計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題及答案

1、2009-2010學(xué)年度第一學(xué)期 2007級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（A）（閉卷）姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：（注：考試時(shí)間為120分鐘；所有解答必須寫在答題紙上。）一、單項(xiàng)選擇題（每小題 3分，共30分）1 .在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號(hào)機(jī)器，你認(rèn)為下列（）設(shè)想是不行的？AJ新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令【B】將中斷分級(jí)由原來的 4級(jí)增加到5級(jí)【Q在CPUO主存之間增設(shè) Cache存貯器【D】將浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理法由原來的恒置“1”法，改為查表舍入法2 .對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，不透明的是（）?！続1存儲(chǔ)器采用交叉存取還是并行存取B CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路的寬度是 8位還是16位【Q采用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示還

2、是標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示【D】指令采用硬聯(lián)邏輯實(shí)現(xiàn)還是微程序?qū)崿F(xiàn)3 . 一個(gè)平衡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)該是（）。AJ 1MIPS的CPU®度【B】1MB的主存容量Cl 1Mb/s的I/O吞吐率【D】A、B和C4、（）設(shè)計(jì)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的方法?！続1由上往下【B】由下往上【Q由中間開始 【0上下同時(shí)開始5.當(dāng)今微型機(jī)中實(shí)現(xiàn)軟件移植最好的方法是（）。AJ系列機(jī)【B】兼容機(jī)【Q仿真技術(shù)10統(tǒng)一高級(jí)語言6、不能夠?qū)ο蛄繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供直接支持的是（）數(shù)據(jù)表示?！続1向量【B】堆?！綫描述符【0A和C7、采用整數(shù)邊界存儲(chǔ)技術(shù)，其主要目的是（）。AJ節(jié)約主存空間【B】提高數(shù)據(jù)的訪問速度【Q 一個(gè)主存周

3、期可取多條指令【D】一個(gè)主存周期至少可取到一條指令8、在指令的操作碼編碼方式中，優(yōu)化實(shí)用的編碼是（）。A Hufman編碼 【B】等長(zhǎng)編碼【Q Hufman擴(kuò)展編碼 【D】BC加9、流水計(jì)算機(jī)中將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開，主要是為了（）。AJ提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度【B】增加主存容量【Q解決功能部件沖突【D】解決訪存沖突10、當(dāng)N=16時(shí)，能描述4組4元交換的函數(shù)是（）。A C1+C2B C0+C1Cl C0+C2D C2+C3二、（10分）在采用通用寄存器指令集結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上得到了如下所示的數(shù)據(jù)：指令類型執(zhí)行頻率時(shí)鐘周期數(shù)ALU指令 一43%1LOAD旨令21%2STORE旨令12%2分

4、行令24%2假若編譯器優(yōu)化后能去掉50%勺ALU指令，但不能去掉其它三類指令。求優(yōu)化后的MIPS與優(yōu)化前的MIPS速率比。三、（10分）設(shè)某機(jī)器系統(tǒng)指令字長(zhǎng) 12位，每個(gè)操作碼和地址均占 3位，試提出一種分配方案，使該指令系統(tǒng)有 4條三地址指令，8條二地址指令和180條單地址指令。四、（10分）設(shè)通道在數(shù)據(jù)傳送期中，選擇設(shè)備需4.9 S,傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需 0.l So（1）其低速設(shè)備每隔 250科S發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，問最多可接多少臺(tái)這種設(shè)備？（2）若有AE共5種高速設(shè)備，要求字節(jié)傳送的間隔時(shí)間如下表所示，其時(shí)間單位為 科So若一次通信傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個(gè)字節(jié)，問哪些設(shè)備可掛在

5、此通道上？哪些則不能？設(shè)備ABCDE時(shí)間間隔（科S）0.130.10.110.20.3五、（10分）有一非線線性流水線預(yù)約表如下。功能段123456S1VVS2VVVS3VVS4V（1）求平均延遲最小的最佳調(diào)度方案；（2）畫出按最佳方案之一連續(xù)輸入3個(gè)任務(wù)的時(shí)空?qǐng)D。六、（10分）有一四段線性流水線，每功能段延時(shí)時(shí)間分別是：tkt3=4t4=4t0, At 2 = 3 tco若在這個(gè)流水線上執(zhí)行 40個(gè)任務(wù)。求實(shí)際吞吐率、效率和加速比。七、（10分）N=8結(jié)點(diǎn)的三級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。當(dāng)K1=0時(shí)，試說明輸入4號(hào)結(jié)點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)和哪些輸出結(jié)點(diǎn)相連？01234567QK0G KC2& Gn八

