福建师范大学2021年2月课程考试《计算机体系结构》作业考核试题（参考）
《计算机体系结构》期末考试A卷2 [/ g, p- a! k) x5 q5 o
* e6 ^8 V" \$ z' x3 B
+ w( X6 S( y5 J: Z" I# v* Q* d4 X" D+ i
姓名： & d1 H: D$ E1 V2 Q' H8 \
专业：" B- B# @. j0 c3 i3 {5 J
学号： ! E) p) t4 ?& f, ?; p( G* a* Q' }; B
学习中心：
一、填空题（每空1分，共14分）
1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是： ， ， 。; ?1 g" U& E; f% Z+ P/ O5 n: I5 U
2. 虚拟存储器的三种管理方式是 ， 和/ S# c0 y$ e9 U. Q5 M
3. 从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了 ， 而“主存—辅存”层次的目的是为了 0 D& B, I* r( d! X. }/ R- R
4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据相关冲突可分为 、 和 三种类型。- L* U* G" D3 |S; i$ Z* j) t3 a
5.当代计算机体系结构的概念包括 、 和 三个方面的内容% f5 E! D. v4 z& X4 O. r/ |
% G7 b+ N7 b' p; o/ O
二、（每题2分，共16分）
计算机体系结构：
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兼容机：) ?- @0 m* w0 {/ `+ g9 s3 {
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写直达法：3 m9 U2 Q* E: H, R0 D9 |. F) F3 x
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) ^. e7 n9 N" u6 j
高速缓冲存储器:. V& d! j% M! p5 W# n
延迟转移技术：
R) e0 L0 `% ^
线性流水线：
' q) e( k! k- c2 \' T0 p
流水线的吞吐率：
! g( u0 B8 P/ J/ j5 Z& e4 @; l
# w' Q" F: X& ^+ s( k$ ?8 ~2 X
并行性：' T1 F0 y/ QM- }' [: O0 {
; ~3 `) }/ P6 G) E
三、(每题5分，共30分）# w0 f' G6 w2 i) m1 c
# o8 h# g+ O4 v" C
1. 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间(ns)?
4 g9 V9 Q3 l$ W$ [. M& \" D' \9 J
2. 根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？
2 e6 r8 \" Z% h0 g# Bb7 X
* I$ d% v/ b]# U
3. 简述组相联映象规则。
4. 引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持Cache的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？# C5 a, z8 Z) C2 n: O
5. 按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两类？
6. Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机分成哪几类？
4 b% G6 [$ n' P9 Q7 K
四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分共40分）% X9 i6 e% c* a# ^5 Z
1. 一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。
（1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。3 ~2 |2 y0 d0 ]; \
（2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。
（3）快表的字长为多少位？分几个字段？各字段的长度为多少位？
（4）慢表的容量是多少个存储字？每个存储字的长度为多少位？
: K: r+ ^: x$ S( l- X- x
" @; I6 O0 G9 N, _/ u0 {7 R
2. 在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P5共5个页面组成。在程序执行过程中依次访问的页面如下：P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2 2 ?* S! l- @. o; I2 A
假设系统分配给这个程序的主存有3个页面，分别采用FIFO、LFU和OPT三种页面替换算法对这3页主存进行调度。
（1）画出主存页面调入、替换和命中的情况表。) n7 H$ ~1 r4 J7 n7 _/ T* l0 Y
（2）统计三种页面替换算法的页命中率。* k+ G# K/ s$ ]9 X_
: Y" J: O$ d# N# e0 {6 ?
3.动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图：
& s; i9 c+ P]7 v; s3 C' c
0 y/ z$ k* ?; u: R. }7 R* P
其中，S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，各个功能段时间均为50ns，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：
（1） 画出时空图；
（2） 计算实际的吞吐率、加速比和效率。
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