一、(12分，每空1分)填空 （1） 在虚拟存储器中有三种地址空间，一种是应用程序员用来编写程序的地址空间，称为 ，第二种是 的地址空间，第三种是辅存地址空间，也就是磁盘存储器的地址空间。它们对应的三种地址分别是 、 和辅存地址。 （2） 按照Flynn分类法,根据指令流和数据流的不同组织方式,计算机系统的结构可以分为SISD(单指令流单数据流)、MISD、 和 。 （3） 为了满足向量计算机中运算器带宽的要求，通常有两种存储器系统结构，它们是 和 。 （4） 在CISC中，各种指令的使用频度相差悬殊，大致有以下的结果。大约有 （比例）的指令使用频度较高，占据了 （比例）的处理机时间。 （5） 我们可以把流水线分成不同的类别。多功能流水线可以分为两种，即根据它在同一时间内是否能连成多种方式，可以分为 和 。
二、（10分，每题2分）解释下列名词 (1) MIPS (2) 虫蚀寻径(wormhole) (3) 向量链接 (4) 超标量处理机 (5) 机群计算机系统
三、 问答题 1．（8分）一台模型机共有7条指令，各指令的使用频度分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%，2%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。 (1) 要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。 (2) 设计8位字长的寄存器-寄存器型指令3条，16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令4条，变址范围不小于正、负127。请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。
2．（10分）某工作站采用时钟频率f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）（4分）此计算机的有效CPI是多少 （2）（6分）假定将处理机的时钟频率f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%指令每条只需要一次存储存取，而另外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。
3．(10分)在下列不同结构的处理机上执行6×6的矩阵乘法C=A×B，计算所需要的最短时间。只计算乘法指令和加法指令的执行时间，不计算取操作数、数据传送和程序控制等指令的执行时间。加法部件和乘法部件的延迟时间都是3个时钟周期，另外，加法指令和乘法指令还要经过"取指令"和"指令译码"的时钟周期，每个时钟周期为20ns，C的初始值为"0"。各操作部件的输出端有直接数据通路连接到有关操作部件的输入端，在操作部件的输出端设置有足够容量的缓冲寄存器。 (1) (4分)处理机内只有一个通用操作部件，采用顺序方式执行指令。 (2) (6分)单流水线标量处理机，有一条两个功能的静态流水线，流水线每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期，加法操作和乘法操作各经过3个功能段。
4.（10分）假设一条指令的执行过程分为"取指令"、"分析"和"执行"三段，每一段的时间分别为△t、2△t和3△t。在下列各种情况下，分别写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。 (1)（3分）顺序执行方式。 (2)（7分）"取指令"、"分析"和"执行"重叠。
5.(10分)已知一个Cache共有4个块，每个块大小为4个字。采用直接映像方式，假设该Cache的缺失代价为8个时钟周期。初始时Cache为空，当程序执行过程中访存的字地址序列为0,7,12,9,16，8,17,0,12,2时 （1）（7分）试计算Cache的命中率 （2）（3分）计算Cache缺失（不命中）代价
6.（10分）假设一个网络的频宽为10兆位/秒，发送方开销和接收方开销分别等于230微秒和270微秒。如果两台机器相距100米，现在要发送一个1000字节的消息给另一台机器，试计算总时延。如果两台机器相距1000公里，那么总时延为多大？
7.（10分）设有下列流水线预约表：
1
2
3
4
S1
X
S2
S3
分别写出禁止表F、冲突向量C、画出状态转换图，求出最小平均延迟及流水线的最大吞吐率（假设流水线的时钟周期为τ=20ns）。
8.（10分）一台单处理机可以以标量方式运行，也可以以向量方式运行。在向量方式情况下，计算可比标量方式快9倍。设某基准程序在此计算机上运行的时间为T。另外，已知T的25%用于向量方式，其余的时间则以标量方式运行。 (1) 计算在上述条件下与完全不用向量方式条件下相比的加速比，并计算上述程序中向量化代码所占的比例 。 (2) 假设我们改进硬件使向量方式与标量方式之间的速度比加倍，试计算可达到的加速比。 (3) 如果要达到与（2）相同的加速比，用的方法是改进编译器，而不是改进硬件，那么，用向量化编译器支持同样的基准程序，其新的向量化比率是多少？