中南大学计算机体系结构题库

五计算题目录一、填空题.............................................................错误!未定义书签。二、判断题.............................................................错误!未定义书签。三、名词解释.........................................................错误!未定义书签。四、简答题.............................................................错误!未定义书签。五、计算题.............................................................................................2五计算题五、计算题----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5812、题型：计算题3、难度级别：44、知识点：一、计算机体系结构的基本概念5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：解释执行8、试题内容：假设有一个计算机系统分为四级，每一级指令都比它下一级指令在功能上强M倍，即一条r+1级指令能够完成M条r指令的工作，且一条r+1级指令需要N条r级指令解释。对于一段在第一级执行时间为K的程序，在第二、第三、第四级上的一段等效程序需要执行多少时间？9、答案内容：解：假设在第一级上用时间K执行了该级IC条指令。1分对第二级而言，为了完成IC条指令的功能，第二级指令的条数为：MIC。为了执行第二级MIC条指令，需要执行NMIC条第一级的指令对其进行解释，所以对于第二级而言，等效程序的执行时间是：KMNICKNMICMMICT122分对于第三级而言，为了完成IC条指令的功能，第三级指令的条数为：2MIC。为了执行第三级2MIC条指令，需要执行NMIC2条第二级的指令对其进行解释。那么对第二级而言，总的指令条数为：NMICMIC223分而第二级NMICMIC22等效于第一级MNMICMIC22条指令，同时还需要NNMICMIC22条第一级指令进行解释，所以第三级等效程序的执行时间是：KMNICKNNMICMMICMNMICMMICT22222313分按照同样的逐层递推关系，不难求得第四级等效程序的总的执行时间为：五计算题KMNT3411分10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5822、题型：计算题3、难度级别：34、知识点：1.5定量分析技术基础5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：阿姆达尔定律8、试题内容：已知某商用计算机拟增加字符串操作功能。若用软件实现，与无字符串操作相比，速度提高4倍，CPU成本提高1/5倍；若用硬件实现，则速度是原来的100倍，,CPU成本是原来的5倍。由实验测得，字符串操作占总运行时间的50%，CPU成本约占整机成本的1/3。你选用哪种设计方案?9、答案内容：解：采用软件方法时根据阿姆达尔定律，性能提高：=1.662分硬件成本提高到C=2/3+1/3*(1+1/5)=1.071分价格性能比为：C/S=1.07/1.66=0.641分采用硬件方法时：S=1/[（1-50%）+50%/100]=1.982分硬件成本提高到C=2/3+1/3*5=2.331分价格性能比为：C/S=2.33/1.98=1.181分如果仅考虑性能提高，则可选择硬件方法，而考虑性能提高和成本因素，则应选择软件方法。2分10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5832、题型：计算题3、难度级别：44、知识点：一、计算机体系结构的基本概念5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：CPU性能公式8、试题内容：假设我们考虑条件分支指令的两种不同设计方法如下：（1）CPUA：通过比较指令设置条件码，然后测试条件码进行分支。（2）CPUB：在分支指令中包括比较过程在两种CPU中，条件分支指令都占用2个时钟周期而所有其它指令占用1个时钟周期，对于CPUA，执行的指令中分支指令占20%；由于每个分支指令之前都需要S=1(1-50%)+50%5五计算题有比较指令，因此比较指令也占20%。由于CPUA在分支时不需要比较，因此假设它的时钟周期时间比CPUB快1.25倍。哪一个CPU更快？如果CPUA的时钟周期时间仅仅比CPUB快1.1倍，哪一个CPU更快呢？9、答案内容：解：我们不考虑所有系统问题，所以可用CPU性能公式。占用2个时钟周期的分支指令占总指令的20%，剩下的指令占用1个时钟周期。所以CPIA=0.22+0.801=1.21分则CPU性能为：总CPU时间A=IC1.2时钟周期A1分根据假设，有：时钟周期B=1.25时钟周期A1分在CPUB中没有独立的比较指令，所以CPUB的程序量为CPUA的80%，分支指令的比例为：20%/80%=25%2分这些分支指令占用2个时钟周期，而剩下的75%的指令占用1个时钟周期，因此：CPIB=0.252+0.751=1.251分因为CPUB不执行比较，故：ICB=0.8ICA因此CPUB性能为：总CPU时间B=ICBCPIB时钟周期B=0.8ICA1.25(1.25时钟周期A)=1.25ICA时钟周期A2分在这些假设之下，尽管CPUB执行指令条数较少，CPUA因为有着更短的时钟周期，所以比CPUB快。