武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》04級(jí)A卷B卷及答案

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2004級(jí)期末考試試卷（A）一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共20分）1.對(duì)匯編語言程序員透明的是()。A.指令寄存器B.中斷字寄存器C.通用寄存器D.條件碼寄存器2. RISC不采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是（）。A.重疊寄存器窗口B.以固件為主C.優(yōu)化編譯D.優(yōu)化延遲轉(zhuǎn)移3.對(duì)于浮點(diǎn)數(shù)，在字長(zhǎng)和表數(shù)精度一定的條件下，尾數(shù)基值越大，表數(shù)效率（）。A.變低B.變高C.不變D.單調(diào)下降4.字節(jié)多路通道的“數(shù)據(jù)寬度”是（）。A.單字節(jié)B.雙字節(jié)C.定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊D.不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊5.在有通道處理機(jī)的I/O系統(tǒng)中，用戶通過（）來向系統(tǒng)提出訪問I/O設(shè)備的申請(qǐng)？A.通道指令B.廣義指令C.無鏈通道指令D.中斷指

2、令6.在先行控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，對(duì)主存儲(chǔ)器操作優(yōu)先級(jí)最高的部件是（）。A.先行讀數(shù)棧B.后行寫數(shù)棧C.先行指令棧D.先行操作棧7.在處理數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，采用相關(guān)專用通道（旁路）技術(shù)，主要是解決（）相關(guān)。A.RAWB.WARC.WAWD.任何8.在頁式虛擬存儲(chǔ)器中，頁面失效和頁面爭(zhēng)用有可能同時(shí)發(fā)生的條件是主存中的頁面數(shù)（）。（注：下式中的p為主存地址中的實(shí)頁字段）A.大于2p頁B.等于2p頁C.小于2p頁D.不等于2p頁9.在Cache-主存系統(tǒng)中，塊沖突概率最高的地址映像方式是（）。A.全相聯(lián)映像B.直接映像C.組相聯(lián)映像D.段相聯(lián)映像10.能夠?qū)崿F(xiàn)矩陣轉(zhuǎn)置變換的單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)是（）。A.立方體B.全

3、混洗C.PM2ID.交換二、填空題（每小題2分，共20分）1在30MHz的標(biāo)量處理機(jī)上執(zhí)行一目標(biāo)程序，設(shè)每條指令的平均CPI=1.9。其CPU速率為（）MIPS？28位十六進(jìn)制IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)BE200000H，表示的十進(jìn)制數(shù)為（）。3某I/O系統(tǒng)有兩個(gè)選擇通道，每個(gè)通道上都接有速率分別為500、450、600和500（KB/S）的四臺(tái)設(shè)備。則I/O系統(tǒng)的實(shí)際流量為（）KB/S。4一模型計(jì)算機(jī)有7條指令，已知H=1.98，哈夫曼編碼的平均碼長(zhǎng)L哈=2.05（位），信息冗余量約為（）%。5某單體四字（每個(gè)字長(zhǎng)32位）的存儲(chǔ)器的訪問周期為40ns，在不考慮任何沖突的情況下，其理想頻寬為（

4、）MB/S？6在N=16個(gè)處理器的單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)互連函數(shù)為PM2-2時(shí)，第9號(hào)處理器將與（）號(hào)處理器相連？7某用戶的段頁式虛擬存儲(chǔ)器，虛地址中有2位段號(hào)、2位頁號(hào)，則該用戶共有（）個(gè)虛頁？8一標(biāo)量指令流水線，有“取指”、“譯碼”、“執(zhí)行”和“寫回”四個(gè)功能段，每段延遲分別為0.2、0.2、0.5、0.4(ns),流水線的最大吞吐率為（）MIPS？9在某頁式虛擬存儲(chǔ)器中，用散列變換方法實(shí)現(xiàn)對(duì)快表的訪問。已知虛地址中的用戶號(hào)為8位、虛頁號(hào)為12位?？毂碛?2行，每行1024位。那么，散列變換電路的輸出位數(shù)應(yīng)為（）位？10在CRAY-1型向量處理機(jī)上，設(shè)從存儲(chǔ)器讀數(shù)需6拍，打入寄存器需1拍，啟動(dòng)

