計算機體系結(jié)構(gòu)期末考試試題及答案

1、填空題1 .從2002年以來，計算機性能的年增長率下降到了約30%。其主要原因是： 大功耗問題；可以進一步有效地開發(fā)的指令級并行性已經(jīng)很少；存儲器訪問速度的提高緩慢 。2 .可移植性是指一個軟件可以不經(jīng)修改或者只需少量修改就可以由一臺計算機移植到另一臺計算機上運行。實現(xiàn)可移植性的常用方法有3種：系列機，模擬和仿真，統(tǒng)一高級語言。3 .通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)計算機在靈活性和提高性能方面有明顯的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在寄存器的訪問速度比存儲器快；對編譯器而言，能更加容易有效地分配和使用寄存器；寄存器可以用來存放變量。4 . MIPS的數(shù)據(jù)尋址方式只有 立即數(shù)尋址和偏移量尋址。5 .向量處理機的結(jié)構(gòu)由所采用

2、的向量處理方式?jīng)Q定。有兩種典型的結(jié)構(gòu)；存儲器-存儲器型結(jié)構(gòu)和寄存器-寄存器型結(jié)構(gòu)。6 . Cache-主存層次的工作由 硬件實現(xiàn)，對系統(tǒng)程序員是 透明的。7 .降低Cache不命中率最直接白方法是增加Cache的容量。不過，這種方法不但會增加成本，而且還可能增加命中時間，這種方法在片外 Cache中用得比較多。8 .大多數(shù)磁盤陣列的組成可以由以下兩個特征來區(qū)分：數(shù)據(jù)交叉存放的粒度、冗余數(shù)據(jù)的計算方法以及在磁盤陣列中的存放方式。9 . 付延和帶寬是用乘評缶互連網(wǎng)絡性能的兩個基本指標。對延包括一通信一時延樸網(wǎng)絡的延。10 計算機系統(tǒng)可分為SISDkSIMRMISD和MIMD四類，許多早期并行處理機

3、是SIMD計算機，近年來，MIMD已經(jīng)成為通用多處理機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇。這是因為MIMDM有靈活性，并且MIMDIB充分利用現(xiàn)有微處理器的性價比優(yōu)勢。判斷題1 .從計算機語言的角度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)把計算機系統(tǒng)按功能劃分成多級層次結(jié)構(gòu)，其中，第2級是操作系統(tǒng)虛擬機，第3級是匯編語言虛擬機。（錯）2 .計算機系統(tǒng)中提高并行性的3種途徑中，資源重復是在并行性概念中引入時間因素，加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得時間。（錯）3 .指令集結(jié)構(gòu)中采用多種尋址方式可能會增加實現(xiàn)的復雜度和使用這些尋址方式的指令的CPI。（對）4 .指令條數(shù)多，通常超過 200條，是設計 RISC的原則之一。（錯5 .根據(jù)流水線中各功能段之間是否有反

4、饋回路，可把流水線分為線性流水線和非線性流水線。（對）6 .在多級存儲體系中，“主存一輔存”層次的存儲管理實現(xiàn)主要由軟件實現(xiàn)。（對）7 .失效率和平均訪存時間都可評價存儲系統(tǒng)的性能，它們都和機器的硬件速度有關(guān)。（錯）8 . RAID的特點有容量大，速度快、可靠性高，同時保存數(shù)據(jù)無冗余信息。（X）9 .在多處理機的互連網(wǎng)絡中，交叉開關(guān)網(wǎng)絡屬于動態(tài)互連網(wǎng)絡。（對）10 .機群是一種價格低廉、易于構(gòu)建、可擴縮性極強的并行計算機系統(tǒng)。（對）名詞解釋1 . RISC精簡指令集計算機是一種執(zhí)行較少類型計算機指令的微處理器2 .請求字優(yōu)先調(diào)塊時，首先向存儲器請求CPU所要的請求字。請求字一旦到達，就立即送往

5、CPU讓CPUB續(xù)執(zhí)行，同時從存儲器調(diào)入該塊的其余部分。3 .單一系統(tǒng)映像包含四重含義。（1）單一系統(tǒng)。盡管系統(tǒng)中有多個處理器，用戶仍然把整個機群視為一個單一的計算系統(tǒng)來使用。（2）單一控制。邏輯上，最終用戶或系統(tǒng)用戶使用的服務都來自機群中唯一一個位置。（3）對稱性。用戶可以從任一個結(jié)點上獲得機群服務，也就是說，對于所有結(jié)點和所有用戶，除了那些具有特定訪問權(quán)限的服務與功能外，所有機群服務與功能都是對稱的。（4）位置透明。用戶不必了解真正提供服務的物理設備的具體位置。4 .陣列處理機陣列處理機也稱并行處理機 (Parallel Processor)通過重復設置大量相同的處理單元PE,將它們按一定

