系統(tǒng)分析師計算機組成與體系結構

1、 參考答案： C第 20 題：481216參考答案： A浮點數加法流水線運算器依次由減階、對階、 (21) 和尾結果規(guī)格化四 個部件組成。設每個部件處理時間 T相等， T=2ns。當處理兩個浮點數向量和 Aiv/sub=Bvsubiv/sub+Civ/sub(i=O ，1，11)時，所需要的總 時間為 (22) ns，平均吞吐率為(23) 分量/ns，流水線加工效率為(24)。從開始算起，流水加工部件經過(25)ns，就能得到前七個分量的結果。第 21 題：減尾移位尾加階加 參考答案： C第 22 題： TOC o 1-5 h z 1O2O3O4O第 23 題：0.10.20.30.4參考答案

2、： D第 24 題：0.10.20.30.8參考答案： D第 25 題：10203040參考答案： B第 26 題：下面關于超級流水線的論述中，正確的是 。超級流水線用增加流水線級數的方法縮短機器周期超級流水線是一種單指令流多操作碼多數據的系統(tǒng)結構超級流水線配置了多個功能部件和指令譯碼電路，采用多條流水線并行處理超級流水線采用簡單指令以加快執(zhí)行速度參考答案： A采用流水線技術的CPU使用指令重疊的辦法，即在一條指令還沒有處理完時，就 開始處理下一條指令。 典型的流水線將每一條機器指令分成 5步，即取指、譯碼、 取操作數 （或譯碼 2） 、執(zhí)行、回寫。在理想條件下，平均每個時鐘周期可以完成 一條

3、指令。而所謂“超級流水線處理”是將機器指令劃分為更多級的操作，以減 輕每一級的復雜程度， 增加流水線級數來提高頻率。 在流水線的每一步中， 如果 需要執(zhí)行的邏輯操作少一些，則每一步就可以在較短的時間內完成。 對于 超級流水線結構，其中指令部件可以只有一套，也可以有多套獨立的執(zhí)行部件。 雖然每個機器周期只能流出一條指令，但它的周期比其他機器短。某計算機的cache采用相聯映像，cache容量為16千字節(jié)，每塊8個字，每 個字32位，并且將cache中每4塊分為一組。若主存最大容量為 4GB&按字節(jié) 編址，則主存地址應為 (27) 位，組號應為 (28) 位。若 cache 的命中 率為 0.95

4、 ，且 cache 的速度是主存的 5 倍，那么與不采用 cache 相比較，采用 cache 后速度大致提高到 (29) 倍。第 27 題： TOC o 1-5 h z 24323640參考答案： B第 28 題：5678參考答案： C第 29 題：3.333.824.174.52參考答案： C內存地址從ACOOOH到C7FFFH共有 (30) K個地址單元，如果該內存 地址按字 (16bit) 編址，由 28 片存儲器芯片構成。 已知構成此內存的芯片每片有 16K個存儲單元，則該芯片每個存儲單元存儲(31) 位。第 30 題：96112132156參考答案： B第 31 題：481624參

5、考答案： AC7FFFFH-AC000H=1BFF,把 1BFFFH專換為 10 進制數得到 114687,再化為 K, 即114687/1024=112已知是內存地址按字(16bit)編址，則共有112KX 16位。 該內存由28片存儲器芯片構成，每片有16K個存儲單元，則該芯片每個存儲單 元存儲(112K X 16)/(28 X 16K)=4 位。計算機可以按照指令流和數據流來分為四類。 傳統(tǒng)的順序處理的計算機屬于 (32) 類。其余三類都是計算機體系結構中發(fā)展并行性的產物，在處理器操作 級并行的并行處理機屬于 (33) 類，在指令、任務級并行的多處理機系統(tǒng)屬 于 (34) 類。多處理機系

6、統(tǒng)可以由多個處理機通過互聯網絡與共享存儲器連 接構成，這類系統(tǒng)的互聯網絡的基本形式按其結構和設備由簡到繁排序是 (35) ，按其系統(tǒng)傳輸率由高到低排序是 (36)。第 32 題： TOC o 1-5 h z MIMDMISDSIMDSISD參考答案： D第 33 題：MIMDMISDSIMDSISD參考答案： C第 34 題：MIMDMISDSIMDSISD參考答案： A第 35 題：多級互聯網絡、交叉開關結構、總線結構交叉開關結構、多級互聯網絡、總線結構總線結構、交叉開關結構、多級互聯網絡總線結構、多級互聯網絡、交叉開關結構參考答案： D第 36 題：多級互聯網絡、交叉開關結構、總線結構交叉

