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清华大学2000年研究生入学考试 计算机原理和数字逻辑试题

2020-08-01 来源:好走旅游网
清华大学1999年研究生入学考试 计算机体系结构和组成原理试题

一.(10分)

有三个Cache存储器,每个由4个Block组成,每个Block只有一个字,第一个Cache存储器采用全相连映象,第二个Cache存储器采用2-way组相连映象,第三个Cache存储器采用直接相连映象。下面是程序执行过程中的Block地址流。 0,8,0,6,8

请计算三种结构的缺失次数各为多少? 二.(10分)

假设我们有一个需要运行100秒的标准程序,其中有90秒是CPU时间而剩下的是I/O占用的时间。如果在以后的5年中,CPU速度每年可以提高50%且I/O时间保持不变,那么5年后我们的程序要耗费多少时间。 三.(10分)

某台计算机只有Load/Store指令能对存储器进行读/写操作,其他指令只对寄存器进行操作。根据程序跟踪实验结果,已知每种指令所占的比例及CPI数如下:

表1

指令类型 算逻指令 Load指令 Store指令 转移指令 指令所占比例 43% 21% 12% 24% CPI 1 2 2 2 求上述情况下的平均CPI。

假设程序由M条指令组成。算逻运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存器中,另一个必须在算逻指令执行前用Load指令从存储器中取到寄存器中。因此有人建议增加另一种算逻指令,其特点是一个操作数取字寄存器,另一个操作数取自存储器,即寄存器——存储器类型,假设这种指令的CPI等于2。同时,转移指令的CPI变为3。求新指令系统的平均CPI。 四.(10分)

假定我们有一台计算机,如果所有的cache访问都命中的话,它的CPI是2.0。唯一的数据访问指令是store和load,它们占指令总数的40%,不命中损失是25个时钟周期,不命

中率是2%。如果所有的指令访问cache都命中的话,那么机器的速度是存在cache不命中的多少倍?

五(10分)

假定在1000次内存访问中,在第一级Cache中有40次缺失,在第二级Cache中有20次缺失。两种缺失率分别为多少? 六.(10分)

运行Solaris 2.3系统的两台SPARC 10计算机可由两种不同的互连网络连接起来,通过TCP/IP通信。它们的测试结果如下(表2):

表2

Bandwidth from node to network Interconnect latency HW ltency to/from network SW overhead sending to network SW overhead receiving from network 以太网 1.125MB/S 15us 6us 200us 251us ATM 10MB/S 50us 6us 207us 360us 从一个接点传送一个250字节的信息包到另一个接点的总时延各为多少?

七.(15分)

一动态多功能流水线由6个功能段组成,如下图(图4):

图4

其中:S1、S4、S5、S6组成乘法流水线,S1、S2、S3、S6组成加法流水线,每个功能段时间均为50ns。假定该流水线的输出结果可以直接返回流水线输入端,而且设置有足够

的缓冲寄存器。若按照最快的方式用该流水线计算

① 请画出其处理过程的时空图。 ② 计算其实际吞吐率,加速比和效率。 八.(10分)

假定我们正在考虑两种条件转移指令的设计方法,这两种方法如下: CPU A:先通过一条比较指令设置条件码A,再用一条分支指令检测条件码。 CPU B:比较操作包含在分支指令中。

在两种CPU中,条件转移指令都需要两个时钟周期,所有其它指令都需要一个时钟周期。在CPU A中,全部指令的20%是条件转移指令,因为每次条件转移都需要一次比较,所以比较指令约占所有指令的20%,因为CPU A不需要在转移中包含分支,所以它的时钟频率是CPU B的1.25倍。哪一种CPU更快?如果CPU A的时钟频率只是CPU B的1.1倍,结果又是多少? 九.(15分)

一个由高速缓冲存储器与主存储器组成的二级存储系统。已知主存容量为1MB,缓存容量为32KB,采用组相联方式进行地址映象与变换,主存与缓存的每一块为64B,缓存共分8组。 (1)

写出主存与缓存的地址格式。(地址码长度及各字段名称与位数)。(5分) (2)

假定Cache的存取周期为20ns,命中率为0.95,希望采用Cache后的加速比大于10,那么要求主存储器的存取速度应大于多少?(10分)

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