(gè)存儲(chǔ)器，其速度接近其中最快的一個(gè)，容量接近其中最大的一個(gè)，價(jià)格接近其中最便宜的一個(gè)。.簡(jiǎn)述全相聯(lián)映象規(guī)則。答：(1)主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。(2)主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。.簡(jiǎn)述直接相聯(lián)映象規(guī)則。答：(1)主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。(2)主存容量應(yīng)是緩存容量的整數(shù)倍，將主存空間按緩存的容量分 成區(qū)，主存中每一區(qū)的塊數(shù)與緩存的總塊數(shù)相等。(3)主存中某區(qū)的一塊存入緩存時(shí)只能存入緩存中塊號(hào)相同的位置。.引起cache與主存內(nèi)容不一致的原因是什么？為了保持cache的一

31、致性，在單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一般采取哪些措施？答：不一致的原因：(1)由于cpu寫cache ,沒有立即寫主存(2)由于i/o處理機(jī)或i/o設(shè)備寫主存采取措施：(1)全寫法，亦稱寫直達(dá)法 (wt法一write through)方法：在對(duì)cache進(jìn)行寫操作的同時(shí)，也對(duì)主存該內(nèi)容進(jìn)行寫入。(2)寫回法(wb 法一write back )方法：在cpu執(zhí)行寫操作時(shí)，只寫入cache,不寫入主存。.影響虛擬存儲(chǔ)器命中率的因素有哪些？它們是如何影響的？答：(1)頁(yè)面大小：當(dāng)頁(yè)面比較小時(shí)，隨著頁(yè)面的增大，命中率明顯提 高，但當(dāng)頁(yè)面增大到一定值時(shí)，命中率不再增大，而隨著頁(yè)面的增 大而下降。(2)主存容量：當(dāng)主存

32、容量增加時(shí)，命中率不斷提高；當(dāng)容量增大 到一定程度后，命中率的提高就不大了。(3)頁(yè)面調(diào)度方式：頁(yè)面的調(diào)度都是發(fā)生在產(chǎn)生缺頁(yè)中斷時(shí)進(jìn)行， 因此在程序剛開始運(yùn)行時(shí)命中率很低，為此可以采用預(yù)取式調(diào)度法， 提高命中率。.模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場(chǎng)合是什么？答：模擬是指用軟件的方法在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的 指令系統(tǒng)，被模擬的機(jī)器是不存在的，稱為虛擬機(jī)，執(zhí)行模擬程序的機(jī)器稱宿主機(jī)。由于模擬采用純軟件解釋執(zhí)行方法，因此運(yùn)行速 度較慢，實(shí)時(shí)性差。因此只適合于移植運(yùn)行時(shí)間短，使用次數(shù)少， 而且在時(shí)間上沒有約束和限制的軟件。.什么是程序直接定位方式？什么是程序靜態(tài)定位方式？答：(1)直接定位方式 程

33、序員在編寫程序時(shí)或編譯程序?qū)υ闯绦蜻M(jìn) 行編譯時(shí)，就已經(jīng)確切知道該程序應(yīng)占用的主存物理空間。因此可 以直接使用實(shí)際主存物理地址來(lái)編寫或編譯程序。目前大多不用這 種方式。(2)靜態(tài)定位方式 專門用裝入程序來(lái)完成并要求程序本身可以重定 位。在程序裝入主存的過(guò)程中，把那些帶有標(biāo)識(shí)的指令或數(shù)據(jù)中的 邏輯地址全部變成主存的物理地址，集中一次完成地址變換，一旦 裝入主存就不能再變動(dòng)了。8,什么是程序動(dòng)態(tài)定位方式？答：動(dòng)態(tài)定位方式是利用類似變址尋址方法，有硬件支持完成。程 序裝入主存時(shí)，指令或數(shù)據(jù)地址不作修改，只把主存的起始地址裝 入該程序?qū)?yīng)的基址寄存器中。在程序運(yùn)行時(shí)，利用地址加法器， 指令中的邏輯地址與

34、已經(jīng)存放在基址寄存器中的程序起始地址相加， 就形成了主存的物理地址。指令的地址碼不需全部修改。.什么是指令的重疊解釋方式？重疊解釋方式有哪三種？答：所謂重疊解釋方式，即是在兩條相鄰指令的解釋過(guò)程中，某些 不同解釋階段在時(shí)間上存在重疊部分。重疊解釋方式分三種：一次 重疊、先行控制技術(shù)和多操作部件并行。.什么是數(shù)據(jù)相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)沖突可分為哪三種類型？答：數(shù)據(jù)相關(guān)是在幾條相近的指令間共用相同的操作數(shù)時(shí)發(fā)生的。例如，指令部件中的某一條指令在進(jìn)行操作數(shù)地址計(jì)算時(shí)要用到一 個(gè)通用寄存器的內(nèi)容，而這個(gè)通用寄存器的內(nèi)容又要由這條指令前 的另一條指令產(chǎn)生，但前面那條指令還未進(jìn)入執(zhí)行部件，還未產(chǎn)生 通用寄存器的內(nèi)容，這時(shí)指令部件中的那條指令只能停下來(lái)等待。 數(shù)據(jù)相關(guān)沖突可分為raw、war和waw三種類型。.如有一個(gè)經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)，可以按功能劃分成4級(jí)。每一級(jí)為了執(zhí)行一條指令需要下一級(jí)的 n條指令解釋。若執(zhí)行第一級(jí)的 一條指令需k