本考覈說明包括三部分內容：
1．考覈說明
2．考覈內容與要求
3．試題類型及解答
1． 考覈說明
（1）考覈對象：電大計算機科學與技術專業本科生。
（2）命題依據；電大計算機科學與技術專業（本科）《計算機系統結構》課的教學大綱的要求。
（3）考覈要求：本課程面向電大計算機科學與技術專業本科生，具體考覈要求分爲3個層次(詳見考覈具體要求)：
掌握;
理解;
瞭解;
（4）考覈方式：
採用形成性考覈和期末終結性考覈相結合的方式，即期末考試與平時成績相結合的考覈方式，最終總成績達到或超?0分爲通過。平時成績（作業、教學實驗）佔20%；期末考試佔80%，爲閉卷筆試考試，時間120分鐘。
2．考覈內容與要求
以電大計算機科學與技術專業（本科）《計算機系統結構》課的教學大綱的要求爲準。教材每一章節均有教學要求與導學部分，每章後又有作業與思考題。考覈內容與要求均以教材中的具體規定爲準，在下面給出的試題類型與參考答案將能比較充分地體現出來。
2． 考覈具體要求
第一章 計算機系統結構的基本概念
掌握:計算機系統層次結構,系統結構組成、實現的定義以及三者的關係，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS和MFLOPS定義。
理解:系統結構分類，馮·諾依曼計算機特徵。
瞭解:計算機系統結構的發展，價格、應用、VLSI覈算法對系統結構的影響。
第二章 指令系統
掌握:RISC的定義與特點，減少指令平均執行週期數的方法。
理解:延時轉移技術指令取消技術，重疊寄存器窗口技術。
瞭解:指令流調整技術，RISC優化編譯技術。
第三章 存儲系統
掌握:存儲系統的定義，存儲系統的性能參數，地址映象與變換方法，替換算法，Cache存儲器工作原理，虛擬存儲器工作原理。
理解:低位交叉訪問存儲器，高位交叉訪問存儲器。
瞭解:Cache分析，Cache寫操作，分段存儲系統，緩衝對虛擬存儲系統性能的影響，替換算法實現方法。
第四章 標量處理機
掌握:流水線工作原理，時空圖，線性流水線，輸入任務連續情況下單功能、線性流水線的吞吐率、加速比和效率，超標量處理機工作原理和性能分析?
理解:輸入任務不連續情況下單功能、線性流水線的性能分析。
瞭解:超標量、超流水、超標量超流水處理機的典型結構，流水線計算機的存儲器結構，流水線中斷的控制方法，流水線技術的開發。
第五章 向量處理機
掌握:向量處理，三種向量處理方式，存儲器-存儲器結構，寄存器-寄存器結構。
理解:鏈接技術。
瞭解:向量處理機的數據結構和存取模式，協處理器，向量處理機實例。
第六章 互連網絡
掌握:互連網絡的作用，靜態網絡，動態網絡。
理解:存儲轉發尋徑，蟲蝕尋徑，線路開關尋徑，虛擬直通尋徑。
瞭解:互連函數，虛擬通道，單播，選播，廣播，會議，通道流量，網絡通信延時
第七章 並行處理機和多處理機
掌握:共享存儲多處理機，分佈存儲多處理機，多處理機系統的特點，SIMD計算機基本結構及其優缺點。
理解:SIMD計算機的實例，多處理機實例。
瞭解:SIMD計算機的模型，並行算法，虛擬共享存儲器，多處理機性能模型，多處理機的Cache一致性，監聽協議，基於目錄的協議，MPP，SMP，機羣系統。
4．《計算機系統結構》試題類型及解答
1.(20分）解釋下列術語
(1)(2分） 互連網絡
(2)(2分） Amdahl定律
(3)(2分）分佈存儲多處理機
(4)(2分） Cache存儲器
(5)(2分） 虛擬存儲器
(6)(2分） 透明性
(7)(2分） LFU算法
(8)(2分）RISC
(9)(2分） 超標量處理機
(10)(2分） 寄存器-寄存器結構
[解答]
(1) 互連網絡: 互連網絡是一種由開關元件按照一定的拓撲結構和控制方式構成的網?用來實現計算機系統內部多個處理機或多個 功能部件之間的小相互連接.
(2) Amdahl定律: 系統中某一部件由於採用某種更快的執行方式後整個系統性能的提高與這種執行方式的使用頻率或佔總執行時間的比例有關。
(3) -(10)略.
考覈的知識點： (1) 計算機系統結構研究的一些基本問題及其概念.
