10届夜大体结期中测验(带答案)(306人2012年4月专升本)

12010夜大专升本期中考试试题(2012/04)《计算机体系结构》姓名：序号：成绩：注意事项：1、本试卷满分100分，考试时间120分钟；2、请在原题空白处作答。请不要拆开装订。题号一二三.1三.2三.3三.4三.5总分得分一．单项选择题：在下列各题的4个备选答案中，只有1个答案是正确的，请把正确的答案的标号（A~D）填入题后的括号内。（每小题分，共分）1.2002年以来，计算机性能的年增涨率由原来的50%以上下降为20%。这导致对多核微处理器的研究开发。这标志着体系结构的重大转折。其原因是：（A）A．单核的功耗太大；可开发的指令级并行性已经很少；访存速度提高缓慢。B．微电子技术工艺限制了更大规模集成电路的制成。C．单核微处理器的性能已经开发到了极限D．多核处理器能占领更大的市场2.BISC执行程序的速度比CISC快的原因是（C）。A.RISC的指令系统的指令数较少B.程序在RISC上编译生成的目标程序较短C.RISC的指令平均周期较少D.RISC只允许Load指令和Store指令访存3.计算机系统结构指的是（A）A．计算机系统中各机器级之间界面的划分和界面上下功能的分配B.程序员所看到硬件和插件在机器中的安排C.机器能够识别的各种数据表示D.计算机系统中各部分的组成和实现4.计算机系统层次结构中，从低层到高层，各层相对顺序正确的是（B）。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5.从执行程序的角度看，并行性的等级从高到低为：(B)A．指令内部并行；指令级并行；线程级并行；任务级并行；作业级并行。B．作业级并行；任务级并行；线程级并行；指令级并行；指令内部并行。C．指令内部并行；任务级并行；指令级并行；线程级并行；作业级并行。D．指令内部并行；线程级并行；指令级并行；任务级并行；作业级并行。6.两个指令集相比，平均指令长度小的,其冗余位(A)A.小B.大C.可大可小D.二者无关7．静态流水线是指（B）。A．功能不能改变的流水线B．用一时间内只能完成一串相同运算的多功能流水线2C．可同时执行多种功能的流水线D．各段之间的连接固定不变的流水线8．利用时间重叠实现并行处理的是（A）。A．流水线处理机B.多处理机C．微处理机D.功能专用处理机9．把流水线分为线性流水线和非线性流水线的依据是（B）。A．流水线的级别B.流水线中是否有反馈回路C．流水线所完成的处理D.流水线各段之间的连接方式10．在各种寻址方式中使用频率最高的是(A)A.立即寻址和偏移寻址B.立即寻址和寄存器间接寻址C.偏移寻址和寄存器间接寻址D.偏移寻址和存储器间接寻址11.在各种控制指令中使用频率最高的是(D)A.调用/返回指令B.跳转指令C.无条件分支D.条件分支12.数据表示的含义是(C)A.数据采用的数制和码制B.数据类型C.硬件能直接识别的数据类型D.数据的表示方式13.与线性流水线最大吞吐率有关的是(B)A.最快子过程的执行时间B.最慢子过程的执行时间C.最先进入流水线的子过程的执行时间D.最后进入流水线的子过程的执行时间二．填空题：（每小题分，共分）1.Amdahl提出的计算机体系结构定义:计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构和功能特性。该定义指的是传统机器级的体系结构，即传统机器级语言程序员所看到计算机的属性。2.根据操作数存储地址的不同。把指令集分成1.堆栈型指令集2.累加器型指令集和3.通用寄存器型指令集。3.提高并行性的途经，就其基本思想而言可以归纳为时间重叠﹑资源重复﹑资源共享三种。4.计算机体系结构设计和评测的4条基本原则是：a)大概率事件优先；b)Amdahl定律；c)程序的局部性原理；d)CPU性能公式。5.决定CPU性能的因素是CPI﹑IC和f。6.衡量流水线性能的参数是吞吐率﹑加速比和效率。7.消除流水线瓶颈的方法有部件功能细分﹑重复设置功能部件等。8.流水线中指令重叠执行，当硬件资源满足不了指令重叠执行的要求时,发生结构冲突，结构冲突可以用相互独立的指令和数据存储器和独立的指令和数据Cache、多体交叉存储器等方法解决。考虑到硬件成本和结构冲突并不是经常发生，设计者却会保留流水线中的结构相关。9.数据相关分为RAW﹑WAR和WAW由于RAW的两条指令之间有数据传输称RAW为（真）数据相关。而称WAR为反相关，WAW为输出相关。10.