中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試卷

2010年A卷 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)從高到低可以分為應(yīng)用語言虛擬，操作系統(tǒng)機(jī)器級，傳統(tǒng)機(jī)器級并行性包二重含義。系列機(jī)軟件必須保證 兼容。20倍，而系統(tǒng)運(yùn)行某一程序的整體性能提高到原來的5倍，則該程序中浮點(diǎn)操所占的比例。系統(tǒng)加速比。由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，低層機(jī)器的屬性高層機(jī)器的程序員往往是。1、高級語言虛擬機(jī)，匯編語言虛擬機(jī)，微程序機(jī)器級；2、 同時(shí)性， 并發(fā)性 ；3、向后；4、 84.2%5；5、虛擬機(jī)， 透明的 ；三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有三個(gè)部件可以改進(jìn)，這三個(gè)部件的加速比如下：部件1加速比＝6； 部件2加速比＝4； 部件3加速比 123020%3的可改2？（9分） 301012.5那么系統(tǒng)加速比是多少？（6分）（1）S

1)fii Si i i （3分） f

f 1S[1(f f f )] 1 2 3 1 2

S S S1 2 3

（1分） 0.3 0.2 f12(0.30.2f 3 （2分） 3 6 4 5f312.5% （3分）1S 1（2） f f f1(1fff) 2 31

（2分）1 2 31S1

S S S1 2 3

（1分）(10.30.10.125)0.30.10.1256 4 51S 0.5751四、假設(shè)某應(yīng)用程序中有4類操作，通過該進(jìn)，各操作獲得了不同的性能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所示：操作類型程序中的數(shù)量（百萬條指令）該進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)（周期）該進(jìn)后的執(zhí)行時(shí)（周期）操作11021操作2202010操作32041該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？（3分）各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（6分）（3）4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少（用加速比的定義求解）？（6分）該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是：2 20S 2 S1 1 4

10S 4 （1分）3 111單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比是：1S 1f1

f/S1 1 1 （2分）10.040.04/21.02操作2單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比是：1S 11f2

f/S2 2 1 （2分）10.80.8/21.67操作3單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比是：1S 11f3

f/S3 3 1 （2分）10.160.16/41.1434（0分：1022020204S1012010201 （6分）2.17五、現(xiàn)有3段流水線，各段經(jīng)過的時(shí)間依次為△t，3△t，△t，330（5分）330條（5分）通過對（1）,（2）兩小題的計(jì)算比較可得出什么結(jié)論？（5分）TP n

（

為瓶頸段時(shí)間）mi1

t(n1)t ji jinmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]j當(dāng)連續(xù)輸入3條指令時(shí)3 3TP2

（1分）35t45%311t30條指令時(shí)30 15

（1分）TP 29305t392t

46t （1分）（1分）3個(gè)子段，每個(gè)子段均為tTP nmi1

t(n1)ti iinmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]i當(dāng)連續(xù)輸入3條指令時(shí)TP 3 32t 7t （1分）35t43%57t30條指令時(shí)

（1分）TP 30 155t29t 17t （1分）305t88%534t

（1分）結(jié)論：在流水線中，無論瓶頸段是否被消除2分線的指令越多時(shí)，流水線的實(shí)際吞吐率和效率才會(huì)提高。分）64CRAY-1機(jī)上所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：6拍，相乘7拍，求倒數(shù)146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？哪些指令不能鏈接？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)。V0←存儲(chǔ)器V1←V2+V3V4←V5*V6 （7）V0←存儲(chǔ)器V1←1/V0V3←V1*V2V5←V4+V3 （8）（1）3Vi沖突，也沒有Vi的先寫后讀相關(guān)分（1分3分3需要最多的拍數(shù)即可。16163711616371 17163 7272拍。（4分）2）4Vi的先寫后讀相關(guān)（1分Vi功能部件的使用沖突（1分4水（2分。（1+6+1）+（1+14+1）+（1+7+1）+（1+6+1）+63=104（拍）（4分）Cache8個(gè)塊組成0－7Cache4塊。假設(shè)Cache1,24。如果CacheLRU1Cache（3）表1全相聯(lián)映象的Cache使用過程Cache塊0Cache塊1Cache塊2Cache3

3 1 5 2 6 5 4CacheH。（2）Cache2CacheCache用過程，并標(biāo)出命中時(shí)刻。（3）表2直接映象的Cache使用過程訪存塊地址流3152654Cache0Cache1Cache2Cache3CacheH。（2）（1）表1全相聯(lián)映象的Cache使用過程 （3分）訪存塊地址流3152654Cache01111114Cache12222222Cache23333666Cache3中55中55中5（2）H=3/7=43%（2分）（3）表2直接映象的Cache使用過程訪存塊地址流3152654Cache04Cache11155555Cache22222666Cache333中33中33中3（4）H=3/7=43%

