问答题(1996年清华大学)

用一台40MHz的处理机执行标准测试程序,它包含的混合指令数和响应所需要的时钟周期为:

算术逻辑指令:CPI为1,占比60%

高速缓存命中的加载与存储:CPI为2,占比18%

转移指令:CPI为4,占比12%

调整缓存缺失的存储访问:CPI为8,占比10%。

求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。

答案解析

有效CPI =CPI1×60%+CPI2×18%+CPI3×12%+CPI4×10%=1×60%+2×18%+4×12%+8×10%=2.24MIPS = f/CPI×10-6 = 40×106/2....

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讨论

某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟,试问:① 此计算机的有效CPI是多少?② 假定将处理机的时钟提高到30MHz,但存储器子系统速率不变,这样,每次存储器存取需要两个时钟周期。如果30%的指令每条只需要一次存储器存取,而另外的 5%每条需要两次存储存取,还假定已知混合程序的指令数不变,并与原工作站兼容,试求改进后的处理机性能。

主频为16MHz的微处理机,平均每条指令的执行时间为两个机器周期,每个机器周期由两个时钟脉冲组成,则存储器为“零等待”时,机器运行速度为______MIPS若两个机器周期有一个访问存储器周期,需要插入两个时钟的等待时间,则机器运行速度为_______MIPS。

用于科学计算的计算机中,标志系统性能的主要参数是【 】

从用户观点看,评价计算机系统性能的综合参数是【 】

名词解释:MFLOPS

中国科学院计算机技术研究所计算机的性能指标

冯·诺依曼结构的特点是________________。

设机器字长为8,对于二进制编码10101100,如果它是某整数x的补码表示,则x的真值为______,若它是某无符号整数y的机器码,则y的真值为______。

已知某字符的 ASCII 码值用十进制表示为 69,若用二进制形式表示并将最高位设置为偶校验位,则为【 】。

对于浮点数 x=m×2i和y=w×2j,已知i>j,那么进行x+y运算时,首先应该对阶,即【 】,使其阶码相同。

通常,以科学计算为主的计算机,对【 】要求较高。

下列存储器中,汇编语言程序员可见的是【 】。

计算机系统的工作效率通常用【 】来度量。

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%,不命中的损失是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?

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,已知每种指令所占比例及CPI为:逻辑指令:CPI为1,占比43%Load指令:CPI为2,占比21%Store指令:CPI为2,占比12%转移指令:CPI为2,占比24%① 求上述情况下的平均CPI;② 假设程序由M条指令组成。算术逻辑运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存器中,另一个必须在算术逻辑指令执行前用Load指令从存储器取到寄存器中。因此有人建议增加另一种算术逻辑指令,其特点是一个操作数取自寄存器,另一个操作数取自存储顺,即寄存器-存储器型,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。

某计算机系统采用浮点运算部件后,使浮点运算速度提高到原来的20倍,而系统运行一个程序的整体性能提高到原来的5倍,试计算该程序中浮点操作所占用的比例。

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,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/0时间保持不变,那么5年后我们的程序要耗费多少时间。

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,所有其他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%。如果CPU A的时钟频率是 CPU B的1.25倍,问哪一种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?

(1)写出十进制数-11.4的规格化浮点数形式表示,具体要求是:阶码用4位二进制移码,尾数用12位原码(含数的符号);(2)写出上述格式定义的规格化浮点数所能表示的绝对值的最大和最小的正数和绝对值最大和最小的负数的值;(3)说明上述格式定义的浮点数的机器零;(4)说明浮点数中隐藏位的含义与用法。

当前流行的使用三总线(系统总线、PCI总线、ISA总线或EISA总线)结构的高档PC机中,说明3种总线的连接关系,每种总线的运行频率与数据宽度(位数)的大体数值。