2.(20分，每空一分）填空
(1) 按照Flynn分類法,根據指令流和數據流的不同組織方式,計算機系統的結構可以分爲_____、_____、_____和_____。
(2) 在CISC中，各種指令的使用頻度相差懸殊，大致有以下的結果。大約有_____（比例）的指令使用頻度較高，佔據了_____（比例）的處理機時間。
(3) 訪問的局部性原理分爲_____的局部性和_____的局部性兩種。
(4) 根據所採用的地址映象和地址變換方法的不同，目前採用的虛擬存儲器主要覎____、_____和_____三種。
(5) 從不同的角度，我們可以把流水線分成不同的類別。如果根據流水線各功能段是否有反饋信號來劃分，可以分爲_____和_____；多功能流水線可以分爲兩種，即根據它在同一時間內是否能連成多種方式，可以分爲_____和_____。
(6) 互連網絡可以分爲_____和_____兩大類，其中前者的各節點間有專用的連結通路，且在運行中不能改變，而後者則設有有源開關，可以對通路進行重組。消息尋徑方式包括兩種，即線路交換和包交換。其中包交換又包括_____、_____和_____等方式。
[解答]
（1） SISD SIMD MISD MIMD或者單指令流單數據流 單指令流多數據流 多指令流單數據流 多指令流多數據流（答案順序可以不同）
（2） 20% 80%
（3） 時間 空間（答案順序可以不同）
（4） 頁式虛擬存儲器 段式虛擬存儲器 段頁式虛擬存儲器（答案順序可以不同）
（5） 線性流水線 非線性流水線 靜態流水線 動態流水線 （前面兩個答案可以交換，後面兩個答案也可以交換）
（6） 靜態網絡 動態網絡 存儲轉發尋徑 虛擬直通尋徑 蟲蝕尋徑（前面兩個答案可以交換，後面三個答案也可以交換）
考覈的知識點： (1) 計算機系統結構研究的一些基本問題及其概念.
3.(15分) 設有一個兩層的存儲器層次結構：M1和M2。M1的命中率用h表示，並分別令c1和c2爲每千字節的成本，s1和s2爲存儲器容量，t1和t2爲存取時間。
(1)(7分) 在什麼條件下，整個存儲器系統的平均成本會接近於c2？
(2)(8分) 該層次結構的存儲器有效存取時間ta是多少？
[解答]（1） 整個存儲系統的平均成本爲：
不難看出：當s1/s2非常小的時候，上式的值約等於c2。即：s2<
(2) ta = h1t1 +（1 – h1）h2t2
因爲h2等於1，所以ta = ht1 +（1 – h）t2
考覈的知識點： (1) 存儲系統的平均成本與有效存取時間,
(2) 存儲系統的概念及其性能參數的計算.
4 (15分) 假設一條指令的執行過程分爲“取指令”、“分析”和“執行”三段，每一段的時間分別爲Dt、2Dt和3Dt。在下各種情況下，分別寫出連續執行n條指令所需要的時間表達式。
(1)(7分) 順序執行方式。
(2)(8分) “取指令”、“分析”和“執行”重疊。
[解答]
（1）順序執行時每條指令用時=Dt+2Dt+3Dt=6Dt，
因此n條指令所需要的時間=6n*Dt
（2）第一條指令完成需要時間=Dt+2Dt+3Dt=6Dt，由於一條指令的“取指令”和“分析”階段和下一條指令的“執行”階段重疊，因此，此後每3Dt 完成一條指令，餘下的n-1條指令用時(n-1)*3Dt.
因此n條指令所需要的時間=6Dt+(n-1)*3Dt=3(n+1)Dt
考覈的知識點： (1) 流水線的基本概念,及其與順序執行方式的比較.
(2) 簡單流水線的計算時間,效率,加速比的計算.
5 (15分）假定計算機的主存儲器按64塊組織，塊大小爲8個字。高速緩存有8個塊框。試畫出採用以下映射方法從主存儲器到高速緩存的映射關係。儘可能清楚地畫出所有的映射線。
(1)(7分) 直接映射。
(2)(8分) 全相聯映射。
[解答]（1）直接映射方式
（2）全聯想映射方式
考覈的知識點： (1) Cache的原理與組成結構，
(2) Cache與主存儲器之間的不同映射方式。
6 (15分）在下列不同結構的處理機上運行8×8的矩陣乘法C=A×B，計算所需要的最短時間。只計算乘法指令和加法指令的執行時間，不計算取操作數、數據傳送和程序控制等指令的執行時間。加法部件和乘法部件的延遲時間都是3個時鐘週期，另外，加法指令和乘法指令還要經過一個“取指令”和“指令譯碼”的時鐘週期，每個時鐘週期爲20ns，C的初始值爲“0”。各操作部件的輸出端有直接數據通路連接到有關操作部件的輸入端，在操作部件的輸出端設置有足夠容量的緩衝寄存器。
(1)(7分）.處理機內只有一個通用操作部件，採用順序方式執行指令。
(2)(8分）.單流水線標量處理機，有一條兩個功能的靜態流水線，流水線每個功能段的延遲時間均爲一個時鐘週期，加法操作和乘法操作各經過3個功能段。
[解答]
要完成上面的矩陣乘法，我們可以計算需要完成的各種操作的數量（假定A和B都是8×8的矩陣。C語言代碼如下：
int k;
for(int i=0;i<8;i++)
for(int j=0;j<8;j++)
{
sum=0;
for(k=0;k<8;k++)
{
sum+=A[i][k]×B[k][j]
}
C[i][j]=sum;
需要完成的乘法數目爲8×8×8=512次；
需要完成的加法數目爲8×8×7=448次；
下面我們分析處理機的結構會給性能帶來什麼樣的影響。
（1）順序執行時，每個乘法和加法指令都需要5個時鐘週期（取指令、指令分析、指令執行）；所以所需要的時間爲：
（2）單流水線標量處理機，採用兩功能靜態流水線時；因爲有足夠的緩衝寄存器，所以我們可以首先把所有的乘法計算完，並通過調度使加法流水線不出現停頓，所以所需要的時間爲：
考覈的知識點：
(1)流水線的基本概念,及其與順序執行方式的比較.
(2)簡單計算任務的計算過程分析.
(3)簡單流水線的計算時間,效率,加速比的計算.