6、、（10分）在8個(gè)PE構(gòu)成的雙向環(huán)互連的并行處理機(jī)中，計(jì)算點(diǎn)積S= Z ai黑bi （n=8）所需要的時(shí)間。設(shè)初始化時(shí)將 A,B各分量已分配到各 PE中，且設(shè)相鄰處理單元之間傳送一次數(shù)據(jù)需要時(shí)間 t,完成一次加法需要時(shí)間？ t ,完成一次乘法需要時(shí)間 4Ato（全部試題完）武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2009-2010學(xué)年度第二學(xué)期 2007級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（A）參考答案一、（每小題3分，共30分）解:1-10: BCDCA BDCDB二、（10 分）解:Rc CPICPInew 106old 106RcCPIoldCPInew1.57 “ 0.91.73解:000X XX XXXXXX01

7、1X XX XXXXXX100000XXXXXX100111XXXXXX101000000XXX101111111XXX110000000XXX111110011XXX四、(10分）解:（1）低速設(shè)備應(yīng)接字節(jié)多路通道MIPSnewMIPSold三、（10分）64+116=1801-n -250fmax. byte TsTd4.9 0.1所以，nW 50臺(tái)，即最多可接50臺(tái) （2）根據(jù)題意，此通道為選擇通道fmax. select其中，n> 1024,應(yīng)使 select *i< 加axwelect, 所以，只有 A、C、D、E可掛在此通道上，B由此可得出通道工作周期為：T= 0.10

8、14（us）則不行。五、（10分）解:（1）狀態(tài)圖略。最佳調(diào)度方案為（3）和（1, 5）（2）輸入3個(gè)任務(wù)時(shí)空?qǐng)D略。六、（10分）解:tp-40一 40一上61 (40 -1). ：tj 6 ：t 39 3 ：t 123. ：t1_40 6 tE 二4 123 t48.8%c 40 6 4SP 二123. t1.95七、（103P4M8+3 35解:不能與輸出（5+才43 81 m5ns點(diǎn)才40、5ns= 175(MIPS )八、（10分）解:需要8次乘法，7次加法;共 14At計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)姓名：學(xué)號(hào)：、名詞解釋（每題 3分，共15分）1. Cache 2:1經(jīng)驗(yàn)規(guī)則3.同構(gòu)型多處理機(jī)5.堆

9、棧型機(jī)器2.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)4.通道處理機(jī)二、填空（每空1 分，共 20 分 ）1. 設(shè)計(jì) I/O 系統(tǒng)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是（） （、 ） 和（ ） 。2. 存 儲(chǔ) 器 層 次 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 的 基 本 依 據(jù) 是 程 序 的 （）。3. 相聯(lián)度越高， （ ）失效就越少； （ ）失效不受 Cache 容量的影響，但（ ）失效卻隨著容量的增加而減少。4. 在 虛 擬 存 儲(chǔ) 器 中 ， 一 般 采 用 （） 地 址 映 象 方 法 和（）更新策略。5. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有（） 、 （）和（）三種。在高性能單處理機(jī)的發(fā)展中，起主導(dǎo)作用的是（）。6. 在處理機(jī)中，若指令序列完成的順序

10、總是與它們開始執(zhí)行的順序保持一致，則只可能出現(xiàn)（ ）相關(guān) , 否則就有可能出現(xiàn)（ ） 、 （ ）和（ ）相關(guān)。7. 對(duì)向量的處理有（） 方式、 （） 方式、 （）方式。6 分，共 24 分）1. 任寫出三種Cache 的優(yōu)化技術(shù)，并簡(jiǎn)述其基本思想。2. 在指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮哪些主要問題？3. 數(shù)據(jù)相關(guān)有哪幾種類型？解決數(shù)據(jù)相關(guān)有哪些主要方法？4. 試以系列機(jī)為例， 說明計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、 計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。四、計(jì)算題1. 給定以下的假設(shè)， 試計(jì)算直接映象Cache 和兩路組相聯(lián)Cache 的平均訪問時(shí)間以及CPU的性能。由計(jì)算結(jié)果能得出什么結(jié)論？（1） 理想Cache

