(2.1.28)-1.2 计算机体系结构

1.2 计算机体系结构与存储

系统本节主要考点

1、计算机体系结构分类

2、流水线技术

3、存储系统计算机体系结构分类

（1）按处理机的数量进行分类：

• 单处理系统

• 并行处理与多处理系统

• 分布式处理系统

（2）微观上按并行程度分类：Flynn分类法、冯泽云分类法、Handler分类法等等

• CISC和RISC流水线技术

流水线周期：各子任务中执行时间最长的(最慢的)子任务的执行时间。

流水线执行完n条指令所需要的时间：

Tn =执行一条指令所需时间+(n-1)*流水线周期

吞吐率：是指单位时间里流水线处理机流出的结果数。对指令而言，就

是单位时间里执行的指令数。

吞吐率：p=1/max(∆t1，∆t2，…∆tm)，即最长子过程所用时间的倒数。存储系统

1、存储器的分类：

• 按存储器所处的位置：可分为内存和外存。

• 按构成存储器的材料：可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。

• 按存储器的工作方式：可分为读写存储器和只读存储器。

• 按访问方式：可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。

• 按寻址方式：可分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。

2、随机访问存储器：

• 静态随机访问存储器（SRAM）

• 动态随机访问存储器（DRAM）存储系统

3、高速缓存

• Cache是介于CPU与主存之间的一级存储器，其容量较小，但速度较快，一般比主

存快5～10倍。

• 它的主要作用是：调和CPU的速度与内存存取速度之间的差异，从而提升系统性能。

• 它使用的是程序的局部性原理，其内容是主存局部域的副本。

• 当CPU需要读取数据时，首先判断要访问的信息是否在Cache中，如果在即为命中，

如果不在，就要按替换算法把主存中的一块信息调入Cache中。

• 替换算法有：随机替换算法、先进先出替换算法、近期最少使用替换算法、优化

替换算法等。

• CPU工作时给出的是主存的地址，要从Cache存储器中读写信息，就需要将主存地

址转换成Cache存储器的地址，这种地址的转换叫作地址映像。存储系统

• 地址映像

（1）直接映像：主存的块与Cache块的对应关

系是固定的，主存中的块只能存放在Cache存

储器的相同块号中。

优点：地址变换简单、访问速度快。

缺点：块冲突率高、Cache空间得不到充分利用。

主存地址：

例：主存容量为1MB,高速缓存容量为16KB,块的

大小为512B。

主存区号

区内块号

块内地址存储系统

• 地址映像

（2）全相联映像：主存与Cache存储器均分成

容量相同的块。允许主存的任一块可以调入Cache

存储器的任何一个块的空间中。

优点：灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全

部装满后才会出现冲突，Cache利用率高。

缺点：无法从主存块号中直接获得所对应Cache的

块号，变换比较复杂，地址变换速度慢，成本高。

主存地址：

主存块号

块内地址存储系统

• 地址映像

（3）组相联映像：是前两种方式的折衷。

将Cache中的块再分成组。组采用直接映像

方式而块采用全相联映像方式。主存的任

何区的0组只能存到Cache的0组中，1组只

能存放到1组中，依此类推。而组内的块可

以存入Cache中相同组的任一块中。

公式：

主存地址位数＝区号+组号+主存块号+块内地址

Cache地址位数＝组号+组内块号+块内地址存储系统

（1）Cache的性能分析：

设Hc为Cache的命中率，tc为Cache的存取时间，tm为主存的访问时

间，则Cache存储器的等效加权平均访问时间ta为：

ta =Hctc +（1-Hc)tm

（2）虚拟存储器实际上是一种逻辑存储器。

（3）相联存储器是一种按内容访问的存储器。存储系统

• 编址的相关计算：例（13年第5~6题）：地址编号从80000H到BFFFFH且按字节编址的内存容量为（ B）KB，若用16K X

4bit的存储器芯片构成该内存，共需（C ）片。

A.128 B.256

C.512

D.1024

A.8

B.16

C.32

D.641.2 计算机体系结构与存储系统

【12年第1题】位于CPU与主存之间的高速缓冲存储器（Cache）用于存放部分主存数据的拷贝，主存地址与Cache地址之间的

转换工作由（A ）完成。

A.硬件 B. 软件

C. 用户

D. 程序员

【12年第2题】内存单元按字节编址，地址0000A000H〜0000BFFFH共有（ D）个存储单元。

A.8192K

B. 1024K

