清華大學1999年研究生考試計算機體系結構和組成原理專業試題

　　一、（10分）

　　有三個Cache存儲器，每個由4個Block組成，每個Block只有一個字，第一個Cache存儲器采用全相連映象，第二個Cache存儲器采用2-way組相連映象，第三個Cache存儲器采用直接相連映象。下面是程序執行過程中的Block地址流。

　　0，8，0，6，8

　　請計算三種結構的缺失次數各為多少？

　　二、（10分）

　　假設我們有一個需要運行100秒的標準程序，其中有90秒是CPU時間而剩下的是I/O占用的時間。

　　如果在以后的5年中，CPU速度每年可以提高50%且I/O時間保持不變，那么5年后我們的程序要耗費多少時間。

　　三、（10分）

　　某臺計算機只有Load/Store指令能對存儲器進行讀/寫操作，其他指令只對寄存器進行操作。

　　根據程序跟蹤實驗結果，已知每種指令所占的比例及CPI數如下：

　　表1

　　指令類型指令所占比例CPI

　　算邏指令43% 1

　　Load指令21% 2

　　Store指令12% 2

　　轉移指令24% 2

　　求上述情況下的平均CPI.

　　假設程序由M條指令組成。算邏運算中25%的指令的兩個操作數中的一個已在寄存器中，

　　另一個必須在算邏指令執行前用Load指令從存儲器中取到寄存器中。

　　因此有人建議增加另一種算邏指令，其特點是一個操作數取字寄存器，

　　另一個操作數取自存儲器，即寄存器——存儲器類型，假設這種指令的CPI等于2.

　　同時，轉移指令的CPI變為3.求新指令系統的平均CPI.

　　四、（10分）

　　假定我們有一臺計算機，如果所有的cache訪問都命中的話，它的CPI是2.0.

　　唯一的數據訪問指令是store和load，它們占指令總數的40%，不命中損失是25個時鐘周期，不命中率是2%.

　　如果所有的指令訪問cache都命中的話，那么機器的速度是存在cache不命中的多少倍？

　　五、（10分）

　　假定在1000次內存訪問中，在第一級Cache中有40次缺失，在第二級Cache中有20次缺失。

　　兩種缺失率分別為多少？

　　六、（10分）

　　運行Solaris 2.3系統的兩臺SPARC 10計算機可由兩種不同的互連網絡連接起來，

　　通過TCP/IP通信。它們的測試結果如下（表2）：

　　表2

　　以太網ATM

　　Bandwidth from node to network 1.125MB/S 10MB/S

　　Interconnect latency 15us 50us

　　HW ltency to/from network 6us 6us

　　SW overhead sending to network 200us 207us

　　SW overhead receiving from network 251us 360us

　　從一個接點傳送一個250字節的信息包到另一個接點的總時延各為多少？

　　七、（15分）

　　一動態多功能流水線由6個功能段組成，如下圖（圖4）：

　　圖4

　　其中：S1、S4、S5、S6組成乘法流水線，S1、S2、S3、S6組成加法流水線，每個功能段時間均為50ns.

　　假定該流水線的輸出結果可以直接返回流水線輸入端，而且設置有足夠的緩沖寄存器。若按照最快的方式用該流水線計算。

　　①請畫出其處理過程的時空圖。

　　②計算其實際吞吐率，加速比和效率。

　　八、（10分）

　　假定我們正在考慮兩種條件轉移指令的設計方法，這兩種方法如下：

　　CPU A：先通過一條比較指令設置條件碼A，再用一條分支指令檢測條件碼。

　　CPU B：比較操作包含在分支指令中。

　　在兩種CPU中，條件轉移指令都需要兩個時鐘周期，所有其它指令都需要一個時鐘周期。

　　在CPU A中，全部指令的20%是條件轉移指令，因為每次條件轉移都需要一次比較，所以比較指令約占所有指令的20%，

　　因為CPU A不需要在轉移中包含分支，所以它的時鐘頻率是CPU B的1.25倍。

　　哪一種CPU更快？如果CPU A的時鐘頻率只是CPU B的1.1倍，結果又是多少？

　　九、（15分）

　　一個由高速緩沖存儲器與主存儲器組成的二級存儲系統。已知主存容量為1MB，緩存容量為32KB，

　　采用組相聯方式進行地址映象與變換，主存與緩存的每一塊為64B，緩存共分8組。

　　（1）寫出主存與緩存的地址格式。（地址碼長度及各字段名稱與位數）。（5分）

　　（2）假定Cache的存取周期為20ns，命中率為0.95，希望采用Cache后的加速比大于10，

　　那么要求主存儲器的存取速度應大于多少？（10分）