11、情況下的CPI為2.0 ,時(shí)鐘周期為2 ns,平均每條 指令訪存 1.4 次。（2） 兩者Cache容量土勻?yàn)?28 KB,塊大小都是 32字節(jié)。（3） 組相聯(lián)Cache中的多路選擇器使 CPU的時(shí)鐘周期增加了 10%（4） 這兩種Cache的失效開銷都是80 ns。（5） 5） 命中時(shí)間為 1 個(gè)時(shí)鐘周期。（6） 128 KB直接映象 Cache的失效率為1.0%, 128 KB兩路組相聯(lián)Cache 的失效率為0.7%。 （15 分）（7） 算機(jī)系統(tǒng)字長(zhǎng) 64位，包含三個(gè)選擇通道和一個(gè)多路通道，每個(gè) 選擇通道上連接了兩臺(tái)磁盤機(jī)和三臺(tái)磁帶機(jī)，多路通道上連接了了兩臺(tái)行 式打印機(jī)，兩臺(tái)讀卡機(jī)、10

12、臺(tái)終端，假定各設(shè)備的傳輸率如下：磁盤機(jī)：600 KBps,磁帶機(jī)：200 KBps,行打機(jī)：6.6 KBps ,讀卡機(jī)：1.2 KBps , 終 端：1 KBps。計(jì)算該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最大I/O數(shù)據(jù)傳輸率。（6分）（8） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用浮點(diǎn)運(yùn)算部件后使浮點(diǎn)運(yùn)算速度提高到原來的 20倍，而系統(tǒng)運(yùn)行一程序的整體性能提高到原來的10倍，試計(jì)算該程序中浮點(diǎn)操作所占的比例。（5分）4.動(dòng)態(tài)多功能流水線由 6個(gè)功能段組成，如下圖所示:其中，s1、s4、s5、s6組成乘法流水線，s1、s2、s3、s6組成加法流水線， 各個(gè)功能段時(shí)間為：s1、s3、s4、s6為At, s2、s5為？ t ,假設(shè)該流水 線的輸出

13、結(jié)果可以直接返回輸入端，而且設(shè)置有足夠地緩沖寄存器，若以最快的方式用該流水計(jì)算：n （ Ai + Bi）（其中i =1.4 , 口為連乘符號(hào)） （1）畫出其處理過程的時(shí)空?qǐng)D。（2）計(jì)算其實(shí)際的吞吐率和效率。（15分）20032004學(xué)年度第2學(xué)期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題 A答案、填空題：（）1 .由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為虛擬機(jī)器；由硬件和微程序（固件）實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為實(shí)際機(jī)器。2 .軟件和硬件在邏輯上是等效的。3 .由于軟、硬件緊密相關(guān)，軟硬界面常常是模糊不清的。4 .計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)主要是圍繞：1.提高速度，2.提高操作的并行度、重疊流水，3.分散功能，4.設(shè)置專用功能部件來進(jìn)行。5 .具有相同“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

14、”(如指令系統(tǒng)相同)的計(jì)算機(jī)可以因?yàn)樗俣?要求等因素的不同而采用不同的組成。6 . 一種“計(jì)算機(jī)組成”可以采用多種不同的“計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)”。7 .“計(jì)算機(jī)組成”反過來也會(huì)影響“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)” 。8 .計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：進(jìn)行軟、硬件的功能分配。9 .計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從多級(jí)層次結(jié)構(gòu)出發(fā)，可以分為：由上往上 由下往上和從中間開始三種不同的設(shè)計(jì)思路。10 .計(jì)算機(jī)應(yīng)用可以歸納為向上升級(jí)的四類它們分別是：(1) 數(shù)據(jù)處理(Data Processing )。(2) 2)信息處理 I Information Processing )。(3) 知識(shí)處理(Knowledge Processing )。(

