国科大计算机体系结构复习题目.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：5.15M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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第二章计算机体系结构基础

第三章二进制与逻辑电路

第五章静态流水线

第六章动态流水线

第七章多发射数据通路

第八章转移猜测

第九章功能部件

第十章高速缓存

第十一章存储管理

第十二章多处理器系统

第二章计算机体系结构基础 1 在三台不同指令系统的计算机上运行同一程序P时，A机需要执行1. 0× 条指令，B机需要执行2.0× 条指令，C机需要执行条指4.0× 令，但实际执行时间都是10秒，请分别计算这三台机器在实行程序P时的实际运行速度，以MIPS为单位。这三台计算机在运行程序P时，哪台性能最高?为什么? 解：A 为 10MIPS，B 为 20MIPS，C 为 40MIPS。三台机器实际性能相同。（题目问的是运行程序 P 时的性能。） 5 对某处理器进行功耗测试，得到如下数据：时钟不翻转，电压1. 05V时，电流为500mA；时钟频率为 1GHz，电压1.1V时，电流为2500mA。请计算此处理器的静态功耗以及500MHz下的总功耗解： 1.1V 下静态功耗 1.1×1.1/(1.05/0.5)=0.576W （时钟不翻转的静态功耗按电阻算，） 1.1V 下 1GHZ 时动态功耗为 1.1×2.5-0.576=2.174W （动态功耗+静态功耗=总功耗，动态静态）总 1.1V 下 0.5GHZ 动态功耗为 2.174*0.5/1=1.087W （动态功耗与翻转率成正比） 1.1V 下 0.5GHZ 总功耗为 1.087+0.576=1.663W 第三章二进制与逻辑电路 1 定点数的表示，(1)：分别给出64位定点原码和补码表示的数的范围；(2)：在32位定点补码表示中， 0X80000000表示什么数？解： (1) [-( (2) 3 画出 -1]和[- -1), 常识题 , -1] 的晶体管级电路图

4 计算一个FO4的延迟，假设反相器的输入电容为0.0036pF，平均每个负载连线电容为0.0044pF，翻转延迟为0.023ns，每pF延迟为4.5ns。解： FO4 延迟=本征延迟+负载延迟=0.023+4.5·((0.0036+0.0044)·4)=0.167ns 本课对 FO4 定义为 1 个反相器驱动 4 个相同的反相器（器件延迟和线延迟是4份）。鉴于 FO4 定义存疑（参见 wiki ），回答 0.023+4.5·(0.0044+0.0036·4·4)=0.302ns 也算对。第五章静态流水线 3 对于浮点向量运算X(i)=a×X(i)+Y(i)，假设X和Y的首地址分别存在定点寄存器R1和R2中，a的值存在浮点寄存器F0中。(1)试写出对应的MIPS汇编代码。(2)假设处理提为5.16图所示的单发射5级流水线 (IF/ID/EX/MEM/WB)结构，功能部件足够，Load、Store操作和整数操作都花费1个时钟周期，浮点加法操作为3个周期，浮点乘法操作为4个周期。给出第一个循环所有指令的流水线时空图。解：(1) (2) 4 假定某RISC处理器为标准的单发射5级流水(IF/ID/EX/MEM/WB)结构。如下代码在上执行： 1 2 3 4 5 6 7 Loop: LD R1，0(R2) ;从地址0+R2处读入R1 DADDI R1,R1，#4 ;R1= R1+4 SD 0(R2)，R1 ;将R1存入地址0+R2处 DADDI R2,R2，#4 ;R2= R2+4 DSUB R4,R3,R2 ;R4=R3-R2 BNEZ R4，Loop ;R4不等于0时跳转到Loop NOP

已知R3的初值为R2+400。(第二版书上没说让画图，老师给的答案有图) 1. 不使用旁路硬件，但在同一个周期内寄存器的读和写能进行旁路，分支预测采用not taken策略，如果猜测错误则在转移指令指令执行(EX)后刷新(ﬂushing) 流水线上的错误指令，画出这个指令序列在RISC流水线上执行的时序，计算执行这个循环需要多少个时钟周期。 2. 使用旁路硬件，采用taken策略进行分支预测，如果猜测错误则在转移指令指令执行(EX)后刷新 (ﬂushing) 流水线上的错误指令，画出这个指令序列在RISC.上执行的序列，并计算执行这个循环需要多少个时钟周期。 3. 假设RISC流水线带有单拍的分支延迟和前递或旁路硬件，对包括延迟槽在内的指令序列进行调度，可以重排指令序列，并修改某些指令的操作数，但不能改变指令的数目和采用别的指令，画出该流水线的时序图，并计算整个循环需要的时钟周期数。

第六章动态流水线 5

6 假设一个如图所示支持精确例外处理的浮点流水线，流水线分成发射、执行并写回以及提交3个阶段，其中浮点加法部件延迟为2拍，乘除法为3拍，请给出6拍内每一拍的寄存器以及结果总线值的变化。

第七章多发射数据通路 4

5 一个n发射的处理器，流水线情况如下：取指，译码，重命名到物理寄存器后送入发射队列，发射队列乱序发射，功能部件乱序执行，乱序写回物理寄存器，最后顺序提交并释放物理寄存器。已知该处理器有m个逻辑寄存器，i个功能部件(i>n)，每条指令从重命名到写回需要t1拍，从重命名到提交需要t2 拍。为了能让流水线满负荷工作，最少需要多少个物理寄存器？物理寄存器个数应至少为n×t2+m才能让流水线满负荷工作。每条指令在重命名的时候需要占用一个物理寄存器，每拍n条指令发射，则需要占用n个物理寄存器，被重命名的物理寄存器只有在提交的时候，并且不是当前逻辑寄存器的时候，才被释放。从重命名到提交共有t2拍，当流水线满负荷工作，流水线占用了n×t2个物理寄存器，另外逻辑寄存器数目为m个，因此共需要物理寄存器的个数为n×t2+m。第八章转移猜测 1 表中是转移猜测的Yeh和Patt分类中根据转移历史表(BHT)和模式历史表(PHT)的不同组合形成的转移猜测种类。PC用来索引BHT表的位数为低6位，索引PHT表的位数为低8位，BHT表每项为9位，请画出 SAs转移猜测的结构图，说明其基本原理，并计算该结构使用的存储单元位数。

Global PHT Per address PHT Per set PHT Global BHR Per-address BHR Ped-set BHR GAg PAg SAg Gap PAp SAp GAs PAs SAs BHT ，PHT ，共。 BHT根据地址低6位选出一个9位向量，和地址低8位一起到PHT中选取2位饱和计数。 6 假设流水线延迟如下表琐事，分支延迟位1个周期，有延迟槽。产生结果的指令使用结果的指令延迟周期数 FP ALU op FP ALU op Load double Load double Another FP ALU op Store double FP ALU op Store double 4 3 2 1 (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 //装入代码 LDC1 F0,0(R1) ADD.D F2,F0,F1 LDC1 F0,-8(R1) ADDIU R1,R1,-24 //主体循环 L1: SDC1 F2,24(R1) //Loop i-2 ADD.D F2,F0,F1 //Loop i-1 LDC1 F0,8(R1) //Loop i BNE R1,R2,L1 ADDIU R1,R1,-8 //排空代码 SDC1 F2,24(R1) ADD.D F2,F0,F1

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