6、方式互連成陣列，在單一控制部件 CU控制下，對各自所分配的不同數(shù)據(jù)并行執(zhí)行同一組指令規(guī)定的操作，操作級 并行的SIMD計算機，它適用于矩陣運算。5 .數(shù)據(jù)驅(qū)動計算一種提前計算的策略只在當某一個函數(shù)需要用到某一個自變量時才驅(qū)動對該自變量的求值操作。 按需求值，是一種滯后計算的策略。數(shù)據(jù)流計算機中驅(qū)動方式的一種簡述題1 .MIPS指令實現(xiàn)的簡單數(shù)據(jù)通路中，操作分成了哪5個時鐘周期？對 MIPS的寄存器一寄存器 ALU指令和store指令請各寫出一條具體指令，并列出它們在在各個時鐘周期的具體操作。答：5個時鐘周期：取指令指令譯碼/讀寄存器執(zhí)行/有效地址計算存儲器訪問/分支完成寫回2 .簡述降低Cac

7、he失效率的方祛和原理。計算題1 .計算機系統(tǒng)中有三個部件可以改進，這三個部件的部件加速比為：部件加速比1=30;部件加速比2=20; 部件加速比3=10(1) 如果部件1和部件2的可改進比例均為 30%那么當部件3的可改進比例為多少時，系統(tǒng)加速比 才可以達到10?(2) 如果三個部件的可改進比例分別為30% 30御20%三個部件同時改進，那么系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是多少？1(1 Fi)?Si已知 S1=30, S2=20, S3= 10, Sn= 10, F1 = , F2=,得:一1Sn解：(1)在多個部件可改進情況下，Amdahl定理的擴展：10 1-(0.3

8、 0.3 F3) (0.3/30 0.3/20 F3/10)得F3=,即部件3的可改進比例為36%(2)設系統(tǒng)改進前的執(zhí)行時間為T,則3個部件改進前的執(zhí)行時間為：(+) T =,不可改進部分的執(zhí)行時間為。已知3個部件改進后的加速比分別為S1=30, S2= 20, S3= 10,因此3個部件改進后的執(zhí)行時間為：Tn0.3T0.3T 0.2T3020100.045T改進后整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間為：Tn = + =那么系統(tǒng)中不可改進部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是:0.2T0.245T0.822.有一個5段流水線，各段執(zhí)行時間均為t.其預約表如下(1)畫出流水線任務調(diào)度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。(2)分別求

9、出允許不等時間間隔調(diào)度和等時間間隔調(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 最大吞吐率。(3)若連續(xù)輸入10個任務，求這兩種調(diào)度策略的流水線實際吞吐率和加速比。解：(1)根據(jù)初始沖突向量的構(gòu)成方法，對預約表各行中打“X”的拍數(shù)求出差值，除去重復的后匯集在一 起，即得到延遲禁止表為 F = 1, 3, 6。由F可得到初始沖突向量為：C0 =根據(jù)后繼沖突向量的遞推規(guī)則C0三個后繼狀態(tài)：C1 =SHR ( 2)C2 =SHR (4)C3 =SHR (5)C1二個后繼狀態(tài)： C4 =SHR ( 2)C5=SHR (5)C2二個后繼狀態(tài)： C6 =SHR (4)C7 =SHR (5)C4一個后

10、繼狀態(tài)： C8 =SHR ( 5)Cj (CO) (CO) (C0)(C1) (C1)(C2) (C2)(C4)(100101)由后繼狀態(tài)和引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的時間間隔可得到狀態(tài)有向圖如上圖所示。調(diào)度策略一個任務5)是一(4, 5)平均5略為(2, 2, 5) 延遲時4,(4)4率為：平均延遲時間(2+5) t/2 = At(4+5) t/2 = At t(2+2+5) t/3 = 3 At t特別地，從C0出發(fā)的4, (4)也是調(diào)度策略，除第一條有向弧外，第二條有向弧個環(huán)路，該調(diào)度策略為(4)。從表中可以得到延遲時間最小的等間隔和不等間隔的調(diào)度策4, (4)和(2, 2, 5),相應的最小平均間為4At和34t ,所以流水線的最大吞吐(2)由狀態(tài)轉(zhuǎn)移有向圖可得到無沖突的任務調(diào)度策略及其平均延遲時間，如下表所示。TPAmax = 1/ ( 4At) = At TPBmax = 1/(3At) = At(3)按等間隔最優(yōu)調(diào)度策略4, (4)連續(xù)輸入10個任務時，流水線的實際吞