15、4) 智能處理(Intelligence Processing )。二、簡(jiǎn)答題：1 .計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)(Computer Implementation ) ?:是指計(jì)算機(jī)組成的 物理實(shí)現(xiàn)，包括：處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，器件、模塊、插件、底板的劃分與連接，專用器件的設(shè)計(jì)，微組裝技術(shù)， 信號(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。2 .計(jì)算機(jī)組成(Computer Organization ) ?:是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括：機(jī)器級(jí)內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。3 .軟件的可移植性？是指軟件不用修改或只需經(jīng)少量加工就能由一 臺(tái)機(jī)器搬到另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，即同一軟件可

16、以不同的系統(tǒng)環(huán)境。4 .向上(下)兼容？：是指按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就能 運(yùn)行于比它高(低)檔的機(jī)器上。5 .向前(后)兼容？：指的是，在按某個(gè)時(shí)期投入市場(chǎng)的該型號(hào)機(jī) 器上編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行在它之前(后)投入市場(chǎng)的機(jī)器上。6 .兼容機(jī)(Compatible Machine ) ?:具有同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī) 稱為。采用兼容機(jī)的思想與采用系列機(jī)的思想實(shí)際上是一致的。7 .模擬(Simulation )：用機(jī)器語言程序解釋實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法稱 為。8 .仿真(Emulation )：用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)的方法 稱為。9 .現(xiàn)場(chǎng)片：使用戶可根據(jù)需要改變器件內(nèi)部的功能或內(nèi)

17、容，以適應(yīng)結(jié) 構(gòu)和組成變化的需要。10全用戶片：完全按用戶要求設(shè)計(jì)的用戶片稱為全用戶片。三、簡(jiǎn)述題：1 算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是什么？答：軟、硬件之間的功能分配以及對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)界面的確定。2 計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)要解決的問題是什么？答：在所希望能達(dá)到的性能和價(jià)格比的前提下，怎樣最佳、最合理地把各種設(shè)備和部件組織成為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3器件的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響？（ 1）器件的發(fā)展改變了邏輯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法。（ 2）器件的發(fā)展也使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“下移”速度加快。（ 3）器件的發(fā)展還促進(jìn)了算法、語言和軟件的發(fā)展。（ . 什么是并行性？只要在同一時(shí)刻或是在同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或

18、不同的工作，它們?cè)跁r(shí)間上能相互重疊，都體現(xiàn)了并行性。（ .CISC 指令系統(tǒng)的含義?復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，即機(jī)器指令系統(tǒng)變得越來越龐雜，這就是所謂的CISC指令系統(tǒng)。6. 什么是頁式存貯管理？頁式存貯管理是把主存空間和程序空間都機(jī)械地等分成固定大小的頁，按頁順序編號(hào)。 （頁面大小隨機(jī)器而異，一般在 512 到幾KB） 。7. 什么是向量流水處理機(jī)？向量流水處理機(jī)是將向量數(shù)據(jù)表示和流水線技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)成向量流水處理機(jī)，簡(jiǎn)稱向量流水處理機(jī)。8. 什么是相聯(lián)處理機(jī)？相聯(lián)處理機(jī)是以相聯(lián)存貯器為核心，配上必要的中央處理部件、指令存貯器、控制器和I/O 接口，就構(gòu)成一臺(tái)以存貯器操作并行為特點(diǎn)的相聯(lián)處理機(jī)

19、。18四、計(jì)算題：1.設(shè)一臺(tái)模型機(jī)有7條指令，其使用頻度為:指令I(lǐng)1使用頻度I0.05指令使用頻度0.03I I4I20.03I I50.15I30.04I I60.3II70.4求出：（1）利用哈夫曼（Huffman）壓縮技術(shù)，構(gòu)造哈夫曼樹；（2）.操作碼平均碼長(zhǎng)和擴(kuò)展碼長(zhǎng)。要求:）1與10.6 00.030.030.040.05（2） H=2.17H=2.22.如果設(shè)一個(gè)系統(tǒng)后四個(gè)中斷級(jí)，個(gè)級(jí)中斷響應(yīng)次序?yàn)?中斷級(jí)屏蔽位表哈夫曼樹節(jié)點(diǎn)為0.150.30.41->2->3->4 。見中斷處理 程序級(jí)別中斷級(jí)屏敝位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)0000第2級(jí)1000第3級(jí)1100第4

