1、 计算机系统结构一. 填空题 (30 分，每题 1 分)1、从（使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。 2、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统机构）。 它是（软件/硬件（固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统）的抽象。 3. 主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）。4. 费林按指令流和数据流的多倍性把计算机系统分成（ SISD ），（ SIMD ），（ MISD ）和（ MIMD ）四大类。传统的单处理机属于
2、（ SISD ），紧密耦合和松散耦合多处理机属于（ MIMD ）, 阵列处理机和相联处理机属于（ SIMD ） 。5. 寻址方式指的是指令按什么方式寻找( 或访问)到所需的操作数或信息的，具有分别面向( 主存 )、 ( 寄存器 )和堆栈的寻址方式。6. 根据所用的存储映象算法，虚拟存储器管理方式主要有段式、( 页式 )和( 段页式 )三种。7. 基本输入输出方式有 （程序控制输入输出方式），（ 中断输入输出方式 ），（ DMA 方式 ），（ 通道输入输出方式），( 外围处理机方式) 五种。8. 在同一器件技术水平上，进一步提高计算机系统性能的有效途径是（开发并行性 ）。9. 从计算机信息加工的
3、步骤和阶段的并行性看，并行性等级可分为（ 存储器操作并行），（处理机操作步骤并行），（处理机操作并行）和（作业或程序之间 ）。二 . 选择题(20 分，每题 2 分)1. 计算机系统结构设计者所关心的是_所看到的的计算机结构。A)硬件设计人员 B)逻辑设计人员C)机器语言或汇编语言程序员 D)高级语言程序员2 .在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意_ 。A)加快经常性使用指令的执行速度B)要特别精心设计少量功能强大的指令C)要减少在数量上占很小比例的指令的条数D)要加快少量指令的速度3 . 重叠寄存器技术主要用于解决在 RISC 系统中因_而导致的问题。A)JMP 指令影响流水线B)
4、CALL 指令的现场保护C)只有 LOAD 和 STORE 指令带来的访问存储器不便D)存储器访问速度4 .为使流水计算机运行效率高_A)各过程段时间要不同 B)连续处理的任务类型应该不同C)连续处理的任务类型应该相同 D)连续处理的任务数尽可能少5 .不属于堆栈型替换算法的是_ 。A)近期最少使用法 B)近期最久未用法C)先进先出法 D)页面失效频率法6 .与全相联映象相比，组相联映象的优点是_。A)目录表小 B)块冲突概率低 C)命中率高 D)主存利用率高7.流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决办法有_。A)用优化编译器检测，通过指令重新排序的办法B)数据重定向技术C)延迟转移技术D)加
5、快和提前形成条件码8 . 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用_。A)多级立方体网络 B)多级 PM2I 网络C)多级混洗交换网络 D)上述任何网络9 .超标量处理机_A)在一个时钟周期内分时发射多条指令 B)只有一个操作部件C)在一个时钟周期内同时发射多条指令 D)只有一个取指部件10. 流水线的技术指标不包括_A)响应比 B)吞吐率 C)加速比 D)效率三. 简要回答(20 分，每题 5 分) ：1. 简要比较 CISC 机器和 RISC 机器各自的结构特点，它们分别存在哪些不足和问题?CISC 结构特点：机器指令系统庞大复杂。 RISC 结构特点：机器指令系统简单，规模小，复杂度低。
6、CISC 的问题： (1)指令系统庞大，一般 200 条以上； (2)指令操作繁杂，执行速度很低； (3)难以优化生成高效机器语言程序，编译也太长，太复杂； (4)由于指令系统庞大，指令的使用频度不高，降低系统性能价格比，增加设计人员负担。RISC 的问题； (1)由于指令少，在原 CISC 上一条指令完成的功能现在需多条 RISC 指令才能完成，加重汇 编语言程序设计负担，增加了机器语言程序长度，加大指令信息流量。 (2)对浮点运算和虚拟存储支持不很强。 (3)RISC 编译程序比 CISC 难写。 由于 RISC 和 CISC 各有优缺点, 在设计时，应向着两者结合，取长补短方向发展。 考
7、试大收集整理2. 若机器共有 5 级中断,中断响应优先次序为 12345,现要求其实际的中断处理次求序 1453 2。设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位(令 “0”对应于开放，“1”对应于屏蔽) D1 D2 D3 D4 D5D1 1 1 1 1 1D2 0 1 0 0 0D3 0 1 1 0 0D4 0 1 1 1 1D5 0 1 1 0 13. 某计算机的时钟频率为 400MHZ,测试该计算机的程序使用 4 种类型的指令，每种指令的数量及所需指令时钟数（CPI）如下表所示，则该计算机指令的平均时钟数 CPI 为多少？该计算机的运算速度约为多少 MIPS?CPI=1*16/23+2*3/23+
8、4*2.4/23+8*1.6/23=1.93MIPS=f/(CPI*106)=400/1.93=207.254. 若每一条指令都可以分解为取指、分析和执行三步。己知取指时间 t 取指4 t ，分析时间 t 分析3t，执行时间 t 执行5t。如果按串行方式执行完 100 条指令需要 （ 1200）多少t。如果按照流水方式执行，执行完100 条指令需要 多少 t。t1=(4+3+5)*100=1200;t2=3+4+100*5=507三 综合应用题( 本大题共 3 小题，每小题 10 分，共 30 分)1.假设某机器共有 8 条指令(I1-I8)，使用频度如下表所示：指令 使用频度 piI1 0.
9、30I2 0.10I3 0.25I4 0.15I5 0.05I6 0.04I7 0.01I8 0.10要求：(1)构造哈夫曼(Huffman) 树；(2)列表写出操作码的哈夫曼编码和只有两种码长的扩展操作码；(3)分别计算使用哈夫曼编码和只有两种码长的扩展操作码的平均码长。2.有一个 Cache -主存存储层次，主存共 8 个块(07)，Cache 有 4 个块(03)，采用组相联映象，组内块数为 2 块，替换算法为 LRU 算法。(1)画出主存、Cache 空间块的映象对应关系示意图；(2)对于如下主存块地址流： 0、3、5、7、0、1、3、2、7、0、6 、4，画出Cache 内各块的实际替换过程图，并计算此期间的 Cache 命中率 Hc。3、一个 4 段流水线，如下图所示： S1S2S3S4其中，段 S1 和 S3 的执行时间均为 2t ,段 S2 和 S4 的执行时间均为 1t ， t =100ns。（1）分别使用公式和时空图求连续流入 4 条指令的实际吞吐率和效率。（2）若瓶颈段 S1 可使用细分方法改造（S11，S12 执行时间均为 1t），瓶颈段 S3 可使用并联方法改造（S31，S32 各自的 2t 可同时执行），对改造后的流水线，分别使用公式和时空图求连续流入 4 条指令的实际吞吐率和效率
