计算机组成原理-考研试题(清华大学 1997年计算机的性能指标)

问答题（1997年清华大学）

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？

答案解析

设ICA为CPU A的指令条数，则在CPU A中各类指令的条数为：转移指令：0.20×ICA比较指令：0.20×ICA其他指令：0.60×ICA在CPU B中各类指令的条数为：转移指令：0.20×ICA比较指令：0×ICA其他指令：0.60×ICA由于除转移指令为2周期，其余指令均为1周期，所以可知:CPIA=0.20×2+0.20×1+0.60×1=1.2CPUtimeA=ICA×1.2×ClockcycletimeA = 1.2×ICA×ClockcycletimeACPIB=0.20/(0.20+0.60)×2 +0.60/(0.2+0.60)×1=1.25当CPU A的时钟频率是CPU B的1.25倍时，Clockcycletim...

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讨论

计算机组成原理

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。

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。

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______。

计算机的性能指标

假定某基准程序A在某计算机上的运行时间为100s，其中90s为CPU时间，其余为I/O时间。若CPU速度提高50%，I/O速度不变，则运行程序A所耗费的时间是【】。

下列关于计算机性能的说法，正确的是【】。

计算机的【】直接反映了机器的速度，其值越高表明机器速度越快。

CPU每秒能执行的指令条数，常用【】来描述。

【】是描述浮点数运算速度指标的术语。

计算机系统的工作效率通常用【】来度量。

计算机系统的可靠性通常用【】来评价。

【】是计算机进行运算和数据处理的基本信息单位。

通常，用于大量数据处理为主的计算机对【】要求较高。

下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是【】。

计算机系统概论

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【】。

某计算机主频为1.2GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。指令类型所占比例CPIA50%2B20%3C10%4D20%5该机的MIPS是【】。

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。

若机器M的主频为1.5Ghz，在M上执行程序P的指令条数为5×105，P的平均CPI为1.2，则P在M上的指令执行速度和用户CPU时间分别为【】。

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。

在字长为16位、32位、64位或128位的计算机中，字长为【】位的计算机数据运算精度最高。

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？

简要说明采用层次结构的存储器系统的目的，说明每一层次存储器所用的存储介质的特性，以及采用层次结构存储器能达到预期目的的原理。

说明采用层次存储器系统所追求的目标，以及能够达到这种目标是建立在什么原理之上。