20、級(jí)1110求當(dāng)把中斷次序改為 1->4->3->2時(shí)，畫出中斷級(jí)屏蔽位表。中斷處理 程序級(jí)別中斷級(jí)屏敝位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)0000第2級(jí)1011第3級(jí)1001第4級(jí)10003 .計(jì)算流水線實(shí)際吞吐率 TP和效率y o設(shè)有兩個(gè)向量 C和D,各有4個(gè) 元素，在圖中的靜態(tài)雙功能流水線上工作。其中，1->2->3->5組成加法流水線，1->4->5組成乘法流水線。設(shè)每個(gè)流水線所經(jīng)過的時(shí)間均為At,而且流水線的輸出結(jié)果可以直接返回到輸入或暫存于相應(yīng)的緩沖寄存器中， 其延遲時(shí)間和功能切換所需要的時(shí)間都可以忽略不計(jì)。求：該流水線的實(shí) 際吞吐率TP和效率Y。

21、實(shí)際吞吐率 TP=7/ (15At) r =32%4 .計(jì)算多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)。見圖N=8多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)，求當(dāng)輸入端級(jí)控制信號(hào)為 S2S1S0=010時(shí)，輸入端為0 1 2 3 4 5 6 7時(shí)，輸出端為:23016745。0 f 1 -2 >3 f4 >5 6 fs0sis2輸入輸出5.由表達(dá)式：E= a +bx+cx 2+dx3,利用減少樹高的辦法來加速運(yùn)算，要求7 p=3 , T p =4, Sp =3/2, E p =1/2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題第一部分選擇題一、單項(xiàng)選擇題（每小題1分，共10分）在每小題的四個(gè)備答案中有一個(gè)正 確的答案，將正確答案的序號(hào)寫在題干后的括號(hào)內(nèi)）

22、1 .計(jì)算機(jī)使用的語言是（）A.專屬軟件范疇，與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)無關(guān)B.分屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)層次C.屬于用以建立一個(gè)用戶的應(yīng)用環(huán)境D.屬于符號(hào)化的機(jī)器指令2 .動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)最突出的特點(diǎn)是使（）A.數(shù)據(jù)流令牌無標(biāo)號(hào)B.需要程序記數(shù)器來實(shí)現(xiàn)C.令牌帶上標(biāo)號(hào)D.同步由門（Latch）寄存器來實(shí)現(xiàn)3 .多處理機(jī)上兩個(gè)程序段之間若有先寫后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則 （）A.可以并行執(zhí)行B.不可能并行C.任何情況均可交換串行D.必須并行執(zhí)行4 .多處理機(jī)的各自獨(dú)立型操作系統(tǒng)（）A.要求管理程序不必是可再入的B.適合于緊耦合多處理機(jī)C.工作負(fù)荷較平衡D.有較高的可靠性5 .輸入輸出系統(tǒng)硬件的功能對(duì)（）是透明的。A.操作

23、系統(tǒng)程序員B.應(yīng)用程序員C.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員D.機(jī)器語言程序設(shè)計(jì)員6 .“啟動(dòng)I/O”指令是主要的輸入輸出指令，是屬于 ()A. 目態(tài)指令B. 管態(tài)指令C. 目態(tài)、管態(tài)都能用的指令D. 編譯程序只能用的指令7 .全相聯(lián)地址映象是指()A. 任何虛頁都可裝入主存中任何實(shí)頁的位置B. 一個(gè)虛頁只裝進(jìn)固定的主存實(shí)頁位置C. 組之間是固定的，而組內(nèi)任何虛頁可以裝入任何實(shí)頁位置D. 組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入8 .()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. 松耦合多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)D. 陣列處理機(jī)9 .設(shè)16個(gè)處理器編號(hào)

24、分別為 0, 1,2,，15用Cube3互聯(lián)函數(shù)時(shí)，第10 號(hào)處理機(jī)與第 () 號(hào)處理機(jī)相聯(lián)。A.11B.8C.14D.210 . 若輸入流水線的指令既無局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則 ()A. 可獲得高的吞吐率和效率B. 流水線的效率和吞吐率惡化C. 出現(xiàn)瓶頸D. 可靠性提高第二部分 非選擇題二、填空題(每空1 分，共20 分)11 . 標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連， 合存于 ， 用于描述單個(gè)數(shù)據(jù)的 。12 . 總線仲裁算法有：靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法、固定時(shí)間片算法、 算法和算法。13 . 計(jì)算機(jī)仿真用 解釋，計(jì)算機(jī)模擬用 解釋。14 . 按弗林 (Michael J.Flynn) 的觀點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可