7、開關結構、多級互聯網絡、總線結構總線結構、交叉開關結構、多級互聯網絡多級互聯網絡、總線結構、交叉開關結構參考答案： B計算機可以按照指令流和數據流來分為 4 類，詳細情況請參考試題 1 的分析。 傳統(tǒng)的順序處理的計算機是單指令流單數據流的，屬于SISD類。有多個處理器可并行操作的并行處理機， 仍為單指令流， 但可有多數據流， 多個處理器由單 指令部件按照同一指令流的要求對分配給它們的不同數據進行操作，屬于 SIMD 類。在指令、 任務級并行的多處理機系統(tǒng)則可同時執(zhí)行多條指令流， 對多種數據 進行操作，屬于MIMD類。多處理機系統(tǒng)中多個處理機間的互聯網絡可有多種不同的形式。 其中利用總線結構互聯

8、設備最簡單， 但因要分時使用總線， 所以 系統(tǒng)傳輸率最低。 多級互聯網絡的結構和設備相對于總線結構來說要復雜， 但其 系統(tǒng)傳輸率較高。 還有一種交叉開關結構， 相對前兩種來說所需結構和設備最復 雜，但系統(tǒng)傳輸率最高。某流水線浮點加法器分為 5 級，若每一級所需要的時間分別是6ns、7ns、8ns、9ns和6ns,則此流水線的最大加速比為(37)。若每一級的時間均為7ns,則最大加速比為(38)。第 37 題：2.04.04.55.2參考答案： B第 38 題：4.15.05.66.2參考答案： B流水線技術把一件任務分解為若干順序執(zhí)行的子任務, 不同的子任務由不同的執(zhí) 行機構負責執(zhí)行, 而這些

9、機構可以同時并行工作。 在任一時刻, 任一任務只占用 其中一個執(zhí)行機構,這樣就可以實現多個任務的重疊執(zhí)行,以提高工作效率。(1) 指令流水線計算機中一條指令的執(zhí)行需要若干步,通常采用流水線技術來實現指令的執(zhí)行，以提高CPU生能。典型的指令執(zhí)行共分7個階段：計算 指令地址，修改程序計數器PC取指，即從存儲器中取出指令；指令譯碼： 計算操作數地址；取操作數：執(zhí)行指令：保存結果。對指令執(zhí)行階段的 劃分也可以把取指作為第一階段, 其他階段順序前移, 而在最后一個階段計算下 一條指令的地址。若假定指令執(zhí)行的各個階段的執(zhí)行時間相同，都是一個周期。 執(zhí)行一條指令就需要花費 7 個周期的時間。采用流水線技術以

10、后，當滿負荷時， 每個周期都能從流水線上完成一條指令， 生能約改善到原來的 7 倍。實際上， 流 水線技術對生能的提高程度取決于其執(zhí)行順序中最慢的一步。 例如，在指令執(zhí)行 的 7 個階段中， 如果訪問存儲器需要 4個周期， 而其他操作只需一個周期， 一條 指令的執(zhí)行共需訪存三次再加上 4 個單周期的執(zhí)行段，所以共需要 16 個周期。 采用流水線以后，由于受限于訪存操作， 4 個周期才能完成一條指令的執(zhí)行，因 此生能提高到原來的 4 倍。(2) 運算操作流水線 計算機在執(zhí)行各種運算操作時也可以應用流水線技術來提高運算速度。 例如執(zhí)行浮點加法運算， 可 以把它分成 3 個階段： 對階、尾數相加和結

11、果規(guī)格化。 流水線的 3 個階段用鎖存 器進行分割， 鎖存器用來在相鄰兩段之間保持處理的中間結果， 以供下一階段使 用。這樣在滿負荷時，該流水線可以同時處理 3 條浮點加法指令。流水線的關鍵之處在于重疊執(zhí)行。 為了得到高的生能表現， 流水線應該滿負荷工作， 即 各個階段都要同時并行地工作。 但是在實際情況中， 流水線各個階段可能會相互 影響，阻塞流水線，使其生能下降。阻塞主要由以下兩種情形引起：執(zhí)行轉移指令和共享資源沖突。 (1) 轉移指令的影響 通常在順序執(zhí)行指令的情況 下，當CPU取一條指令時，流水線的地址計算部件可以獨立地把當前PC值加上當前指令長度來計算下一條指令的地址， 從而可以并行

12、地工作， 但是當流水線執(zhí) 行一條轉移指令時， 就會引起流水線的阻塞。 因為在該轉移指令完成之前， 流水 線都不能確定出下一條指令的地址。 所以為了保證指令的正確執(zhí)行， 必須把取指 段和指令地址計算段互鎖。 在取出轉移指令后， 立即鎖住指令地址計算段， 直到 轉移指令執(zhí)行完成。 互鎖階段流水線處于等待狀態(tài)， 不能滿負荷工作， 因而性能 下降。 (2) 共享資源訪問沖突 當多條指令以流水線方式重疊執(zhí)行時， 由于可能會引起對共享的寄存器或存儲器資源訪問次序的變化， 因此將導致沖突， 這種情況又稱為數據相關。為了避免沖突，就需要把相互有關的指令進行阻塞， 這樣就會引起流水線效率的下降。 一般說來指令流