当流水线中出现分支指令或其他会改变PC值的指令时就会发生控制相3关。解决控制相关的方法有冻结/排空、预测成功/失败和延迟槽等11．CISC与RISC指令集结构设计的目的都是提高计算机的性能,但采取的途经不同。CISC是强化指令功能，实现软件功能向硬件功能的转化；RISC是尽可能降低指令集的复杂性，达到简化实现，提高性能的目的。12．指令集结构优化设计的目标是用最短的二进制位数表示指令的操作信息和地址信息，使指令的平均字长最短其优化设计的评价标准是平均指令长最短、冗余位最小。13.用向量长度不受限制的向量处理机指令处理程序:for(i=0;i=100;i++){d[i]=a[i]﹡(b[i]+c[i]);}则向量指令间有1次数据相关和2次功能切换。14．若用向量长度为15的向量处理机指令处理13题的程序，则向量指令间共有7次数据相关，有14次功能切换。15．在下列指令序列中LWR1，0（R2）SUBR4，R1，R5ANDR6，R1，R7ORR8，R1，R9因为LW指令要到4个周期末尾才能把数据写到寄存器R1中去，而SUB指令在第4个周期的开始就需要这个数据了，所以定向技术不能解决上述指令序列中LW和SUB两条指令之间关于寄存器R1的数据相关。三．计算题1．（分）对于一台1GHz计算机执行标准测试程序，程序中指令类型，数量和每条指令改进前后的平均时钟周期数如下表所列：指令类型指令数ICi改进前的CPIi改进后的CPIi整数运算40，00021数据传送70，000102浮点运算8，0002015条件转移2，00064计算（1）整数指令单独改进，程序获得的加速比；（2）各类指令同时改进，程序获得的加速比。解：（1）S=（40*2+70*10+8*20+2*6）÷(40*1+70*10+8*20+2*6)=952/912=1.044(2)S=(40*2+70*10+8*20+2*6)÷(40*1+70*2+8*15+2*4)=952/308=3.091答：（1）S=1.044（2）S=3.09142．（分）设一台计算机的I/O系统处理时间占10%。当其CPU性能分别提高10倍和100倍，I/O性能保持不变时，系统性能会有什么变化？你认为这个计算结果验证了Amdahl定律的什么推论？解：S10=1/{1—90%+（90%/10)}=1/{10%+9%}=1/19%≈5S100=1/{1---90%+(90%/100)}=1/{10%+0.9%}=1/10.9%≈10答：Amdahl定律的三个推论：3.（分）在某个流水线处理器上运行一个程序，程序中的每条指令都分五段流水，对分支指令做最简单的处理，即“一旦检测到某条指令是分支指令，就暂停执行其后的所有指令，直到该分支指令到达流水线的MEM段，确定了分支是否成功和新的PC值为止。”（假设理想流水线的CPI=1，），其运行时间比非流水运行快1倍，问原程序中分支指令在程序源代码中所占的比例是多少？解：方法一：S=1/{1-Fe+（Fe/Se）}运行时间比非流水运行快一倍，则S=2.而Se1=5;Se2=5/(1+3)=5/4;所以：2=1/{(1-Fe)/5+(Fe/(5/1+3))}2=1/{(1-Fe)/5+4Fe/5}2=1/{(1+3Fe)/5}(1+3Fe)/5=1/21+3Fe=2.5Fe=50%方法二：因为非流水时CPI=5,快一倍则CPI=2.5所以有：2.5=（1－Fe）×1＋Fe×(1＋3)2.5=1＋3Fe;1.5=3Fe;Fe=0.5答：原程序中分支指令在程序源代码占50%。54.（分）某一指令流水线由4段组成，各段执行时间分别为100ns﹑100ns﹑200ns﹑400ns.(1)连续向该流水线输入20条指令,计算其实际吞吐率,最大吞吐率和效率。(2)请用3种不同方法消除该流水线的瓶颈,计算它们的实际吞吐率,最大吞吐率和效率。解：5．1）指出下列指令间的相关类型。2）写出消除其中的WAR冲突和WAW冲突的指令序列。DIV.DF0,F2,F4ADD.DF6,F10,F8S.DF6,0(R1)SUB.DF8,F10,F14MUL.DF6,F10,F8答：2)ADD.D和MUL.D指令之间存在一个关于F6的输出相关，这个相关可能导致一个WAW冲突；ADD.D和SUD.D指令之间存在一个关于F8的反相关，这可能导致一个WAR冲突。消除这两类冲突的指令序列为：DIV.DF0,F2,F4ADD.DS,F10,F8S.DS,0(R1)SUB.DT,F10,F14MUL.DF6,F10,T6