計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(有詳細(xì)答案).doc

(僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn))(僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn))，一 選擇題(30分，每題2分)1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者所關(guān)心的是_所看到的的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。A)硬件設(shè)計(jì)人員B)邏輯設(shè)計(jì)人員C)機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言程序員D)高級(jí)語(yǔ)言程序員2 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高系統(tǒng)性能，應(yīng)當(dāng)注意_。A)加快經(jīng)常性使用指令的執(zhí)行速度B)要特別精心設(shè)計(jì)少量功能強(qiáng)大的指令C)要減少在數(shù)量上占很小比例的指令的條數(shù)D)要加快少量指令的速度3 重疊寄存器技術(shù)主要用于解決在RISC系統(tǒng)中因_而導(dǎo)致的問題。A)JMP指令影響流水線B)CALL指令的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)C)只有LOAD和STORE指令帶來的訪問存儲(chǔ)器不便D)存儲(chǔ)器訪問速度4 為使流水計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率高_(dá)A)各過程段時(shí)間要不同B)連續(xù)處理的任務(wù)類型應(yīng)該不同C)連續(xù)處理的任務(wù)類型應(yīng)該相同D)連續(xù)處理的任務(wù)數(shù)盡可能少5 不屬于堆棧型替換算法的是_。A)近期最少使用法B)近期最久未用法C)先進(jìn)先出法D)頁(yè)面失效頻率法6 與全相聯(lián)映象相比，組相聯(lián)映象的優(yōu)點(diǎn)是_。A)目錄表小B)塊沖突概率低C)命中率高D)主存利用率高7 一次重疊中消除指令相關(guān)最好的方法是_。A)不準(zhǔn)修改指令B)設(shè)相關(guān)專用通路C)推后分析下條指令D)推后執(zhí)行下條指令8 流水操作中，遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，采用的解決辦法有_。A)用優(yōu)化編譯器檢測(cè)，通過指令重新排序的辦法B)數(shù)據(jù)重定向技術(shù)C)延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)D)加快和提前形成條件碼9 經(jīng)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)，只能用_。A)多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)B)多級(jí)PM2I網(wǎng)絡(luò)C)多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)D)上述任何網(wǎng)絡(luò)10 蟲蝕尋徑以流水方式在各尋徑器是順序傳送的是_。A)消息B)包C)片D)字節(jié)11 超標(biāo)量處理機(jī)_A)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)分時(shí)發(fā)射多條指令B)只有一個(gè)操作部件C)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)發(fā)射多條指令D)只有一個(gè)取指部件12 流水線的技術(shù)指標(biāo)不包括_A)響應(yīng)比B)吞吐率C)加速比D)效率13 向量處理機(jī)屬于_A)SISDB)SIMDC)MISDD)MIMD14 _屬于MIMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。A)各處理單元同時(shí)受同一個(gè)控制單元的管理B)各處理單元同時(shí)接受同一個(gè)控制單元送來的指令C)多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)D)陣列處理機(jī)15 BSP計(jì)算機(jī)的并行處理機(jī)有16個(gè)處理單元，并行存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)體個(gè)數(shù)為_。A)16B)1C)32D)17二 判斷題(正確打，錯(cuò)誤打，10分，每題1分)16 ( )對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的基本單元功能，宜于用軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣可降低系統(tǒng)的成本。17 ( )處理機(jī)級(jí)流水線又稱為指令流水線。18 ( )由于RISC簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)，因此，RISC上的目標(biāo)程序比CISC上的目標(biāo)程序要短一些，程序執(zhí)行的時(shí)間就會(huì)少一些。19 ( )在存儲(chǔ)體系中，地址的映象與地址的變換沒有區(qū)別。20 ( )在滿足Cache與主存的一致性方面，寫回比寫直達(dá)法好。21 ( )Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。22 ( )采用LRU替換的Cache存儲(chǔ)器，分配給程序的Cache容量一定時(shí)，塊的大小增加，Cache的命中率將先上升，到一定時(shí)候又會(huì)逐漸降低。23 ( )陣列處理機(jī)以多個(gè)處理機(jī)構(gòu)成陣列。