_計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(有詳細(xì)答案)

1、（僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn)）（僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn)）, 選擇題（30分，每題2分）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者所關(guān)心的是 所看到的的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。A）硬件設(shè)計(jì)人員B）邏輯設(shè)計(jì)人員C）機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言程序員D）高級(jí)語(yǔ)言程序員在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高系統(tǒng)性能，應(yīng)當(dāng)注意。A）加快經(jīng)常性使用指令的執(zhí)行速度B）要特別精心設(shè)計(jì)少量功能強(qiáng)大的指令C）要減少在數(shù)量上占很小比例的指令的條數(shù)D）要加快少量指令的速度重疊寄存器技術(shù)主要用于解決在RISC系統(tǒng)中因 而導(dǎo)致的問(wèn)題。A）JMP指令影響流水線B）CALL 指令的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)C）只有LOAD 和STORE 指令帶來(lái)的訪問(wèn)存儲(chǔ)器不便D）存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度為使流水計(jì)算機(jī)運(yùn)

2、行效率高A）各過(guò)程段時(shí)間要不同B）連續(xù)處理的任務(wù)類型應(yīng)該不同C）連續(xù)處理的任務(wù)類型應(yīng)該相同 D）連續(xù)處理的任務(wù)數(shù)盡可能少不屬于堆棧型替換算法的是。A）近期最少使用法B）近期最久未用法C）先進(jìn)先生法D）頁(yè)面失效頻率法與全相聯(lián)映象相比，組相聯(lián)映象的優(yōu)點(diǎn)是。A）目錄表小 B）塊沖突概率低 C）命中率高 D）主存利用率高共20頁(yè)，第1頁(yè)（僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn)）"一次重疊"中消除"指令相關(guān)"最好的方法是 OA）不準(zhǔn)修改指令B）設(shè)相關(guān)專用通路C）推后分析下條指令 D）推后執(zhí)行下條指令流水操作中，遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，采用的解決辦法有A）用優(yōu)化編譯器檢測(cè)，通過(guò)指令重新排

3、序的辦法B）數(shù)據(jù)重定向技術(shù)C）延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)D）加快和提前形成條件碼經(jīng)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)，只能用。A）多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)B）多級(jí)PM2I網(wǎng)絡(luò)C）多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)D）上述任何網(wǎng)絡(luò)蟲蝕尋徑以流水方式在各尋徑器是順序傳送的是 oA）消息 B）包 C）片 D）字節(jié)共20頁(yè)，第3頁(yè)(僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn))超標(biāo)量處理機(jī)A）在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)分時(shí)發(fā)射多條指令 B）只有一個(gè)操作部件C）在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)發(fā)射多條指令 D）只有一個(gè)取指部件流水線的技術(shù)指標(biāo)不包括A）響應(yīng)比B）吞吐率C）加速比D）效率向量處理機(jī)屬于A）SISDB）SIMDC）MISDD）MIMD屬于MIMD 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。A）各處理單元同時(shí)受同

4、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(lái)的指令C）多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)D)陣列處理機(jī)BSP計(jì)算機(jī)的并行處理機(jī)有16個(gè)處理單元，并行存儲(chǔ)器的存 儲(chǔ)體個(gè)數(shù)為 。A)16B)1C)32D)17 ;aKY判斷題(正確打，錯(cuò)誤打X,10分，每題1分)(X)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的基本單元功能，宜于用軟件來(lái) 實(shí)現(xiàn)，這樣可降低系統(tǒng)的成本。(V )處理機(jī)級(jí)流水線又稱為指令流水線。(X)由于RISC 簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)，因此，RISC 上的目標(biāo)程序 比CISC上的目標(biāo)程序要短一些，程序執(zhí)行的時(shí)間就會(huì)少一 些。(X)在存儲(chǔ)體系中，地址的映象與地址的變換沒(méi)有區(qū)別。共20頁(yè)，第5頁(yè)(僅供參考，不作為考試標(biāo)

