二、填空（每空1分，共20分)

1. 设计I/O系统的三个标准是（ ）（ ）、和（ ）。 2. 存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的（ ）。

3. 相联度越高，（ ）失效就越少；（ ）失效不受Cache容量的影响，但（ ）失效却随着容量的增加而减少。

4. 在虚拟存储器中，一般采用（ ）地址映象方法和（ ）更新策略。

5. 计算机系统中提高并行性的技术途径有（ ）、（ ）和（ ）三种。在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是（ ）。

6. 在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（ ）相关,否则就有可能出现（ ）、（ ）和（ ）相关。

7. 对向量的处理有（ ）方式、（ ）方式、（ ）方式。

三、简答题（每题6分，共24分）

1. 任写出三种Cache的优化技术，并简述其基本思想。 2. 在指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？

3. 数据相关有哪几种类型？解决数据相关有哪些主要方法？ 4. 试以系列机为例，说明计算机体系结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。

四、计算题

1. 给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。由计算结果能得出什么结论？

（1） 理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2 ns，平均每条指令访存1.4次。

（2） 两者Cache容量均为128 KB，块大小都是32字节。

（3） 组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10%。 （4） 这两种Cache的失效开销都是80 ns。 （5） 命中时间为1个时钟周期。

（6） 128 KB直接映象Cache的失效率为1.0%，128 KB两路组相联Cache的失效率为0.7%。（15分）

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2. 计算机系统字长64位，包含三个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接了两台磁盘机和三台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机、10台终端，假定各设备的传输率如下：磁盘机：600 KBps，磁带机：200 KBps，行打机：6.6 KBps，读卡机：1.2 KBps，终 端：1 KBps。计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。（6分）

3. 某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。（5分）

4. 动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图所示：

s1s2s3s4s5s6

其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s6为△t，s2、s5为2△t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中i＝1..4，∏为连乘符号）

（1）画出其处理过程的时空图。 （2）计算其实际的吞吐率和效率。（15分）

2003~2004学年度第 2学期《计算机系统结构》试题 A答案

一、填空题：（）

1． 由软件实现的机器称为虚拟机器；由硬件和微程序（固件）实现

的机器称为实际机器。

2． 软件和硬件在逻辑上是等效的。

6

3． 由于软、硬件紧密相关，软硬界面常常是模糊不清的。

4． 计算机组成设计主要是围绕：1.提高速度，2.提高操作的并行度、

重叠流水，3.分散功能，4.设置专用功能部件来进行。 5． 具有相同“系统结构”（如指令系统相同）的计算机可以因为速度

要求等因素的不同而采用不同的组成。

6． 一种“计算机组成”可以采用多种不同的“计算机实现”。 7． “计算机组成”反过来也会影响“系统结构”。

8． 计算机系统结构设计的主要任务是：进行软、硬件的功能分配。 9． 计算机系统设计，从多级层次结构出发，可以分为：由上往下、

由下往上和从中间开始三种不同的设计思路。

10．计算机应用可以归纳为向上升级的四类它们分别是： （1） 数据处理（Data Processing）。

（2） 信息处理（Information Processing）。 （3） 知识处理（Knowledge Processing）。 （4） 智能处理（Intelligence Processing）。

二、简答题：

1 ．计算机实现（Computer Implementation）？:是指计算机组成的物理实现，包括：处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

2 ．计算机组成（Computer Organization）？:是指计算机系统结构的逻辑实现，包括：机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

3． 软件的可移植性？是指软件不用修改或只需经少量加工就能由一台机器搬到另一台机器上运行，即同一软件可以不同的系统环境。

4． 向上（下）兼容？：是指按某档机器编制的软件，不加修改就能运行于比它高（低）档的机器上。

5． 向前（后）兼容？：指的是，在按某个时期投入市场的该型号机器上编制的软件，不加修改就能运行在它之前（后）投入市场的机器上。

6． 兼容机（Compatible Machine）？：具有同一系统结构的计算机称为~。采用兼容机的思想与采用系列机的思想实际上是一致的。

7．模拟（Simulation）：用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为~。

8．仿真（Emulation）：用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法称为~。

9．现场片：使用户可根据需要改变器件内部的功能或内容，以适应结构和组成变化的需要。

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10．全用户片：完全按用户要求设计的用户片称为全用户片。

三、简述题：

1． 算机系统结构研究的是什么？

答：软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。

2． 计算机组成设计要解决的问题是什么？

答：在所希望能达到的性能和价格比的前提下，怎样最佳、最合理地把各种设备和部件组织成为一台计算机，以实现所确定的系统结构。

3．器件的发展对系统结构的影响？

（1）器件的发展改变了逻辑设计的传统方法。

（2）器件的发展也使系统结构的“下移”速度加快。 （3）器件的发展还促进了算法、语言和软件的发展。

4.什么是并行性？只要在同一时刻或是在同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，它们在时间上能相互重叠，都体现了并行性。

5.CISC指令系统的含义?

复杂指令系统计算机，即机器指令系统变得越来越庞杂，这就是所谓的CISC指令系统。

6.什么是页式存贮管理？

页式存贮管理是把主存空间和程序空间都机械地等分成固定大小的页，按页顺序编号。（页面大小随机器而异，一般在512到几KB）。

7.什么是向量流水处理机？

向量流水处理机是将向量数据表示和流水线技术结合在一起，构成向量流水处理机，简称向量流水处理机。

8.什么是相联处理机？

相联处理机是以相联存贮器为核心，配上必要的中央处理部件、指令存贮器、控制器和I/O接口，就构成一台以存贮器操作并行为特点的相联处理机。

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