24 ( )SIMD計(jì)算機(jī)的算法極大地依賴于機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。25 ()解決多處理機(jī)Cache不一致性問題是基于鏈?zhǔn)侥夸浀膮f(xié)議優(yōu)點(diǎn)是限制了共享數(shù)據(jù)塊的拷貝數(shù)量。三 綜合題26 (10分)如果某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有3個(gè)部件可以改進(jìn)，則這三個(gè)部件經(jīng)改進(jìn)后的加速比分別為：S1=30，S2=20，S3=10。(1)如果部件1和部件2改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例都為30%，那么，部件3改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例為多少，才能使3個(gè)部件都改進(jìn)后的整個(gè)系統(tǒng)的加速比Sn達(dá)到10？(2)如果3個(gè)部件改進(jìn)前執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例分別為30%、30%和20%，那么，3個(gè)部件都改進(jìn)后系統(tǒng)的加速比是多少？未改進(jìn)部件執(zhí)行時(shí)間在改進(jìn)后的系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？27 (10分)一臺(tái)模型機(jī)共有7條指令，各指令的使用頻率分別為35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%。(1)要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。(2)設(shè)計(jì)8字長(zhǎng)的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長(zhǎng)的寄存器-存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于127。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指令格式，并給出各字段的長(zhǎng)度和操作碼的編碼。解：這樣，采用Huffman編碼法得到的操作碼的平均長(zhǎng)度為：H = 2(0.35+0.25+0.20) + 30.10 + 4 0.05+ 5(0.03 + 0.02) =1.6+0.3+0.2+0.25=2.3528 (10分)有一個(gè)4段流水線，如下圖所示：其中，段S1和S3的執(zhí)行時(shí)間均為200ns,段S2和S4的執(zhí)行時(shí)間均為100ns。若瓶頸段S1可使用細(xì)分方法改造，瓶頸段S3可使用并聯(lián)方法改造，對(duì)改造后的流水線，分別使用公式和時(shí)空?qǐng)D求連續(xù)流入4條指令的實(shí)際吞吐率和效率29 (10分)設(shè)向量長(zhǎng)度均為64，在Cray-1機(jī)上所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍；從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動(dòng)功能部件各1拍，問下列各指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？哪些指令不可鏈接？不能鏈接的原因是什么?分別計(jì)算出各指令組全部完成所需要的拍數(shù)。解：(1)3 條向量指令之間既沒有發(fā)生源Vi 沖突，也沒有Vi 的先寫后讀相關(guān)，又不存在功能部件的使用沖突，所以這3 條向量指令可以同時(shí)并行流水。向量指令組全部完成需要max(1+6(訪存)+1+64-1),(1+6(浮加)+1+64-1),(1+7(浮乘)+1+64-1) =72拍。(2)3 條向量指令之間沒有功能部件的使用沖突，但是在第1、2 兩條向量指令與第3 條向量指令之間有V2 及V3 的先寫后讀相關(guān)。只要讓第1 條向量指令較第2 條向量指令提前1 拍啟動(dòng)，則第1,2 兩條向量指令的第1 個(gè)結(jié)果元素就可以被同時(shí)鏈接到第3 條向量指令中。(1+7(浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1+64-1)=80(拍)。(3)第1 條向量指令與第2 條向量指令之間有V0 的先寫后讀相關(guān)，兩者可以鏈接。第3 條向量指令與第2 條向量指令之間有源向量寄存器V0 的沖突，它們之間只能串行。第3 條向量指令與第4 條向量指令之間有加法功能部件的使用沖突，它們之間也只能串行。(1+6( 訪存)+1+1+7( 浮乘)+1+64-1)+(1+6( 訪存)+1+64-1)+(1+6( 浮加)+1+64-1)=222(拍)。(4)4 條向量指令均依次有Vi 的先寫后讀相關(guān)，但無源Vi 沖突，也無功能部件的使用沖突，所以，這4 條向量指令可以全部鏈接在一起，進(jìn)行流水。(1+6(訪存)+1)+(1+14(求倒數(shù))+1)+(1+(7 浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1)+64-1=104 拍30 (10分)有一個(gè)5段流水線，各段執(zhí)行時(shí)間均為t，其預(yù)約表如下表所示。(1)列出禁止表F和沖突向量C。(2)畫出流水線調(diào)度的狀態(tài)圖。(3)分別求出允許不等時(shí)間間隔調(diào)度和等時(shí)間間隔調(diào)度的兩種最優(yōu)調(diào)度策略，以及這兩種調(diào)度策略的流水線最大呑吐率。(4)若連續(xù)輸入10個(gè)任務(wù)，求這兩種調(diào)度策略的流水線實(shí)際呑吐率和加速比。解：(1)禁止向量F=(1,3,6) (1 分)沖突向量C=(100101) (1 分)（2）(3)最小啟動(dòng)循環(huán) (2,2,5) 最小平均延遲(2+2+5)/3=3 TPmax=1/(3Dt) (1 分)最小恒定循環(huán)(4) TPmax=1/(4Dt) (1 分)（4）31 (10分)陣列機(jī)有07共8個(gè)