计算机体系结构大题.doc

1.6某台主频为400MHz的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 45000 1 数据传送 75000 2 浮点 8000 4 分支 1500 2 求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。 解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 （2）MIPS速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS （3）程序执行时间=(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s 2.16、若某机要求：三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令16条。设指令字长为12位.每个地址码长为3位。问能否以扩展操作码为其编码?如果其中单地址指令为254条呢?说明其理由。 　 答：①不能用扩展码为其编码。 　　∵指令字长12位，每个地址码占3位; 　　∴三地址指令最多是2^(12-3-3-3)=8条， 现三地址指令需4条, 　　∴可有4条编码作为扩展码， 　　∴单地址指令最多为4×2^3×2^3=2^8=256条， 　　现要求单地址指令255条，∴可有一条编码作扩展码 　　∴零地址指令最多为1×2^3=8条 　　不满足题目要求 　　∴不可能以扩展码为其编码。 　　②若单地址指令254条，可以用扩展码为其编码。 　　∵依据①中推导，单地址指令中可用2条编码作为扩展码 　　∴零地址指令为2×2^3=16条，满足题目要求 6.11在有Cache的计算机系统中，进行I/O操作时，会产生哪些数据不一致问题？如何克服？ 答：（1）存储器中可能不是CPU产生的必威体育精装版数据，所以I/O系统从存储器中取出来的是陈旧数据。I/O系统与存储器交换数据之后，在Cache中，被CPU使用的可能就会是陈旧数据。 第一个问题可以用写直达Cache解决。 第二个问题操作系统可以保证I/O操作的数据不在cache中。如果不能，就作废Cache中相应的数据。 6.3 RAID有哪些分级？各有何特点？ 答：(1)RAID0。亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。(2)RAID1。亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。镜像是最昂贵的解决方法。特点是系统可靠性很高，但效率很低。(3)RAID2。位交叉式海明编码阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，采用海明编码。原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。(4)RAID3。位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。(5)RAID4。专用奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。(6)RAID5 块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有磁盘上。(7)RAID6。双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。 例5.11假设在1000次访存中，L1 Cache失效40次， L2 Cache失效20次。试问：在这种情况下，该Cache系统的局部失效率和全局失效率各是多少？ 解 第一级Cache的失效率（全局和局部）是40/1000， 即4%；第二级Cache的局部失效率是20/40，即50%， 第二级Cache的全局失效率是20/1000，即2%。 5.4 降低Cache失效率有哪几种方法？简述其基本思想。 答：常用的降低Cache失效率的方法有下面几种： （1） 增加Cache块大小。增加块大小利用了程序的空间局部性。 （2） 增加Cache的容量。 （3） 提高相联度，降低冲突失效。 （4） 伪相联Cache，降低冲突失效。当对伪相联Cache进行访问时，首先是按与直接映象相同的方式进行访问。如果命中，则从相应的块中取出所访问的数据，送给CPU，访问结束。如果不命中，就将索引字段的最高位取反，然后按照新索引去寻找“伪相联组”中的对应块。如果这一块的标识匹配，则称发生了“伪命中”。否则，就访问下一级存储器。 （5） 硬件预取技术。在处理器提出访问请求前预取指令和数据。 （6） 由编译器控制的预取，硬件预取的替代方法，在编译时加入预