一、填空题（10分）

1、单地址指令中为了实现两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常采用＿＿寻址方式。

2、开发计算机系统并行性，一般采用＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿这三种方法。

3、设一个互连网有n个输入端和n个输出端（n=2n），则其全混洗互连函数Shuffle(bn-1bn-2…b1b0)应为＿＿＿。

4、由容量为C的cache和容量为M的主存储器构成的存储系统的总容量为＿＿＿。

5、磁盘的存储器的访问时间主要包括_____时间＿＿时间和＿＿时间。

6、对于ＣＰＵ的性能，应主要衡量它的＿＿性能，而不是峰值性能。

二、名词解释（１０分）

解释下列名词，从词意、用途、原理及特征待方面说明。

1、 ＳＰＥＣ

2、 冯、诺依曼结构

3、 ＭＩＭＤ

4、 Tomasulo

5、 共享虚拟存储器

三、简答题（１０分）

1、在输入输出系统中，ＤＭＡ方式是否可以替代中断方式？

2、人们为什么要开发推理机等各种新型计算机系统结构？

3、指令流水线中为什么要调度指令？怎样进行指令调度？

4、总线中为什么要采用消息传送方式传输数据（如ＰＣＩ）？

5、浮点数的阶码为什么通常采用移码？

四、计算题

1、已知Ｘ和Ｙ的二进制为Ｘ＝-0011，Ｙ＝0110,用布斯乘法计算[Ｘ＊Ｙ]补。（结果为８位，本题６分）

2、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，而系统运行一程序一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的比例。（４分）

3、一个组相联映象Ｃache由６４个存储块构成，每组包含４个存储块，主存包含４０９６个存储块，每块由此１２８字组成，访存地址为字地址。（８分）

（1） 求一个主存地址有多少位？一个cache地址有多少位？

（2） 计算主存地址格式中，区号、组号、块号和块内地址字段的位数。

4、设cache的块长为１字（３２位），存储器总线宽度为１字，cache的失效率为１５％，每条指令平均访存1.2次，cache命中时指令执行时间为２个周期，cache的失效率时间为８个时钟周期。（１２分）

（1） 求指令平均执行时间。

（2） 如果将块长改为２字后，失效率降低到１０％，求指令平均执行时间。

（3） 在（２）的基础上，对存储器采用２路多体交叉技术，求指令平均执行时间。

（4） 在（２）的基础上，将总线宽度改为６４位，求指令平均执行时间

5、假定硬盘传输数据以３２位的字为单位，传输速度为１MB/S，CPU的时钟频率为５０MHZ.（３＋３＋４＝１０分）

（1） 采用程序查询的输入输出方式，一个查询操作需要１００个时钟周期，求ＣＰＵ为Ｉ／Ｏ查询所花费的时间比率，假定进行足够的查询以避免数据丢失。

（2） 采用中断方法进行控制，每次传输的开销（包括中断处理）为１００个时钟周期，求ＣＰＵ为传输硬盘数据花费的时间比重。

（3） 采用ＤＭＡ控制器进行输入输出操作，假定ＤＭＡ的启动操作需要１０００个时钟周期，ＤＭＡ完成时处理中断需要５００个时钟周期，如果平均传输的数据长度为４ＫＢ，问在硬盘工作时处理器将用多少时间比率进行输入输出操作，忽略ＤＭＡ申请使用总线的影响。

6、 设计题

    设有一台简单计算机的指令系统共用１０条指令，各指令的使用频率如下：

Ｉ１ ２０％， Ｉ２ ２０％， Ｉ３２０％， Ｉ４ ２０％， Ｉ５２０％， Ｉ６２０％， Ｉ７２０％，Ｉ８２０％，Ｉ９ ２０％，Ｉ１０２０％，

（1） 用哈夫曼编码设计这１０条指令的操作码，并计算操作码的平均长度；

（2） 设计只有两种长度，且平均长度不大于3.20位的等长扩展操作码，并计算操作码平均长度。（５＋５＝１０分）

7、 分析题

1、 下列程序中存在哪些相关？将下列RISC循环程序展开２次，并重新安排指令以避免流水方式执行中的停顿现象，数据访问指令LW的执行部件是两级流水线，定点加法部件有前向专用通道，转移指令后有一个延迟槽，假定循环次数N为3的倍数，流水线每个时钟周期启动一条指令，并有寄存器＄12，＄14，＄16，＄18可供使用。（12分）

copy:lw$10,1000($20)

sw$10,2000($20)

addi $20,$20,-4

bne $20,$0,copy

17、 画出16个输入输出和16个输出端口的网络的结构。（8分）