河北大學2007年计算机体系结构A.docVIP

河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷 2006 —2007 学年第 二 学期 2004 级 计科、专升本、网络工程 专业（类） 考核科目 计算机体系结构 课程类别 必修课 考核类型 考试 考核方式 闭卷 卷别 A （注：考生务必将答案写在答题纸上，写在本试卷上的无效） 一、填空题：（每空1分，共20分） 引起多处理机的Cache数据不一致的原因有共享可写数据、 ① 和 ② 。 计算机系统中提高并行性的技术途径有 ③ 、 ④ 和资源共享三种。在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是 ⑤ 这个途径，它的实现基础是 ⑥ 。 解决流水线结构相关的方法有 ⑦ 、 ⑧ 和暂停流水线。 两条向量指令能够链接的必要条件是它们之间存在 ⑨ 相关。 大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为 ⑩ 的两路组相联Cache的失效率。 Victim Cache是一种能减少 失效次数而又不影响 的方法。 当组相联的路数n变为1时，组相联就变成了 ，当组数G变为1时，组相联就变成了 。 “主存-辅存”层次的目的是为了弥补主存 的不足；“Cache-主存”层次的目的是为了弥补主存 的不足。 计算机体系结构是程序员所看到的计算机的 ，即概念性结构与 。 由容量为C的Cache和容量为M的主存储器构成的存储系统的总容量为 。 并行处理面临着的两个重要挑战是程序中有限的并行性和相对较高的 开销。 二、名词解释：（每题3分，共15分） 存储系统： Amdahl定律： 并行性： 耦合度： 互连网络： A—3—1 三、简答题：（每题6分，共30分） 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。 造成流水线“断流”的主要原因是哪三种相关？是什么原因造成的？ 实现Cache一致性协议有哪两类？简述其含义。 在存储层次中应解决哪四个问题？ 单级存储器的主要矛盾是什么？通常采取什么方法来解决？ 四、计算题（35分） 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？（7分） 双输入端的加、乘双功能静态流水线有1、2、3、4四个子部件，延时分别为Δt, Δt, 2Δt, Δt，“加”由1→2→4组成，“乘”由1→3→4组成，输出可直接返回输入或锁存。现执行 画出流水时空图，标出流水线入端数据变化情况。（3分） 求运算全部完成所需的时间和流水线效率。（2分） 找出瓶颈子过程并将其细分，重新画出时空图并计算流水时间和效率。（5分） 我们考虑某一个机器。假设Cache读失效开销为30个时钟周期，写失效开销为60个时钟周期，当不考虑存储器停顿时，所有指令的执行时间都是2.0个时钟周期， Cache的读失效率和写失效率均为5%，平均每条指令读存储器0.8次，写存储器0.5次。试分析考虑Cache的失效后，Cache对性能的影响。（8分） 设某计算机主存容量为64K字，Cache存储器的容量为512字，字块长128字，采用直接映象方式和LRU替换算法。 求出主存空间块数。（2分） 画出主存储器和Cache存储器字块对应关系图和主存地址字段划分图，标出名段位数。（3分） A—3—2 假设Cache存储器起始为空，求出运行下图程序段（地址用十进制表示）时的命中率，并写出分析过程。（5分） 开始： 0017 0023 0165 内循环重复20次 外循环重复10次 0239 1200 结束： 1500 A—3—3