（5分）请比较可用于动态互连网络的总线、交叉开关和多级开关的硬件复杂度和带宽。
答案是：答：总线互连的复杂性最低，成本也是最低。其缺点是每台处理机可用的带宽较窄。
交叉开关是最昂贵的，因为其硬件复杂性是
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十一、（5分）通道有哪几种？请比较这几种通道的优缺点及适用场合。
答案是：答：（1）字节多路通道，分时为多个设备服务，每次传输一个字节。一种简单的共享通道，主要为多台低速或中速的外围设备服务。（
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（5分）请简述多处理机的Cache一致性问题，并简要说明解决多处理机Cache一致性问题的监听协议和目录协议的工作原理。
答案是：答：（1） 多处理机中，当共享数据进入Cache，就可能出现多个处理器的Cache中都有同一存储器块的副本，要保证多个副
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九、）在有Cache的计算机系统中，当I/O设备与主存直接交换数据时，可能会产生哪些数据不一致问题？如何解决？
答案是：（1）存储器中可能不是CPU产生的最新数据 ，所以I/O设备从存储器中取出来的是陈旧数据。
（2）I/O设备与存储器交
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八、给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。由计算结果能得出什么结论？
答案是：（1）理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2ns，平均每条指令访存1.2次；
（2）两者Cache容量均为
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七、（10分）高速缓存（Cache）是现代计算机存储系统重要的层次之一。假设一个2GHz，32位的处理器有32KB的直接映射L1 Cache和256KB的2路组相联L2 Cache。各级Cache都采用32B的块大小。（1）请说明对于L1和
答案是：答：（1）（8分）见下表
Cache 地址中各字段
L1 Tag（17位），Index（10位），Offset（5位
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六、（5分）写出三级Cache的平均访问时间的公式。
答案是：答：平均访存时间 ＝ 命中时间＋失效率×失效开销
只有第I层失效时才会访问第I＋1。
设三级Cache的命中率分别为
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五、下面一段MIPS汇编程序是计算高斯消去法中的关键一步，用于完成下面公式的计算：
Y = a X + Y
其浮点指令延迟如下表所示：
整数指令均为1个时钟周期完成，浮点和整数部件均采用流水。整数操作之间以及与其它所有浮
答案是：答：
（1）
L.D F2, 0(R1) 1
Stall
MUT.D F4, F
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三、请简述指令之间数据冲突的类型。
答案是：答：指令之间的数据冲突有3种类型：真相关、反相关、输出相关。
真相关（数据依赖，有时候也称为数据相关）：考虑两条指令i
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二、假设某应用程序中有4类操作，通过改进各类操作的功能部件，可获得不同的性能提高。具体数据如下表所示：
操作类型 程序中的数量
（百万条指令） 改进前的执行时间
（周期） 改进后的执行时间
（周期）
操作1 10 2 1
操作2
答案是：：根据Amdahl定律Sn=1/(1-f)+f/a，其中f是可改进部分在总运行时间中所占比例，a是可改进部分的加速比，可
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一、（5分）计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？请简要说明它们的含义。
答案是：答：（1）以经常性事件为重点。在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上
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七、（10分）设指令流水线由取指令、分析指令和执行指令3个部件构成，每个部件经过的时间为△t，连续流入12条指令，假设没有停顿。请分别画出标量流水处理机以及ILP均为4的超标量处理机、超长指令字处理机、超流水处理机的时空图，并分别计算它们相
答案是：答：标量流水处理机的时空图：
执行完12条指令需T1＝14△t。
超标量流水处理机与超长指令字处理机的时空图：
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六、假设有一条长流水线，仅仅对条件分支指令使用分支目标缓冲。其中分支预测错误的开销为4个时钟周期，分支目标缓冲不命中的开销为3个时钟周期。分支目标缓冲命中率为90%，预测正确率为90%，分支指令占所有指令的比例为15%，没有分支的基本CPI
答案是：答：（1）程序执行的CPI = 没有分支的基本CPI（1） + 分支带来的额外开销
分支带来的额外开销是指在分支指令中
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五、假设某程序各种分支指令数占所有指令数的百分比如下：
条件分支 20%（其中的60%是分支成功的）
跳转和调用 5%
现有一条段数为4的流水线，无条件分支在第2个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第3个时钟周期结束时
答案是：答：没有控制相关时流水线的平均CPI＝1
存在控制相关时：无条件分支在第2个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到