25、分為單指令流單數(shù)據(jù)流、 、多指令流單數(shù)據(jù)流和 四大類。15 . 要實(shí)現(xiàn)兩條指令在時(shí)間上重疊解釋，首先需要付出 ，其次，要處理好指令之間可能存在的 。16 . 與重疊機(jī)器一樣， 流水機(jī)器在遇到 指令， 尤其是 指令時(shí)，效率也會(huì)顯著下降。17 .超長(zhǎng)指令字(VLIW) 結(jié)構(gòu)是將 和兩者相結(jié)合。18 . 互連網(wǎng)絡(luò)的交換方法主要有線路交換、包交換、線路/包交換，SIMD 互連網(wǎng)絡(luò)多采用 交換，多處理機(jī)常采用 交換。19 .數(shù)據(jù)流機(jī)采用 ,執(zhí)行的操作序列取決于輸入數(shù)據(jù)的可用性；歸 約機(jī)則采用 ,執(zhí)行的操作序列取決于對(duì)數(shù)據(jù)的要求，對(duì)數(shù)據(jù)的 需求又來源于函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語言對(duì)表達(dá)式的歸納。20 .輸入輸出系統(tǒng)

26、包括輸入輸出設(shè)備、設(shè)備 及與輸入輸出操作有關(guān) 的 件。三、改錯(cuò)題(每小題2分，共10分)(下列每小題劃線部分 A、B、C中有一 處錯(cuò)誤，請(qǐng)先寫出錯(cuò)處，并在括號(hào)中寫出正確文字)21 .對(duì)操作碼進(jìn)行優(yōu)化編碼時(shí)，在了解每種指令在程序中出現(xiàn)的概率后，使用 Huffman 算AB法構(gòu)造Huffman樹，這樣獲得的 Huffman編碼是唯一的。()C22 .多處理機(jī)中，兩個(gè)程序段之間若同時(shí)有先寫后讀和先讀后寫2種相關(guān)，以交換數(shù)據(jù)為目的時(shí)，則必須并行執(zhí)行，讀寫要完全同步，允許順序串行和交換串行。()ABC23 .計(jì)算機(jī)仿真適合在兩種結(jié)構(gòu)差距大的機(jī)器間運(yùn)用。 ()ABC24 .豐存空間數(shù)相關(guān)是相間隔的兩條指令

27、之間出現(xiàn)對(duì)豐存同一單元要求先ABC()25 .由于Cache存貯器的地址變換和塊替換算法是用軟件實(shí)現(xiàn)的,因此 Cache存貯器對(duì)應(yīng)用A程序員是透明的，而且 Cache對(duì)處理機(jī)和主存間的信息交往也是透明的。()BC四、簡(jiǎn)答題(每小題6分，共30分)26 .簡(jiǎn)述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點(diǎn)。27 .簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)RISC結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù) ？28 .設(shè)Pi和Pj程序段都是一條語句，且 Pi在Pj之前執(zhí)行，試舉出 Pi和Pj間 存在3種可能的數(shù)據(jù)相關(guān)。29 .簡(jiǎn)述控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)？30 .模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場(chǎng)合是什么？五、應(yīng)用題（共30分）31 .（12分）假設(shè)某模型機(jī)共有 7條指令，7條

28、指令I(lǐng)i17使用的頻度分別為：0.35,0.25,0.20,0.10,0.04,0.03,0.03。（1）利用Huffman算法，構(gòu)造Huffman樹，并給出Huffman編碼和平均 碼長(zhǎng)。（2）給出Huffman擴(kuò)展碼編碼。32 .（10分）多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)是如何組成的？它與間接二進(jìn)制n立方體網(wǎng)絡(luò)有何差異？并畫出N=8時(shí)的多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)圖。33 .（8分）設(shè)向量A和B各有4個(gè)元素在下圖所示的靜態(tài)雙功能流水線上計(jì)4算向量點(diǎn)積 AB=£ aibi ,其中1 一2一3一5組成加法流水線，1一41 =1一5組成乘法流水線。若假定流水線的各段所經(jīng)過的時(shí)間均為t=2.5,流水線輸出可直接送回