5、準(zhǔn))(X)在滿足Cache 與主存的一致性方面，寫回比寫直達(dá)法好。(x )Cache 組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。(V )采用LRU替換的Cache 存儲(chǔ)器，分配給程序的Cache 容量一定時(shí)，塊的大小增加，Cache 的命中率將先上升， 到一定時(shí)候又會(huì)逐漸降低。(X )陣列處理機(jī)以多個(gè)處理機(jī)構(gòu)成陣列。(V )SIMD 計(jì)算機(jī)的算法極大地依賴于機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。(X )解決多處理機(jī)Cache 不一致性問(wèn)題是基于鏈?zhǔn)侥夸浀?協(xié)議優(yōu)點(diǎn)是限制了共享數(shù)據(jù)塊的拷貝數(shù)量。綜合題(10分)如果某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有3個(gè)部件可以改進(jìn)，則這三個(gè)部件(僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn))經(jīng)改進(jìn)后的加速比分別為：S1=30

6、, S2=20 , S3=10 o(1)如果部件1和部件2改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行 時(shí)間的比例都為30% ,那么，部件3改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占 整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例為多少，才能使3個(gè)部件都改進(jìn)后 的整個(gè)系統(tǒng)的加速比Sn達(dá)到10 ?(2)如果3個(gè)部件改進(jìn)前執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比 例分別為30%、30%和20% ,那么，3個(gè)部件都改進(jìn)后系 統(tǒng)的加速比是多少？未改進(jìn)部件執(zhí)行時(shí)間在改進(jìn)后的系統(tǒng) 執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？6解： )在多個(gè)部件同國(guó)改進(jìn)的情況下，Amdah怵律應(yīng)擴(kuò)展為：(1-EFei+£_ )已知*4=30, S2=207 S3=10,氨戶 10, Fe仁03 Fe2

7、=0.3,因此宥:10=1/1-(0.3+0.3+Fe3)+(0.3/3040.3/20+Fe3/10)可得：Fe3=0,36共20頁(yè)，第7頁(yè)（僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn)）(2)同樣依據(jù):丁。已知&1=30. S2=2O, S3=10, Fe1=0.3, Fe2=0.3t Fe3=0.2f 因此有二 領(lǐng)=1/*03+0.3+。.2)+(0.3/30+0.3/20+02/13】叮得二Sn=44未改進(jìn)部分所占時(shí)間20%兀改進(jìn)后總附問(wèn)1口=改進(jìn)后改進(jìn)部分所占時(shí)間十改進(jìn)后未改進(jìn)部分所占時(shí)間 =(To3O%/3O+To3O%/2O+T02O%/1O ) +20%T0=24.5%T所以，未改進(jìn)部分的

8、執(zhí)行3問(wèn)在整個(gè)系統(tǒng)的抗行時(shí)間中所占的比例為： 20%TJ24.5%T 產(chǎn) 82%(10分)一臺(tái)模型機(jī)共有7條指令，各指令的使用頻率分別為35% , 25% , 20% , 10% , 5% , 3% 和 2%。(1)要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。(2)設(shè)計(jì)8字長(zhǎng)的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長(zhǎng)的寄存器- 存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令 4條，變址范圍不小于土 127 o請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指 令格式，并給由各字段的長(zhǎng)度和操作碼的編碼。解:解：（1）要使得到的操作碼長(zhǎng)度最短，應(yīng)采用 Huffman 編碼,構(gòu)造Huffman樹如下：0. 350. 25 0. 200

9、. 100. 050.030. 021. 00共20頁(yè)，第13頁(yè)這樣，采用Huffman 編碼法得到的操作碼的平均長(zhǎng)度為：H = 2 X(0.35+0.25+0.20)+ 3 X 0.10 + 4 X 0.05+ 5 X (0.03 +0.02)匆么、=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35,SSSS（10分）有一個(gè)4段流水線，如下圖所示:F S1 E S2 S3 f S4 1其中，段S1和S3的執(zhí)行時(shí)間均為200ns,段S2和S4的 執(zhí)行時(shí)間均為100ns 。若瓶頸段S1可使用細(xì)分方法改造，瓶頸段S3可使用并聯(lián) 方法改造，對(duì)改造后的流水線，分別使用公式和時(shí)空?qǐng)D求連 續(xù)流入4條指令的實(shí)際吞

10、吐率和效率解：(1)使用公式計(jì)算如下:n41TP1=E A(j+(n-1)A(j(200+100+200+100)+(4-1)X200300I 二 1nE Atj4X(200+100+-200+100)i»1E1= = 0.5k E Ati+(n-1)Atj 4 X (200+100+200+100)+(4-1)X200 J®改造前時(shí)空?qǐng)D二可得二TP1=4/(12 t)=4/(12 X100)=1/300E1=(8At44At+8At+4A t)/(4 X12A t)=0.5（2）改造后的時(shí)空?qǐng)D（公式計(jì)算略）二S4S32S31S2S12S112丁22441133123412

