《计算机体系结构》试卷B及答案.docx

计算机体系结构是计算机科学的重要分支，它关注计算机系统的组织、设计和实现。这份试卷主要测试学生对计算机体系结构基础知识的理解，包括计算机组成、RISC（精简指令集计算机）设计原则、计算机存储层次结构、流水线技术、Cache性能优化、程序局部性原理以及软件兼容性等方面。 1. 乘法器和加法器的物理实现属于计算机实现的内容，这通常涉及到具体的电子器件选择和微组装技术。 2. RISC机器的设计原则是减少指令数量、简化指令格式、面向高级语言优化，大多数指令通过硬连线逻辑实现，但并非所有指令都在单个时钟周期内完成，这需要流水线技术的支持。 3. 寄存器RR型计算机中，因为只有一个中间结果暂存器，所以需要频繁访问存储器。 4. 指令集仿真是指用软件方法在现有计算机上实现另一种计算机的指令集。 5. 反位序函数用于实现二进制地址编码中第k位互反的输入端与输出端之间的连接。 6. 流水线冲突包括结构冲突、数据冲突和控制冲突，不包括名冲突。 7. 全相联映像规则的失效率最高，因为它允许任意块映射到任何缓存位置。 8. 指令i和j的数据相关发生在指令j使用指令i产生的结果时。 9. 容量失效是指缓存无法容纳所有需要的数据，导致频繁替换和重新访问引起的失效。 10. 动态流水线可以在同一时间段内执行多种功能，通过改变流水线内部连接。 填空题的答案如下： 1. 指令内部并行、指令级并行 2. 直接映像、2路组相联 3. SISD、MISD、MIMD 4. 累加器、堆栈 5. 先行控制 简答题： 1. 降低Cache失效率的方法包括增大Cache块大小、提高相联度、增加Cache容量、使用Victim Cache、伪相联映像、硬件预取和编译器控制的预取。 2. 程序局部性原理是指程序执行时倾向于在较短的时间内重复访问同一块内存区域，包括时间局部性和空间局部性，前者指重复访问最近使用的指令或数据，后者指在邻近位置的连续访问。 3. 软件兼容有向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容四种，向后兼容是保证新系统能运行旧软件，是软件兼容的根本特征。 4. 在目录协议中，Cache块有共享、独占和无效三种状态。 计算题： 1. 循环中的相关分析需考虑输出相关、反相关和真数据相关。例如，`a[i]`对`a[i-1]`是反相关，`a[i]`对`c[i+1]`是输出相关，`b[i]`对`a[i-1]`和`a[i]`是真数据相关等。 2. 三级Cache的平均访问时间公式通常包含未命中率、各级Cache的访问时间以及缓存之间的通信时间。 试卷B的解答涵盖了计算机体系结构的多个核心概念，旨在检验学生对计算机硬件和软件交互的深入理解。