5、功能部件（包括存儲(chǔ)器）需1拍。完成一個(gè)N=64的向量由存儲(chǔ)器傳送到某一向量寄存器所需要的總時(shí)間是（）拍？三、（10分）有一字節(jié)多路通道連接磁盤，磁帶，打印機(jī)三個(gè)設(shè)備，磁盤以20s的間隔向控制器發(fā)DMA請(qǐng)求，磁帶以25s的間隔發(fā)DMA請(qǐng)求，打印機(jī)以40s間隔發(fā)DMA請(qǐng)求。字節(jié)多路通道選擇設(shè)備的時(shí)間為4.5s，傳送一個(gè)字節(jié)需要的時(shí)間為0.5s。(設(shè)起始時(shí)刻三個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)出請(qǐng)求，且速率越快的設(shè)備優(yōu)先級(jí)別越高)（1）試問該通道能否正常工作?（2）畫出通道工作時(shí)的示意圖。四、（10分）設(shè)某程序包含5個(gè)虛頁，其頁地址流為4，5，3，2，5，1，3，2，2，5，1，3。（1）為獲得最高的命中率，至少應(yīng)該分配

6、給該程序幾個(gè)實(shí)頁？其可能的最高命中率為多少？（2）假設(shè)在程序執(zhí)行過程中每訪問一個(gè)虛頁，平均要對(duì)該虛頁所在主存實(shí)頁內(nèi)的存儲(chǔ)單元訪問1024次，求訪問主存存儲(chǔ)單元的命中率。五、（10分）在一個(gè)5功能段的流水線處理機(jī)上需經(jīng)9t才能完成一個(gè)任務(wù)，各段執(zhí)行時(shí)間均為t，任務(wù)處理過程對(duì)各段使用時(shí)間的預(yù)約表如下所示。T1T2T3T4T5T6T7T8T9S1S2S3S4S5(1)畫出流水線的狀態(tài)有向圖，并由狀態(tài)圖得出流水線的最優(yōu)調(diào)度策略和最大吞吐率。(2)按最優(yōu)調(diào)度策略輸入6個(gè)任務(wù)，求流水線的實(shí)際吞吐率、加速比和效率。六、（10分）在64個(gè)處理器的STARAN網(wǎng)絡(luò)中，求：（1） 網(wǎng)絡(luò)共有多少級(jí)？每級(jí)有多少個(gè)交換

7、開關(guān)？（2） 若將3號(hào)處理器連到第31號(hào)處理器，求級(jí)控信號(hào)。并說明各級(jí)開關(guān)的工作狀態(tài)。（3） 在（2）所求的級(jí)控信號(hào)下，31號(hào)處理器連到幾號(hào)處理器？七、（10分）分別計(jì)算下列兩種情況下，在8個(gè)處理單元的雙向環(huán)互連的并行處理機(jī)中，計(jì)算點(diǎn)積S=所需要的時(shí)間：（1）n=8；（2）n=16；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2t，完成一次乘法需要時(shí)間4t。八、（10分）某系統(tǒng)有3個(gè)部件可以改進(jìn)其性能，且它們改進(jìn)后的加速比分別為：30、20和10。(1)如果部件1和部件2改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)的總時(shí)間的比例均為30%，那么部件3改進(jìn)前的比例為多少時(shí)，才能使系統(tǒng)的加速比達(dá)到10

8、？(2)如果3個(gè)部件改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)總執(zhí)行時(shí)間的比例分別為30%、30%和20%，那么改進(jìn)后系統(tǒng)獲得的加速比是多少？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2004級(jí)期末考試試卷（B）一、填空題：（每空1分、共10分）1按照Flynn分類法，可將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為四類。其中SIMD是指計(jì)算機(jī)，MIMD是指計(jì)算機(jī)。2、RISC計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)有技術(shù)、采用流水和技術(shù)、在邏輯上采用硬件實(shí)現(xiàn)為主和固件實(shí)現(xiàn)為輔的技術(shù)、采用優(yōu)化編譯技術(shù)。3在組相聯(lián)的Cache地址變換過程中，若E=6位、Q=4位、B=2位、W=7位，則塊表的行數(shù)為行，每行有位（二進(jìn)制）。4有指令：DECR6;(R6)-1R6MULR6，R7;(R6)(R7)

9、R6請(qǐng)指出以上兩條指令間存在著相關(guān)和相關(guān)。5多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是指、和控制方式。二、單選題：（每小題2分、共20分）1自定義數(shù)據(jù)表示包括描述符和（）。A、標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示B、十進(jìn)制數(shù)據(jù)表示C、堆棧數(shù)據(jù)表示D、向量數(shù)據(jù)表示2通過對(duì)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的分析，IEEE754浮點(diǎn)數(shù)中尾數(shù)基值采用的是（）。、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制3在CPU系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，欲對(duì)ALU進(jìn)行加速。經(jīng)分析，已知ALU原運(yùn)行時(shí)間占40%。并將ALU的速度提高到原來的10倍。則改進(jìn)前后CPU的加速比是（）。、1.56、2.0、3.12、4.0。4非堆棧型的頁面替換算法是（）。、FIFO、LFU、LRU、OPT5一選擇通道處

