计算机系统结构试卷及答案

这是今年的成人高考期末试卷，答案是网上搜后整理的，大家可以参考一下。
课程名称：计算机系统结构学期 2020 年秋季试卷
一、名词解释
1、虛拟机:
虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。
2、系列机: 系列机指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列不同型号的计算机。3、兼容机: 兼容机，就是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
4、流水线技术: 将一个重复的时序过程，分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行。
5、单功能流水线: 一条流水线只能完成一种固定的功能，这种流水线称为单功能流水线
二、问答题
1、区别不同指令集结构的主要因素是什么?根据这个主要因素可将指令集结构分为哪3类?
答：区别不同指令集结构的主要因素是CPU中用来存储操作数的存储单元。据此可将指令系统结构分为堆栈结构、累加器结构和通用寄存器结构。
2.简述CISC指令集结构功能设计的主要目标。从当前的计算机技术观点来看，CISC 指
令集结构的计算机有什么缺点?
答：主要目标是增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现，并且指令的数量也是越来越多。
缺点：

CISC结构的指令集中，各种指令的使用频率相差悬殊。
2）CISC结构指令的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。
3）CISC结构指令集的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。
4）CISC结构的指令集中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。
在CISC结构的指令集中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。
3.简述RISC指令集结构的设计原则。
(1)指令条数少，指令功能简单。
（2）采用简单而又统一的指令格式，并减少寻址方式
（3）指令的执行在单周期内完成。
（4）采用load-store结构。
（5）大多数指令都采用硬连逻辑来实现。
（6）强调优化编译器的作用，为高级语言程序生成优化的代码。
（7）充分利用流水技术来提高性能
4.用什么方法可以提高向量处理机的性能。
（1）设置多个功能部件，使它们并行工作。
（2）采用连接技术，加快一串向量指令的执行。
（3）采用循环开采技术，加快循环的处理。
（4）采用多处理机系统，进一步提高性能。
5、指令动态调度的优点
（１）能够处理一些编译时情况不明的相关（如涉及存储器访问的相关），并简化了编译器；
（２）能够使本来是面向某一流水线优化编译的代码在其他动态调度的流水线上也能高效运行
6、简述Tomasulo算法的基本思想。
答：Tomasulo算法的基本思想是只要操作数有效，就将其取到保留站，避免指令流出时才到寄存器中取数据，这就使得即将执行的指令从相应的保留站中取得操作数，而不是从寄存器中。指令的执行结果也是直接送到等待数据的其他保留站中去。因而，对于连续的寄存器写，只有最后一个才真正更新寄存器中的内容。一条指令流出时，存放操作数的寄存器名被换成为对应于该寄存器保留站的名称（编号）。指令流出逻辑和保留站相结合实现寄存器换名，从而完全消除了数据写后写和先读后写相关这类名相关。
三、计算题
某台主颇为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：

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

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