中南大学计算机体系结构题库

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1、一、填空题二、判断题错误!未定义书签。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

2、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：—o为了M执行第二级空条指令，需要执行En条第一级的指令对其进行解释，所以对MM于第二级而言，等效程序的执行时间是：1C1aNa?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：話为了执行第三级马条指令，需要执行条第二级的指令对其进行解释。那M2M2么对第二级而言，总的指令条数为：ICIC—~〒NM2M2而第二级£+£“等效于第一级M2M2ICIC

3、M27P寸NM条指令，同时还需要”NM条第-级指令进行解释,所以第三级等效程序的执行时间是:ICwICKr'——M+——NM+ICw丄/C'M+NNM2M2M2M2—■Klc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:1+N10、评分细则：10分/小题,KM」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、所需吋间：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

4、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：采用软件方法吋根据阿姆达尔定律，性能提高：1S=(1・50%)+号二1*62分硬件成本提高到C=2/3+1/3*(1+1/5)二1.071分价格性能比为：C/S二1.07/1.66二0.641分采用硬件方法吋：S二1/[(1-50%)+50%/100]二1.982分硬件成本提高

5、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，则应选择软彳牛方法°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、所需吋间：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

6、。(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个吋钟周期而所有其它指令占用1个吋钟周期，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%。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

7、用1个时钟周期。所以CPIA=0.2x2+0.80x1=1.21分则CPU性能为:总CPU时间A=ICx1.2x时钟周期A1分根据假设，有：时钟周期B=1.25x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=0.25x2+0.75x1=1.251分因为CPUB不执行比较，故：ICB=0.8xICA因此CPUB性能为：总CPU时间B=ICBxCPIB

8、x时钟周期B=0.8xICAx1.25x（1.25x时钟周期A）=1.25xICAx时钟周期A2分在这些假设Z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=1.10x时钟周期ACPUB的性能为：总CPU时间B=ICBxCPIBx时钟周期B=0.8xICAx1.25x（1