一、（10分）

　　有三个Cache存储器，每个由4个Block组成，每个Block只有一个字，第一个Cache存储器采用全相连映象，第二个Cache存储器采用2-way组相连映象，第三个Cache存储器采用直接相连映象。下面是程序执行过程中的Block地址流。

　　0，8，0，6，8

　　请计算三种结构的缺失次数各为多少？

　　二、（10分）

　　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时间而剩下的是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/O时间保持不变，那么5年后我们的程序要耗费多少时间。

　　三、（10分）

　　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，已知每种指令所占的比例及CPI数如下：

　　表1

　　指令类型指令所占比例CPI

　　算逻指令43% 1

　　Load指令21% 2

　　Store指令12% 2

　　转移指令24% 2

　　求上述情况下的平均CPI.

　　假设程序由M条指令组成。算逻运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存器中，

　　另一个必须在算逻指令执行前用Load指令从存储器中取到寄存器中。

　　因此有人建议增加另一种算逻指令，其特点是一个操作数取字寄存器，

　　另一个操作数取自存储器，即寄存器——存储器类型，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.

　　四、（10分）

　　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？

　　五、（10分）

　　假定在1000次内存访问中，在第一级Cache中有40次缺失，在第二级Cache中有20次缺失。

　　两种缺失率分别为多少？

　　六、（10分）

　　运行Solaris 2.3系统的两台SPARC 10计算机可由两种不同的互连网络连接起来，

　　通过TCP/IP通信。它们的测试结果如下（表2）：

　　表2

　　以太网ATM

　　Bandwidth from node to network 1.125MB/S 10MB/S

　　Interconnect latency 15us 50us

　　HW ltency to/from network 6us 6us

　　SW overhead sending to network 200us 207us

　　SW overhead receiving from network 251us 360us

　　从一个接点传送一个250字节的信息包到另一个接点的总时延各为多少？

　　七、（15分）

　　一动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图（图4）：

　　图4

　　其中：S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，每个功能段时间均为50ns.

　　假定该流水线的输出结果可以直接返回流水线输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器。若按照最快的方式用该流水线计算。

　　①请画出其处理过程的时空图。

　　②计算其实际吞吐率，加速比和效率。

　　八、（10分）

　　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，所有其它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%，

　　因为CPU A不需要在转移中包含分支，所以它的时钟频率是CPU B的1.25倍。

　　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？

　　九、（15分）

　　一个由高速缓冲存储器与主存储器组成的二级存储系统。已知主存容量为1MB，缓存容量为32KB，

　　采用组相联方式进行地址映象与变换，主存与缓存的每一块为64B，缓存共分8组。

　　（1）写出主存与缓存的地址格式。（地址码长度及各字段名称与位数）。（5分）

　　（2）假定Cache的存取周期为20ns，命中率为0.95，希望采用Cache后的加速比大于10，

　　那么要求主存储器的存取速度应大于多少？（10分）