29、輸入或暫存于相應(yīng)緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需的時(shí)間都可忽略。求出吞吐率和加速比。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每小題1分，共10分）5.B10.A1.B2.C3.B4.D6.B7.A8.C9.D二、填空題（每空1分，共20分）11 .同一存儲(chǔ)單元 類型特征12 .動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí) 先來先服務(wù)13 .微程序機(jī)器語言14 .單指令流多數(shù)據(jù)流多指令流多數(shù)據(jù)流15 .空間代價(jià)關(guān)聯(lián)16 .轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移17 .水平型微碼超標(biāo)量處理18 .線路包19 .數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)20 .控制器軟硬三、改錯(cuò)題（每小題2分，共10分）21 .（C錯(cuò)改為“不是唯一的”）22 .(C錯(cuò)改為“不允許順序串行和

30、交換串行”)23 .(B錯(cuò)改為“差距不大”)24 .(A錯(cuò)改為“相鄰”)25 .(A錯(cuò)改為“硬件”)四、簡(jiǎn)答題(每小題6分，共30分)26 .(1)簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)；(2)簡(jiǎn)化了編譯程序；(3)便于實(shí)現(xiàn)一致性校驗(yàn)；(4)能由硬件自動(dòng)變換數(shù)據(jù)類型；(5)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求；(6)為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供了支持。27 .(1)按RISC 一般原則設(shè)計(jì)；(2)邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序結(jié)合；(3)用重疊寄存器窗口 (4)指令用流水和延遲轉(zhuǎn)移；(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編 譯系統(tǒng)。28 .(1)若Pi的左部變量在 Pj的右部變量集內(nèi)，且Pi必須取出R運(yùn)算的結(jié)果來作為操作數(shù)，則稱Pi

31、“數(shù)據(jù)相關(guān)”于 R。(2)若Pj的左部變量在 Pi的右部變量集內(nèi)，且當(dāng)Pi未取用其變量的值之前，是不允許被Pj所改變，則稱 Pi “數(shù)據(jù)反相關(guān)”于Pj。(3)若Pi的左部變量也是 Pj的右部變量，且 Pj存入其算得的值必 須在Pi存入之后，則稱Pj “數(shù)據(jù)輸出相關(guān)”于 Pi。29 .控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)是：通過訪問共享存儲(chǔ)單元讓數(shù)據(jù)在指令之間傳遞；指令的執(zhí)行順序隱含于控制流中， 可以顯式 地使用專門的控制操作符來實(shí)現(xiàn)并行處理，指令執(zhí)行順序受程度計(jì)數(shù)器的控制，即受控制令牌所支配。30 .模擬與仿真的主要區(qū)別在于解釋用的語言。仿真是用微程序解釋，其解釋程序存在控制存儲(chǔ)器中，而模擬是用機(jī)器語言

32、程序解釋， 其解釋程序存在主存中。模擬靈活，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移 植，但結(jié)構(gòu)差異太大時(shí)，效率、速度會(huì)急劇下降。仿真在速度上 損失小，但不靈活，只能在差別不大的系統(tǒng)之間使用，否則效率 也會(huì)過低且難以仿真，需與模擬結(jié)合才行。五、應(yīng)用題(共30分)平均碼性=亢P/$ 與a- L國(guó) Huffman 樹4 T一步 ,31.表操作碼的Huffman碼及擴(kuò)展操作碼的編碼指令頻度（Pi）操作碼使用Huffman 編碼OP長(zhǎng)度(Li )利用 Huffman 概念的擴(kuò)展操作碼OP長(zhǎng)度(Li )I 10. 35010 02I 20. 251 020 12I 30.201 1 031 02I 40.101 1 1

