计算机体系结构优化与Cache性能分析

本资源是一份关于计算机体系结构和性能评估的大题合集，主要涉及1999年至2005年间针对CPU设计和Cache系统性能分析的典型问题。第一部分讨论了两个不同CPU的设计，CPU1和CPU2，它们通过不同的指令组合实现条件转移。CPU1使用两条指令分别完成比较和转移，而CPU2将这两者合并为一条。尽管CPU1的转移指令需要额外的时间，但由于有更高比例的比较指令，其整体时钟周期实际上更快10%，但通过计算得出结论，CPU2的性能更优。 第二部分考察了一个2路组关联的Cache系统，包括回写和写分配策略。计算涉及Cache命中率、存储器访问延时和数据传输速率，通过这些参数计算平均存储访问时间。通过回写次数和回写代价的计算，结果显示平均访问时间为1.723个时钟周期。 最后，针对一个基本整数流水线，代码序列中的指令执行情况被详细分析。首先，展示了在无旁路机构时，流水线的状态图，强调了先写后读的策略和转移指令的冲刷处理。接着，当引入旁路硬件结构时，流水线状态图再次绘制，考虑了硬件如何加速指令的执行流程。 这些题目旨在测试考生对处理器架构、指令执行效率、Cache系统管理和优化的理解，以及他们能否根据给出的条件进行精确的性能分析和设计决策。解答这些问题需要扎实的理论基础和实践经验，能够灵活运用计算机体系结构原理解决实际问题。