（3分）（2分）2010年B卷存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的基本依據(jù)是程序原理，它包含 兩方面。偽相聯(lián)既能獲得 cache的命中率，又能保持 的命中速度。CPU中用來存儲(chǔ)操作數(shù)的存儲(chǔ)單元主要有寄存器。將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中某一功能的處理速度提高到原來的20倍但該系統(tǒng)的處時(shí)間僅占整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采用此提高性能的方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高到原來倍。虛擬存儲(chǔ)器采映像規(guī)則，寫策略采。1、 局部性 ，時(shí)間局部性空間局部性；2、 多路組相聯(lián)， 直接映像；3、 堆棧， 累加器 ；4、 1.61；5、 全相聯(lián)，寫回策略 ；三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有三個(gè)部件可以改進(jìn)，這三個(gè)部件的加速比如下：部件1加速比＝30； 部件2加速比＝20； 部件3加速比＝10； 1230310？（9分） 30％、30203少？（6分）（1）1S fi

)fiSi i i （3分） f f fS[1(fff)]123 1 2

S S S1 2 3 0.30.3ff 3 （3分） 3 30 20f 6536% （3分）3 180（2）[1(0.30.30.2)]Tp0.3T0.3T0.2T0.2T30 20 10 0.20.30.30.2

0.230 20 10 0.20.60.91.21260 60 60 60

0.82147 （6分）3具體數(shù)據(jù)如下表所示：操作類型程序中的數(shù)量（百萬條指令）該進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)（周期）該進(jìn)后的執(zhí)行時(shí)（周期）操作11021操作2202010操作32041該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？（3分）各類操作的可改進(jìn)比例分別是多少？（4分）（3）4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少（用加速比的公式求解）？（8分）該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是：2S 2 （1分）2020S 2 （1分）S 4 （1分）3 1各類操作的可改進(jìn)比例分別是：121f10220202012020

4% （1分）f 80% （1分）2 1022020204 20 f 16% （2分）3 102202020434（0分：1S

（3分）(1i

f)i Si i 114%16%80%4%80%16%2 2 4

（2分） 10.020.40.04 （3分）2.17五、現(xiàn)有3段流水線，各段經(jīng)過的時(shí)間依次為△3t，△t，△2t，330（5分）采用重復(fù)設(shè)置瓶頸段的方式改進(jìn)該流水線，改進(jìn)后同時(shí)輸入330條指令時(shí)分別計(jì)算其吞吐率和效率。（5分）通過對（1）,（2）兩小題的計(jì)算比較可得出什么結(jié)論？（5分）TP n

（

為瓶頸段時(shí)間）mi1

t(n1)t ji jinmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]j當(dāng)連續(xù)輸入3條指令時(shí)3 3 1TP

6t2

12t

4t （1分）36t50%312t30條指令時(shí)30 10

（1分）TP

6t29

（1分）306t332個(gè)。TP n

（1分）mi1

t(n1)ti inmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]i當(dāng)連續(xù)輸入3條指令時(shí)TP 38t

36t2t （1分）36t68t （1分）38%當(dāng)連續(xù)輸入30條指令時(shí)TP 306t29t 6

（1分）7t306t635t （1分）86%結(jié)論：在流水線中，無論瓶頸段是否被消除2分線的指令越多時(shí)，流水線的實(shí)際吞吐率和效率才會(huì)提高。64CRAY-1相加6拍，相乘7146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？哪些指令不能鏈接？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)。（1）V0←存儲(chǔ)器V2←V0*V1V3←V2+V0V5←V3+V4 （8）（2）V2←V0*V1V3←存儲(chǔ)器V4←V2+V3 （7）（1）12V0（2分32V0突，它們之間只能串行（1分34功能部件的使用沖突，它們之間也只能串行（1分。（1+6+1）+（1+7+1）+63+（1+6+1）+63+（1+6+1）+63=222（拍）（4分）23條向量指令之間沒有功能部件的使用沖突1分，但是第123V2V3的先寫后讀相關(guān)（1分211，213條向量指令中（1分。 711616380（拍） （4 61Cache8個(gè)塊組成0－7Cache4塊。假設(shè)Cache4,24。如果CacheLRU1Cache（3）表1全相聯(lián)映象的Cache使用過程Cache塊0Cache塊1Cache塊2Cache3

5 1 5 2 6 3 4CacheF。（2）Cache2Cache使用過程，并標(biāo)出命中時(shí)刻。（3）表2直接映象的Cache使用過程訪存塊地址流 5152634Cache0Cache1Cache2Cache