11、341234可得：TP2=4/(9 A t)=4/(9X 100)=12,5E2=(6 X4A t)/(6 X9A t)=044（10分）設(shè)向量長(zhǎng)度均為64,在Cray-1 機(jī)上所用浮點(diǎn)功能部 件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍；從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動(dòng)功能部件 各1拍，問(wèn)下列各指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？哪些 指令不可鏈接？不能鏈接的原因是什么？分別計(jì)算由各指令組全部完成所需要的拍數(shù)。（1）V0<-存儲(chǔ)器 V2<-V0*V1（3）V0<-存儲(chǔ)器 （4）V0<-存儲(chǔ)器V1<-V2+V3V3<-存儲(chǔ)器V2<-V0*V

12、1V1<-1/V0V4<-V5*V6V4<-V2+V3V3<-V2+V0V3<-V1*V2V5<-V3+V4V5<-V3+V4解：（1）3 條向量指令之間既沒(méi)有發(fā)生源Vi沖突，也沒(méi)有Vi的（僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn)）先寫后讀相關(guān)，又不存在功能部件的使用沖突，所以這3條 向量指令可以同時(shí)并行流水。向量指令組全部完成需要max（1+6（ 訪 存）+1+64-1）,（1+6（ 浮 加）+1+64-1）,（1+7（ 浮 乘）+1+64-1）8二72 拍。3 條向量指令之間沒(méi)有功能部件的使用沖突，但是在第1、 2兩條向量指令與第3條向量指令之間有V2及V3的先寫

13、 后讀相關(guān)。只要讓第1條向量指令較第2條向量指令提前1 拍啟動(dòng)，則第1,2 兩條向量指令的第1個(gè)結(jié)果元素就可以被 同時(shí)鏈接到第3條向量指令中。（1+7（浮 乘）+1）+（1+6（ 浮力口）+1+64-1）二80（拍）。第1條向量指令與第2條向量指令之間有V0的先寫后 讀相關(guān)，兩者可以鏈接。第3條向量指令與第2條向量指令 之間有源向量寄存器V0的沖突，它們之間只能串行。第3條 向量指令與第4條向量指令之間有加法功能部件的使用沖 突，它們之間也只能串行共20頁(yè)，第#頁(yè)（僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn)）（1+6（ 訪 存 ）+1+1+7（ 浮 乘 ）+1+64-1）+（1+6（ 訪 存）+1+64-1）+

14、（1+6（ 浮加）+1+64-1）二222（拍）。4 條向量指令均依次有Vi的先寫后讀相關(guān)，但無(wú)源Vi沖 突，也無(wú)功能部件的使用沖突，所以，這4條向量指令可以 全部鏈接在一起，進(jìn)行流水。（1+6（訪存）+1）+（1+14（ 求倒數(shù)）+1）+（1+（7 浮乘）+1）+（1+6（ 浮 加）+1）+64-1=104 拍（10分）有一個(gè)5段流水線，各段執(zhí)行時(shí)間均為At,其預(yù)約表如下表所示。時(shí)間t 段S、t1t2t3t4t5t6t7S1XXS2XXS3XXS4XXS5XX共20頁(yè)，第17頁(yè)列由禁止表F和沖突向量C。畫由流水線調(diào)度的狀態(tài)圖。率。(4)若連續(xù)輸入10個(gè)任務(wù), 吞吐率和加速比。解：禁止向量F=

15、(1,3,6) (1分沖突向量C=(100101) (1分(2)流水線狀態(tài)圖100101101101101111求這兩種調(diào)度策略的流水線實(shí)際)7*100111分別求生允許不等時(shí)間間隔調(diào)度和等時(shí)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曾輸入1。個(gè)任務(wù)時(shí)，最小啟動(dòng)循環(huán)(2,2,5)輸入間隔 0,2.2,5,27,5,27,5清空時(shí)間7(3) 11.TP1 = 10/(2+2+5+2+2+5+2+2+5+7)At = lO/(34At) = 5/(l7At)舞端司腹放2,注切2+/巷靠愣曜竹+2搜夕=334 = 35/17最，iTPmax=i/(3D如1分)輸入訶隔 0,44,4,4,4,4,4,4,4薛電田福得環(huán)()實(shí)際吞吐率TP2TPmax=1/(4Dt) (1 t=1。仗3 At)加速