系统结构(总).doc

系统结构问答题 一、流水线中的相关 相关的概念： 流水线中的相关是指相邻或相近的两条指令因存在某些关联，后一条指令不能在指定的时钟周期开始执行。 相关的分类： 结构相关：当硬件资源满足不了，同时重叠执行的指令要求而发生的资源冲突时，就发生了结构相关 数据相关：当一条指令需要用到前面某条指令的结果，从而不能重叠执行，就发生了数据相关 控制相关：当流水线遇到分支指令和其他能够改变PC值的的指令时，就会发生控制相关 地址映射与变换 主存与cache的地址映射方式有多少种？及每一种映射的基本原理？ 答：映射方式有直接映射、全相联映射和组相联映射3种 直接映射：每个主存地址映射到cache地址中的一个指定地址的方式，主存中存储单元的数据只可调用cache中的一个位置，一般是将主存块地址对cache的总块来取模，得到cache中的地址 全相联映射：任一主存地址可映射到任一cache地址的方式，主存中存储单元的数据可调入cache中的任意位置，如果cache中能容纳程序所需要的所有指令和数据，则可达到很高的cache命中率 组相联映射：将存储空间的页面分成若干组，各组之间是直接映射，而组内各块之间则是全立联映射，主存中的存储块可调入cache中的一个指定组内的任意块中，是直接映射和全联映射方式的折中形式 RISC技术的主要特征 RISC的主要特征有以下几个方面： 简化指令系统：①：指令条数减少，②：基本寻址方式少，③：指令格式少，④：指令字长度一致 以寄存器—寄存器方式工作，即指令系统中除LOAD/STORE指令可访问存储器外，其余指令都只能访问寄存器。 除LOAD/STORE指令外，所有指令都在一个机器时钟周期内执行完成，并采用流水技术。 使用叫多的通用寄存器，一般至少有32个，不允许有专用寄存器。 为提高指令执行速度，绝大部分采用硬联线控制，不用或少用微程序实现 精心选择构成指令系统的指令，并采用软件手段，特别是优化编译技术，力求能高效地支持高级语言，能容易地生成优化的目标代码，防止或减少流水线中出现的相关性，以保证流水线的畅通 应用题： 1、（10分）如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这三个部件经改进后的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。 （1）如果部件1和部件2改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例都为30%，那么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3个部件都改进后的整个系统的加速比Sn达到10？ 2、（10分）一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。 （1）要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。 3、（10分）在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P6共6个页面组成，系统分配给这个程序的主存只有4个页面。在程序开始执行之前，P1至P4已经装入主存。程序执行过程中依次访问到的页面如下：P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2，P4，P1。采用LRU页面替换算法对这4页主存进行调度。 (1)画出主存页面替换和命中的情况表。 (2)计算两种页面替换算法的页命中率。 书上第174页有例题，可以看看，挺简单的 4、（10分）有一个4段流水线，如下图所示： 其中，段S1和S3的执行时间均为200ns,段S2和S4的执行时间均为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，瓶颈段S3可使用并联方法改造，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