10、理機(jī)上連接有速率分別為500、350、400和450(MB/S)的四臺(tái)設(shè)備，則選擇通道的實(shí)際吞吐率為（）(MB/S)。A、500B、350C、1700D、8506在頁式虛擬存儲(chǔ)器中，對(duì)于同一頁地址流，當(dāng)主存容量一定時(shí)，采用LRU替換算法，隨著頁面數(shù)的增加，主存命中率（）。、提高、降低、不變、至少不會(huì)下降7 在集中式總線控制方式中，分配速度最快、靈活性最好的控制方式是（）。、串行鏈接、計(jì)數(shù)查尋、定時(shí)查尋、獨(dú)立請(qǐng)求8設(shè)一流水線由4個(gè)子過程組成，第1、3個(gè)子過程序時(shí)間為2t，第2個(gè)子過程序時(shí)間為3t，第4個(gè)子過程的時(shí)間為4t，則流水線每隔（）流出一結(jié)果。、t、2t、3t、4t9在超標(biāo)量超流水線中，每

11、個(gè)時(shí)鐘周期（）發(fā)送多條指令。A、不同時(shí)發(fā)送B、同時(shí)發(fā)送C、分時(shí)發(fā)送D、既同時(shí)又分時(shí)10當(dāng)N=8時(shí)，蝶式函數(shù)的表達(dá)式為（）。A）B）C）D）三、應(yīng)用題：（共7題、共70分）1 將IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)BFC00000H、C0A00000H轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。（10分）2設(shè)一模型機(jī)有8條指令，它們的使用頻度如下表所示。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出指令的Huffman編碼和只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼編碼，求其平均碼長(zhǎng)和信息冗余量。（已知H=2.35）（10分）指令I(lǐng)1I2I3I4I5I6I7I8使用頻度0.30.30.20.10.050.020.020.013設(shè)主存的每個(gè)分體的存儲(chǔ)周期為2us,每個(gè)分體的字長(zhǎng)為4B，采用

12、m個(gè)分體低位交叉編址。由于各種原因，主存的實(shí)際頻寬只能達(dá)到理想頻寬的0.6倍，現(xiàn)要求主存實(shí)際頻寬為4MB/S,問主存分體數(shù)應(yīng)該取多少？（10分）4某處理機(jī)的指令字長(zhǎng)為16位，有雙地址、單地址和零地址指令三類，每個(gè)地址碼長(zhǎng)為6位。如果雙地址指令有15條，單地址和零地址指令的條數(shù)基本相同，那么單地址和零地址指令各有多少條？并為這三類指令分配操作碼。（10分）span style=; z-index:1; left:0px; margin-left:135.6667px; margin-top:29.2000px; width:429.0000px; height:97.0000px; 5有一浮點(diǎn)乘

13、法流水線如下圖所示。畫出在該流水線上實(shí)行ABCD運(yùn)算的時(shí)空?qǐng)D，并求其實(shí)際吞吐率和效率。（10分）6已知有一非線性流水線的原始沖突向量為(10001101)，試畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并求出平均延遲最小的最佳調(diào)度方案。（10分）7在CRAY-1型向量處機(jī)上，V為向量寄存器，長(zhǎng)度為64；S為標(biāo)量寄存器。所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：加法需6拍，乘法需7拍，從存儲(chǔ)器讀數(shù)需6拍，求倒數(shù)近似值需14拍，打入寄存器需1拍，啟動(dòng)功能部件（包括存儲(chǔ)器）需1拍。問下列各指令組中的哪些指令可以鏈接？哪些可以并行執(zhí)行？說明 原因并分別計(jì)算各指令組全部完成所需的拍數(shù)。（10分）（1）V0存儲(chǔ)器 ，V1V2+V3，V4V5

14、V6；（2）V3存儲(chǔ)器，V2V0V1，V4V2+V3；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試（A）卷參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共20分）A、B、B、A、B、B、A、B、B、B二、填空題（每小題2分，共20分）115.792-5/32或-0.156253120043.45400三、（10分）（每小題5分）解：（1）通道的極限流量（2分）通道的實(shí)際流量（2分）因?yàn)椋栽撏ǖ滥苷９ぷ?。?分）（注：極限流量和實(shí)際流量都是近似值，如果相差不大則給全分）（2）通道的工作示意圖如下所示span style=; z-index:1; left:0px; margin-left:28.0000px; margi

