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（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)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。

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。

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3. 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+4*2.4/23+8*1.6/23=1.93
MIPS=f/(CPI*10^6)=400/1.93=207.25
4. 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＝3△t，执行时间t执行＝5△t。

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pi
I1 0.30
I2 0.10
I3 0.25
I4 0.15
I5 0.05
I6 0.04
I7 0.01
I8 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(0~7)，Cache有4个块(0~3)，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：
其中，段S1和S3的执行时间均为2△t ,段S2和S4的执行时间均为1△t ，
△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1△t），瓶颈段S3可使用并联方法改造（S31，S32各自的2△t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。