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三、（5分）根据CPU中保存操作数的存储器类型，可以把指令集结构分为哪些类型？
答案是：答：可以分为堆栈型、累加器型、通用寄存器型3种。
堆栈型：CPU中存储操作数的单元是堆栈的指令集结构。
累加器型：C
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二、计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的改进加速比为：
部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10
（1）如果部件1和部件2在整个系统运行时间中所占的比例均为30%，那么当部件3的比例为多少时，系统加速
答案是：答：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl定理的扩展：
SN=1/（1-ΣFi）+ΣFi/Si
已知S1＝30，
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一、10分）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
答案是：答：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776
(或
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十四、请简述通道的概念，以及通道完成一次数据传输的主要过程。
答：通道是指专门负责整个计算机系统输入/输出工作的专用处理机，能执行有限的一组输入输出指令。
答案是：通道完成一次数据传输的主要过程如下：（1）在用户程序中使用访管指令进入操作系统内核，由CPU通过管理程序组织一个通道程序
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十二、（5分）简述“Cache—主存”层次与“主存—辅存”层次的区别。
答：
存储层次
比较项目 “Cache—主存”层次 “主存—辅存”层次
目的 为了弥补主存速度的不足 为了弥补主存容量的不足
存储管理的实现
答案是：答：TLB是转换旁路缓冲，是最近访问过的页表项的高速缓存。
SMP是对称多处理，是集中式共享存储器多处理机的一种实现。
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十一、（5分）假设Cache的命中率是H，命中时的平均访问时间是 Thit ，缺失时访问主存的平均访问时间是 Tm ，那么从CPU来看，这个由Cache-主存构成的存储系统的平均访问时间 T 是多少？
答案是：答：T = Thit * H + (1 - H) * (Tm + Thit) = Thit + (1 - H) * Tm
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十、请简述高速缓冲存储器（Cache）的写策略及其组合情况。
答案是：答：Cache进行写操作时有写命中和写缺失两种情况。
在写命中时，有写回和写通两种策略。
写回策略在写命中时，只改写
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九、（5分）请简述高速缓冲存储器（Cache）的替换策略。
答案是：答：替换是当Cache需要载入主存数据块，而该数据块映象的位置都被占用时，需要将原有数据块换出的操作。
替换策略是当有
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请简述主存数据块到高速缓冲存储器（Cache）的映象方式
答案是：答：Cache的映射方式可以有3种，全相联映象、直接映象和组相联映象。
全相联映象：主存中的任一块可以被放置到Cach
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七、（2）当前流行的多核处理器在Flynn分类中应该归入哪一类？
答案是：（2）当前流行的多核处理器在Flynn分类中应该归入多指令流多数据流（MIMD）这一类。
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（1）请简述计算机体系结构的Flynn分类；（2）当前流行的多核处理器在Flynn分类中应该归入哪一类？
答案是：答：（1）Flynn分类是按照指令流和数据流的多倍性对计算机体系结构进行分类，共有4类：单指令流单数据流（SISD）；单
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六、请简述复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）的特征。
答案是：答：
特征 RISC CISC
指令功能 选取使用频率高的指令，并补充一些必要的指令；指令功能尽量简单 提供功能复杂
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五、请简述流水线中的可能发生的冲突及其解决方法。
答案是：答：
冲突类型 含义 解决方法
结构冲突 因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。 暂停流水线，或者增加硬
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请推导Amdahl定律公式，并说明其意义
答案是：二、（10分）请推导Amdahl定律公式，并说明其意义。
答：假设系统加速前的运行时间为 Tbefore ，系统中可加
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一、请简述计算机体系结构、计算机组成、计算机实现的概念，及其之间的关系。
答案是：答：计算机体系结构是指传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
计算机组成是指计算机体系结构的逻辑实
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