计算机体系结构试卷2010-2011 2A

2010-2011 学年 2 学期 计算机系统结构

课程考试试题

拟题学院（系） : 信息科学技术学院 计算机适 用 专 业: （答案写在答题纸上，写在试题纸上无效）

一、名词解释（每题5分，共20分）

1、翻译和解释

2、强制性失效

3、2:1cache经验规则

4、Amdahl定律

二、简答题（每题10分，共30分）

1、增加Cache块大小和提高相联度都可以减少Cache的失效率，试述采用这两种技术的优点和缺点。

2、（1）什么是动态调度？（2）请描述记分牌算法的各个阶段主要进行的处理。（3）请描述Tomalulo算法与记分牌算法相比的优势。

3、指令系统中通用寄存器型指令有哪些类型？各个类型的优缺点？

三、计算题（每题10分，共20分）

1、假设我们考虑条件分支指令的两种不同设计方法如下：

CPUA：通过比较指令设置条件码，然后测试条件码进行分支。 CPUB：在分支指令中包括比较过程。

在两种CPU中，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有比较指令，因此比较指令也占20%。

（1） 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？

（2） 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？

2、假设MIPS非流水线实现的时钟周期时间为10ns，ALU和分支操作需要4个时钟周期，访问存储器操作需要5个时钟周期，上述操作在程序中出现的相对频率分别是：40%、20%和40%。在基本的MIPS流水线中，假设由于时钟扭曲和寄存器建立延迟等原因，流水线要在其时钟周期时间上附加1ns的额外开销。忽略其他延迟因素的影响，请问：相对于非流水线而

言，基本的MIPS流水线执行指令的加速比是多少？

四、综合分析（每题15分，共30分）

1、采用MIPS五段流水线，执行下列程序

LW R2， 0(R1)

ADD R1， R2，R3

SUB R4， R1，R5

XOR R10，R1，R11

（1） 分析该段程序中所出现的相关。

（2） 哪些相关可以用定向解决？说明或画出定向路径。

（3） 哪些相关必须通过暂停来解决？

（4） 假设流水线的每一段执行一个时钟周期，画出流水线执行上述程序

段的时空图。

2、假设浮点流水线中执行的延迟如下：

加法需2个时钟周期，乘法需10个时钟周期，除法需40个时钟周期 LD F6 , 34(R2)

LD F2 , 45(R3)

MULTD F0 , F2 , F4

SUBD F8 , F6 , F2

DIVD F10 , F0 , F6

ADDD F6 , F8 , F2

对于上述的代码，（1）分析代码中的相关性；（2）给出MULTD准备写结果之前的记分牌状态。