15、n-top:0.0000px; width:463.0000px; height:141.0000px; （此圖是“示意圖”，主要檢查每個(gè)設(shè)備的申請(qǐng)間隔；每個(gè)申請(qǐng)的完成時(shí)間。如果都對(duì)則給5分；只有其中之一正確，則給3分；其它可酌情給分）四、（10分）（7分+3分）解（1）（7分）（LRU法的堆棧處理過程略）至少應(yīng)分配4個(gè)實(shí)頁（4分）（注：如果過程不是堆棧處理則-2分，但不影響后面得分）最高命中率H=7/12=58.3%（3分）（2）單元的命中率H=(71024+51023)/121024=99.96%（3分）五、（10分）（7分+3分）解（1）（7分）禁止表F=(8,4,3,1)（2分），初始

16、沖突向量：C0=（10001101）（2分）狀態(tài)圖如下：（2分）（說明：有狀態(tài)圖，但不正確給1分；無狀態(tài)圖，此步不給分）由此可得最佳的調(diào)度策略是（2，5），TPmax=1/3.5t（1分）(2)（3分：每個(gè)結(jié)果得1分）按最優(yōu)調(diào)度策略輸入6個(gè)任務(wù)，實(shí)際吞吐率：TP= 6/（9+2+5+2+5+2）t=6/25t加速比S=（69）t/ 25t =2.16流水線的效率=（69）t/ (525t) = 0.432六、（10分）（4+3+3分）解（1）網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)=log264=6，每級(jí)的開關(guān)數(shù)=64/2=32個(gè)。（4分）（2）PE3的二進(jìn)制地址：000011PE31的二進(jìn)制地址：0111110000110

17、11111 =011100級(jí)控信號(hào)為K5K4K3K2K1K0=011100；（結(jié)果正確給3分）（或直接說明：“K2、K3和K4級(jí)開關(guān)為交叉，其它為直連”，也給3分）（4）31號(hào)處理器連到3號(hào)處理器。（3分）七、（10分）（每小題5分）解：(1)需要8次乘法，7次加法；8個(gè)處理單元同時(shí)8次乘法的時(shí)間是4t；為了完成累加，需要分步進(jìn)行，每一步都需要先進(jìn)行并行傳送，然后進(jìn)行并行加運(yùn)算;過程如下：?PE1PE2; PE3PE4; PE5PE6; PE7PE8;需要1t?PE1PE3PE6PE8做加法,需要2t?PE1PE3;PE6PE8;需要2t?PE1PE8做加法;需要2t?PE1PE8;需要1t?

18、PE1做加法需要2t共14t（結(jié)果正確、過程相同或相似（有的同學(xué)是畫時(shí)-空?qǐng)D方式求解）給5分；結(jié)果相近且有過程給3分；其它情況可酌情給分）（2）n=16時(shí)每個(gè)處理器需要分成2組，如下所示：?PE0PE1PE2PE3PE4PE5PE6PE7?A0A1A2A3A4A5A6A7?B0B1B2B3B4B5B6B7?A8A9A10A11A12A13A14A15?B8B9B10B11B12B13B14B15?這樣每個(gè)PE要先做2次乘法，一次加法，然后再累加，所以比（1）的時(shí)間多出：4t+2t=6t共20t（結(jié)果正確、過程相同或相似（有的同學(xué)是畫時(shí)-空?qǐng)D方式求解）給5分；結(jié)果相近且有過程給3分；其它情況可酌情給分）八、（10分）（每小題5分）解（1）解之得：（結(jié)果正確給5分；表達(dá)式正確，但計(jì)算有錯(cuò)給4分；其它情況可酌情給分）（2）（結(jié)果正確給5分；表達(dá)式正確，但計(jì)算有錯(cuò)給4分；其它情況可酌情給分）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試卷（B卷）參考答案一、填空題：（每空1分、共10分）1單指令流多數(shù)據(jù)流，多指令流多數(shù)據(jù)流2、重疊寄存器窗口、優(yōu)化延遲轉(zhuǎn)移316行，每行有E+B+b+1=6+2+2+1=11位（二進(jìn)制）。4R6先寫后讀（RAW）相關(guān)和寫與寫（WAW）相關(guān)。5交換開關(guān)、拓樸結(jié)構(gòu)和控制方式。二、單選