如果CPUA的时钟周期时间仅仅比CPUB快1.1倍，则时钟周期B=1.10时钟周期ACPUB的性能为：总CPU时间B=ICBCPIB时钟周期B=0.8ICA1.25(1.10时钟周期A)=1.10ICA时钟周期A因此CPUB由于执行更少指令条数，比CPUA运行更快。2分10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5842、题型：计算题3、难度级别：24、知识点：一、计算机体系结构的基本概念5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：CPU性能公式8、试题内容：对于一台400MHz计算机执行标准测试程序，程序中指令类型，执行数量和平均时钟周期数如下：指令类型指令执行数量平均时钟周期数整数450001五计算题数据传送750002浮点80004分支15002求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。9、答案内容：解：ICCPIICCPIii/)(1分776.11295002150048000275000145000CPI3分MIPSCPIfMIPS225.22510776.11040010666速率3分程序执行时间=（2150048000275000145000）／400=575s3分10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5852、题型：计算题3、难度级别：24、知识点：一、计算机体系结构的基本概念5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：CPI8、试题内容：假定要在一个时钟速率为40MHz的标量处理机上执行20万条目标代码指令的程序，该程序中含有4种主要类型指令，每种指令类型所占的比例及CPI数如图所示。要求计算：(1)在单处理机上执行该程序的平均CPI.(2)根据(1)所得到的CPI值，计算相应的MIPS速率。指令类型CPI指令所占比例ALU160%LOAD/STORE指令(Cache命中时)418%Branch指令412%访存指令(Cache不合中时)810%9、答案内容：解：ICCPIICCPIii/)(=CPIiICi/IC=10.6+40.18+40.12+80.1=2.245分MIPSCPIfMIPS86.171024.2104010666速率阶段5分10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5892、题型：计算题3、难度级别：3五计算题4、知识点：三、流水线技术5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：流水线技术8、试题内容：1、假设一条指令的解释分为取指、分析与执行三个阶段，每个阶段所需时间为t取指、t分析、t执行。(1)写出用下列几种方式执行100条指令所需的时间的通式：1)顺序方式；2)仅执行k、与取指k+1重叠；3)仅执行K、分析k+1和取指k+2重叠。(2)当t取指=t分析=2,t执行=3以及t取指=t分析=4,t执行=2时，用上述通式计算所需时间。9、答案内容：解：（1）以下是各方式执行100条指令所需时间的通式：1）顺序方式：100t=∑{t取指i+t分析i+t执行i}i=1=100{t取指i+t分析i+t执行i}2分2）“执行i”与“取指k”重叠：100t=t取指1+∑t分析ｉi=1100+∑[max{t执行i－１，t取指i}]+t执行1002分i=23）仅“执行k”、“分析K+1”与“取指K+2”重叠：t=t取指1+[max{t分析1，t取指2}]100+∑[max{t执行i－2，t分析i－1，t取指i}]i=3+max{t分析100，t执行99}2分+t执行100（2）当T取指=T分析=2，T执行=3时，用上述通式计算所需时间3分1）T=100（2+2+3）=7002）T=2+2×100+3×99+3=5023）T=2+2+3×97+3+3=301当T取指=T执行=4，T分析=2时，用上述通式计算所需时间为：五计算题1）T=100（4+2+4）=10002）T=4+2×100+4×99+4=6043）T=4+4+4×97+4+4=4041分10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。----------------------------------------------------------------------1、试题序号：5902、题型：计算题3、难度级别：34、知识点：三、流水线技术5、分值：106、所需时间：15分钟7、试题关键字：流水线技术8、试题内容：一个流水线由四段组成，其中每当流经第三段时，总要在该段循环一次才能流到第四段。如果每段经过一次的时间都是△t，问：当在流水线的输入端每△t时间输入任务时，该流水线会发生什么情况？此流水线的实际吞吐率为多少？如果每2△t输入一个任务，连续处理10个任务的实际吞吐率和效率是多少？当每段时间不变时，如何提高该流水线的吞吐率？仍连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？9、答案内容：解：（1）会发生流水线阻塞情况。2分Instr.1stage1stage2stage3stage3stage4instr.2stage1stage2stallstage3stage3stage4instr.3stage1stallstage2stallstage3sta