33、 0 051 1 0 04I 50.041 1 1 0 151 1 0 14I 60.031 1 1 1 051 1 1 04I 70.031 1 1 1 151 1 1 1432.多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)由 n級(jí)相同的網(wǎng)絡(luò)組成，每一級(jí)都包含一個(gè)全混拓?fù)浜碗S后一列 2n-1個(gè)四功能交換單元，采用單元控制方式。多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)與間接二進(jìn)制n方體網(wǎng)絡(luò)只有兩點(diǎn)差別：前者數(shù)據(jù)流向的級(jí)號(hào)順序n-1,n-2,，1, 0,用四功能交換單元，后者數(shù)據(jù)流向相反，其級(jí)號(hào)順序0, 1，,n-1,用二功能交換單元。33.實(shí)際吞吐率為 =-7=18.7%15.：t15 25因順序方式所需時(shí)間為4父3& +3父4氏 =2

34、4& ,因此加速比 Sp=24：t/15.4=1.6(1) 30 分)解釋下列術(shù)語(1)馮 諾依曼結(jié)構(gòu)：馮 諾依曼等人于1 9 4 6年提出了一個(gè)完整的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)雛型，它由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備組成，這種結(jié)構(gòu)稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)。(2) 數(shù)據(jù)表示：數(shù)據(jù)表示研究的是計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識(shí)別，可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)類型中最常用，也是相對(duì)比較簡(jiǎn)單，用硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較容易的幾種。如定點(diǎn)數(shù)(整數(shù))、邏輯數(shù)(布爾數(shù))、浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù))、十進(jìn)制數(shù)、字符、字符串、堆棧和向量等。(3)CISC ：復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(4) 存儲(chǔ)系統(tǒng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相

35、同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來成為一個(gè)系統(tǒng)，這就是存儲(chǔ)系統(tǒng)。(5) 時(shí)空?qǐng)D：描述流水線的工作，最常用的方法是采用 “時(shí)空?qǐng)D ”。在時(shí)空?qǐng)D中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，也就是輸入到流水線中的各個(gè)任務(wù)在流水線中所經(jīng)過的時(shí)間。當(dāng)流水線中的各個(gè)功能部件的執(zhí)行時(shí)間都相等時(shí)，橫坐標(biāo)被分割成相等長(zhǎng)度的時(shí)間段。縱坐標(biāo)表示空間，即流水線的各個(gè)子過程。在時(shí)空?qǐng)D中，流水線的一個(gè)子過程通常稱為 “功能段 ” 。(6) 多功能流水線：多功能流水線( Multifunction Pipelining )是指流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接。在不同時(shí)間內(nèi)，或在同一時(shí)間內(nèi)，通過不同的連接方式實(shí)現(xiàn)不同的功能。(7

36、) 加速比：完成一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用的時(shí)間之比稱為流水線的加速比( Speedup ratio )。(8) 鏈接技術(shù)：鏈接是當(dāng)從一個(gè)流水線部件得到的結(jié)果直接送入另一個(gè)功能流水線的操作數(shù)寄存器時(shí)所發(fā)生的連接過程。換句話說，中間結(jié)果不必送回存儲(chǔ)器，而且甚至在向量操作完成以前就使用。鏈接允許當(dāng)?shù)谝粋€(gè)結(jié)果一變成可用的操作數(shù)時(shí)就馬上發(fā)出相繼的操作。(9) 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑(store and forward) 在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中包是信息流的基本單位。每個(gè)結(jié)點(diǎn)有一個(gè)包緩沖區(qū)。包從源結(jié)點(diǎn)經(jīng)過一系列中間結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。(10) 蟲蝕尋徑 (wormhole) ： 新型的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)很多采用的是蟲蝕尋徑方式， 把包進(jìn)一步分成更小的片。 與結(jié)點(diǎn)相連的硬件尋徑器中有片緩沖區(qū)。消息從源結(jié)點(diǎn)傳送到目的結(jié)點(diǎn)要經(jīng)過一系列尋徑器。2 .(20 分，每空一分)填空(1) 衡量流水線性能通常有三種主要指標(biāo)， 它們是吞吐率、 加速比和效率。(2) 按照 Flynn 分類法 ,根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的不同組織方式,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為SISD( 單指令流單數(shù)據(jù)流) 、 _ SIMD MISD MIMD 或者單指令流多數(shù)據(jù)流 多指令流單數(shù)據(jù)流 多指令流多數(shù)據(jù)流