C. 13K

D. 8K

【12年第3题】相联存储器按（ C）访问。

A.地址 B. 先入后出的方式 C. 内容

D. 先入先出的方式

【12年第5~6题】 一条指令的执行过程可以分解为取指、分析和执行三步，在取指时间t

取指

=3△t，分析时间t

分析

=2△t，执行

时间t

执行

=4△t的情况下，若按串行方式执行，则10条指令全部执行完需要（ C）△t。若按照流水方式执行，则执行完10条指令

需要（D ）△t。

（5）A.40 B.70

C.90 D.100

（6）A.20

B.30

C.40

D.45

【13年第1题】常用的虚拟存储器由（A ）两级存储器组成。

A.主存-辅存

B. 主存-网盘

C. Cache-主存

D. Cache-硬盘1.2 计算机体系结构与存储系统

【 13年第5~6题】地址编号从80000H到BFFFFH且按字节编址的内存容量为（ B）KB，若用16KX4bit的存储器芯片构成该内存，

共需（C ）片。

（5）A.128

B.256

C.512

D.1024

（6）A.8

B.16

C.32

D.64

【14年第4~5题】通常可以将计算机系统中执行一条指令的过程分为取指令，分析和执行指令3步。若取指令时间为4△t，分

析时间为 2△t。执行时间为3△t，按顺序方式从头到尾执行完600条指令所需时间为（ D）△t；若按照执行第i条，分析第i+1

条，读取第i+2条重叠的流水线方式执行指令，则从头到尾执行完600条指令所需时间为（ B）△t。

（4）A.2400

B.3000

C.3600

D.5400

（5）A.2400 B.2405 C.3000

D.3009

【14年第6题】 若用256K X 8bit 的存储器芯片，构成地址40000000H到400FFFFFH且按字节编址的内存区域，则需（ A）片芯

片。

A.4

B. 8

C. 16

D.32

【15年第2题】计算机中CPU对其访问速度最快的是（ C）。

A. 内存

B. Cache C. 通用寄存器

D. 硬盘

【15年第3题 】

Cache的地址映像方式中，发生块冲突次数最小的是（ A）。

A.全相联映像

B. 组相联映像

C. 直接映像 D. 无法确定的

1.2 计算机体系结构与存储系统

【16年第1题】 VLIW是（D ）的简称。

A.复杂指令系统计算机

B. 超大规模集成电路 C. 单指令流多数据流

D. 超长指令字

A.全相

【16年第2题】 主存与Cache的地址映射方式中，（ A）方式可以实现主存任意一块装入Cache中任意位置，只有装满才

需要替换。

A.全相联 B. 直接映射 C. 组相联

D. 串并联

【16年第5题】内存按字节编址，从A1000H到B13FFH的区域的存储容量为（ C）KB。

A. 32

B. 34

C. 65

D. 67

【17年第6题】以下关于Cache（高速缓冲存储器）的叙述中，不正确的是（A ）。

A. Cache的设置扩大了主存的容量

B. Cache的内容是主存部分内容的拷贝

C. Cache 的命中率并不随其容量增大线性地提高

D. Cache位于主存与CPU之间1.2 计算机体系结构与存储系统

【18年第3题】流水线的吞吐率是指单位时间流水线处理的任务数，如果各段流水的操作时间不同，则流水线的吞吐率是（C ）

的倒数。

A. 最短流水段操作时间

B. 各段流水的操作时间总和

C. 最长流水段操作时间

D. 流水段数乘以最长流水段操作时间

【19年第3题】 在计算机的存储系统中，（ A）属于外存储器。

A. 硬盘 B. 寄存器 C. 高速缓存 D. 内存

【20年第2题】在CPU和主存之间设置高速缓存（Cache）的目的是为了解决（B ）的问题。

A. 主存容量不足 B. 主存与外存储器速度不匹配

C. 主存与CPU速度不匹配 D. 外设访问效率

【21年第2题】以下关于RISC和CISC计算机的叙述中，正确的是（ D）。

A. RISC不用流水线技术，CISC采用流水线技术

B. RISC使用复杂的指令，CISC使用简单的指令

C. RISC采用很少的通用寄存器，CISC采用很多的通用寄存器

D. RISC采用组合逻辑控制器，CISC普遍采用微程序控制器

1.2 计算机体系结构与存储系统

【22年第2题】

设指令由取指、分析、执行3个子部件完成，并且每个子部件的时间均为△t，若采用常规标量单流水线处理机，连续执行

20条指令，共需（ C）。

A.20△t B.21△t C.22△t D.24△t

【23年第2题】

在由高速缓存，主存和硬盘构成的三级存储体系中，CPU执行指令时需要读取数据，那么DMA控制器和中断CPU发出的数

据地址是（ B）。

A.高速缓存地址 B.主存物理地址 C.硬盘的扇区地址 D.虚拟地址