13、水線級數越多， 越容易導致數 據相關，阻塞流水線。 在流水線中，因為在同一時刻，有多個任務在重疊 地執(zhí)行，雖然完成一個任務的時間與單獨執(zhí)行該任務相近 (甚至由于分段的緣故， 可能更多一些 ) ，但是從整體上看完成多個任務所需的時間則大大減少。由給定條件可知，如 果 不采用 流 水線方 式，則平均 一條指 定的執(zhí)行時 間為 6+7+8+9+6=36ns而采用了流水線后，平均一條指定的執(zhí)行時間為9ns(取五級中時間最長的那一級 ) ，因此最大加速比為 36/9=4。 若每一級的時間均為 7ns,則加速比為7X 5/7=5。編號為0、1、1、3、15的16個處理器，采用單級互聯網絡連接。當互 聯函數

14、為Cube3時，11號處理器連接到(39) 號處理器上。若采用Shuffle互聯函數，則 11 號處理器應連接到 (40) 號處理器上。第 39 題：2 TOC o 1-5 h z 379參考答案： B第 40 題：25711參考答案： C目前，除了傳統(tǒng)的串口和并口外，計算機與外部設備連接的標準接口越來越多。例如， (41) 是一種連接大容量存儲設備的并行接口， 數據寬度一般為32 位，且允許設備以雛菊鏈形式接入； (42) 是一種可熱插拔的高速串行 設備接口， 也可允許設備以雛菊鏈形式接入；(43) 則用來連接各種卡式設備，已廣泛使用于筆記本電腦。第 41 題：VESAUSBSCSIPCI參

15、考答案： C第 42 題：PCMCIAUSBSCSIEISA參考答案： B第 43 題： A.PCMCIAVESAEISAPCI參考答案： A根據外部設備與 I/O 模塊交換數據的方式可以分為串行和并行接口兩種。 串行接 口一次只能傳送 1 位信息，而并行接口一次就可傳送多位信息 ( 一般為 8 的倍 數) 。串行通信又可分為異步通信方式和同步通信方式兩種。并行接口數據傳輸 率高，控制簡單，通常用于高速數據通道接口；但是所需連線很多，不適于遠距 離傳送。串行通信連線少，適于長距離傳送；但是控制復雜而且傳輸速度較慢。 常見的設備接口有以下幾種： (1)ST506 接口 主要用于溫盤， 結構簡單，

16、 只完成磁盤信息的讀寫放大， 把數據的編碼解碼、 數據的格式轉換等功能都留給 I/O模塊處理。其傳輸速率為5Mb/s7Mb/s,最多可支持2個硬盤，最大支持盤 空間為 150MB。(2)ESDI 接口 一種通用的標準接口，不僅適用于小型溫盤，還適用于磁帶機和光盤存儲器。 該接口除了完成信息的讀寫放大外， 還要完 成數據的編碼解碼。數據傳輸率 5Mb/s10Mb/s，最多可支持4個硬盤，硬盤空 間最大可達600MB(3)IDE接口分為普通IDE和增強型IDE(EIDE)接口。普通1DE數據傳輸率不超過1.5Mb/s，數據傳輸寬度為8位，最多可連接4個 IDE 設備，每個 IDE 硬盤容量不超過

17、528MB。 EIDE 接口數據傳輸率可達 12Mb/s18Mb/s，數據傳輸寬度32位，最多可連接4個IDE設備，每個IDE硬 盤可超過 528MB。(4)SCSI 接口 數據寬度為 8 位、16 位和 32 位，是大容量存儲設備、音頻設備和 CD-RO驅動器的一種標準。SCSI接口通常被看作是 一種總線，可用于連接多個外設，這些 SCSI設備以雛菊鏈(Mode daisy chain) 形式接入，并被分配給惟一的ID號(07)，其中7號分配給SCSI控制器。某些 SCSI控制器可以提供多達35個SCSI通道。SCSI設備彼此獨立運作，相互之間 可以交換數據，也可以和主機進行交互。數據以分組

18、消息的形式進行傳輸。 (5)PCMCIA接口PCMCIA是一種廣泛用于筆記本電腦的接口標準，體積小，擴展較方便靈活。最初PCMCIA要用于筆記本電腦擴展內存，目前常用作一種存 儲器卡接口或進行fax/modem功能擴展接口?，F在用PCMCIA弋表個人計算機儲 器卡國際協會，而PCMCIA口更名為PC card接口。PC card接口具有以下特 點：電源管琿服務，允許系統(tǒng)控制 PC card 的工作狀態(tài) (開/ 關) ，支持 3.3V/5V 電壓，可降低功耗，支持多功能卡、擴充卡的信息結構，以提高其兼容性，規(guī)定 了直接內存訪問規(guī)范，增加了一個 32 位的 card bus 接口。 (6)P1394 串行 接口 是一種高速的串行總線，用以連接眾多的外部設備。 P1394 有許多優(yōu)于 SCSI等其他外設接口的特點：數據傳輸率高、價格低且容易實現，所以不僅應用 于計算