计算机体系结构试题和答案

计算机体系结构

什么是存储系统？对于一个由两个存储器M1和M2构成的存储系统，设M1的命中率为h，两个存储系统的存储容量分别为s1和s2，访问速度分别为t1和t2，每千字节的价格分别为c1和c2。

在什么条件下，整个存储系统的每千字节的平均价格会接近于c2？ 写出这个存储系统的等效访问时间ta的表达式。

假设存储系统的访问效率e=t1/ta，两个存储系统的速度比r=t2/t1。试以速度比r和命中率h来表示访问效率e。

如果r=100，为了使访问效率e>0.95,要求命中率h是多少？

对于上一问所要求的命中率实际上很难达到。假设实际的命中率只能达到0.96。现在用一种缓冲技术解决这个问题。当访问M1不命中时，把包括被访问数据在内的一个数据块都从M2中取到M1中，并假设被取到M1中的每个数据平均可以被重复访问5次。请设计缓冲深度（即每次从M2中取到M1中的数据块的大小）

答：

两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个系统。这个系统对应用程序员透明，并且，从应用程序员看，它是一个存储器，这个存储器的速度接近速度最快的那个存储器，存储容量与容量最大的那个存储器相等，单位容量的价格接近最便宜的

计算机系统结构

姓名： 学号：

一、简答题（每小题10分，共20分）

1． 简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。

2． 从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。

二、（60分）现有如下表达式：

Y ＝ a × X

其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，

X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。

1．请写出实现该表达式的MIPS代码。

2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS代码（非流水化实现）的执行时间。

3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。

4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响

计算机体系结构

什么是存储系统？对于一个由两个存储器M1和M2构成的存储系统，设M1的命中率为h，两个存储系统的存储容量分别为s1和s2，访问速度分别为t1和t2，每千字节的价格分别为c1和c2。

在什么条件下，整个存储系统的每千字节的平均价格会接近于c2？ 写出这个存储系统的等效访问时间ta的表达式。

假设存储系统的访问效率e=t1/ta，两个存储系统的速度比r=t2/t1。试以速度比r和命中率h来表示访问效率e。

如果r=100，为了使访问效率e>0.95,要求命中率h是多少？

对于上一问所要求的命中率实际上很难达到。假设实际的命中率只能达到0.96。现在用一种缓冲技术解决这个问题。当访问M1不命中时，把包括被访问数据在内的一个数据块都从M2中取到M1中，并假设被取到M1中的每个数据平均可以被重复访问5次。请设计缓冲深度（即每次从M2中取到M1中的数据块的大小）

答：

两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个系统。这个系统对应用程序员透明，并且，从应用程序员看，它是一个存储器，这个存储器的速度接近速度最快的那个存储器，存储容量与容量最大的那个存储器相等，单位容量的价格接近最便宜的

计算机体系结构

什么是存储系统？对于一个由两个存储器M1和M2构成的存储系统，设M1的命中率为h，两个存储系统的存储容量分别为s1和s2，访问速度分别为t1和t2，每千字节的价格分别为c1和c2。

在什么条件下，整个存储系统的每千字节的平均价格会接近于c2？ 写出这个存储系统的等效访问时间ta的表达式。

假设存储系统的访问效率e=t1/ta，两个存储系统的速度比r=t2/t1。试以速度比r和命中率h来表示访问效率e。

如果r=100，为了使访问效率e>0.95,要求命中率h是多少？

对于上一问所要求的命中率实际上很难达到。假设实际的命中率只能达到0.96。现在用一种缓冲技术解决这个问题。当访问M1不命中时，把包括被访问数据在内的一个数据块都从M2中取到M1中，并假设被取到M1中的每个数据平均可以被重复访问5次。请设计缓冲深度（即每次从M2中取到M1中的数据块的大小）

答：

两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个系统。这个系统对应用程序员透明，并且，从应用程序员看，它是一个存储器，这个存储器的速度接近速度最快的那个存储器，存储容量与容量最大的那个存储器相等，单位容量的价格接近最便宜的

高 级 计 算 机 体 系 结 构

题目: 计算机体系结构的发展史

2015年12月

计算机体系结构的发展史

摘要

本文回顾了计算机体系的发展历程，并分析了计算机体系的发展和技术研究的关键: Cell和多核等新型处理结构和可重构计算技术。提出了新的计算机体系结构，为计算机研究和应用提供参考。

关键词： 计算机体系 微处理器 多处理器 可重构 多核

目录

引言................................................................ 1 计算机体系的发展历程................................................ 1 Cell和多核等新型处理器结构带来新的方向 ............................. 3 可重构技术与多核技术的融合.......................................... 6

引言

现代计算机的发展历程可以分为2个时代：串行计算时代和并行计算时代。

并行计算是在串行计算的基础上，由一组处理单元组成，处理单元彼此通过相互之间的通信与协作，共同高速完成一项大规模的计算任务。而每

1.名词解释（每个3分，共15分）

多级层次结构----按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为微程序机器级、传统机器语言机器级、操作系统机器级、汇编语言机器级、高级语言机器级、应用语言机器级等。

解释----对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。

翻译----先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

透明性----在计算机技术中，把本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

Amdahl定律----当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

模拟----用软件的方法在一台现有的计算机（称为宿主机host）上实现另一台计算机（称为虚拟机）的指令系统。

仿真----用一台现有计算机（称为宿主机）上的微程序去解释实现另一台计算机（称为目标机）的指令系统。

指令系统的完整性----

计算机系统结构

姓名： 学号：

一、简答题（每小题10分，共20分）

1． 简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。

2． 从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。

二、（60分）现有如下表达式：

Y ＝ a × X

其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，

X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。

1．请写出实现该表达式的MIPS代码。

2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS代码（非流水化实现）的执行时间。

3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。

4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响

第1章 计算机系统结构的基本概念

1.1 解释下列术语

层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。

翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。

计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 透明性：在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现：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，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

系统加速比：对系统中某部分进行改进

计算机系统结构

姓名： 学号：

一、简答题（每小题10分，共20分）

1． 简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。

2． 从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。

二、（60分）现有如下表达式：

Y ＝ a × X

其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，

X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。

1．请写出实现该表达式的MIPS代码。

2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS代码（非流水化实现）的执行时间。

3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。

4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响

计算机体系结构论文

论文题目：计算机系统结构中多处理机技术 姓名： 班级： 学号：

XXX XXX XXXX

摘要：多处理机是指能同时执行多个进程的计算机系统.多处理机通过共享的主存或输入/

输出子系统或高速通信网络进行通信。利用多台处理机进行多任务处理，协同求解一个大 而复杂的问题来提高速度，或者依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用行。该文介绍了微处理器的发展、多处理机的总线以及处理机系统中通信和存储技术的发展和两种特殊的多处理机系统结构，以及现今几种典型的并行计算机体系结构及处理机分配与调度策略。而本篇论文主要根据所阅读的文章进行扩展延伸，主要介绍了多处理机技术，它的总线以及分配调度方面。

关键字：多处理机；体系结构；总线；调度

引言：

微电子技术和封装技术的进步，使得高性能的VLSI微处理器得以大批量生产，性能价格比不断合理，这为并行多处理机的发 展奠定了重要的物质基础。计算机系统性能增长的根本因素有两个：一个是微电子技术，另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来，人们先后采用了先行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以 及支持