-計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(有詳細(xì)答案)

(僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn))共SECTIONPAGES10頁，第10頁(僅供參考，不作為考試標(biāo)準(zhǔn))，選擇題(30分，每題2分)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者所關(guān)心的是________所看到的的計算機(jī)結(jié)構(gòu)。

A)硬件設(shè)計人員 B)邏輯設(shè)計人員

C)機(jī)器語言或匯編語言程序員 D)高級語言程序員

在計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時，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)致的問題。

A)JMP指令影響流水線

B)CALL指令的現(xiàn)場保護(hù)

C)只有LOAD和STORE指令帶來的訪問存儲器不便

D)存儲器訪問速度

為使流水計算機(jī)運行效率高_(dá)_______

A)各過程段時間要不同 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)先出法 D)頁面失效頻率法

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

"一次重疊"中消除"指令相關(guān)"最好的方法是________。

A)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，采用的解決辦法有________。

A)用優(yōu)化編譯器檢測，通過指令重新排序的辦法

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)多級網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)來實現(xiàn)全排列網(wǎng)絡(luò)，只能用________。

A)多級立方體網(wǎng)絡(luò) B)多級PM2I網(wǎng)絡(luò)

C)多級混洗交換網(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________。

A)消息 B)包 C)片 D)字節(jié)

超標(biāo)量處理機(jī)________

A)在一個時鐘周期內(nèi)分時發(fā)射多條指令 B)只有一個操作部件

C)在一個時鐘周期內(nèi)同時發(fā)射多條指令 D)只有一個取指部件

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)SISD B)SIMD C)MISD D)MIMD

________屬于MIMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

A)各處理單元同時受同一個控制單元的管理

B)各處理單元同時接受同一個控制單元送來的指令

C)多處理機(jī)和多計算機(jī)

D)陣列處理機(jī)

BSP計算機(jī)的并行處理機(jī)有16個處理單元，并行存儲器的存儲體個數(shù)為________。

A)16 B)1 C)32 D)17

判斷題(正確打√，錯誤打╳，10分，每題1分)(×)對計算機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的基本單元功能，宜于用軟件來實現(xiàn)，這樣可降低系統(tǒng)的成本。(√)處理機(jī)級流水線又稱為指令流水線。

(×)由于RISC簡化了指令系統(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)行的時間就會少一些。

(×)在存儲體系中，地址的映象與地址的變換沒有區(qū)別。

(×)在滿足Cache與主存的一致性方面，寫回比寫直達(dá)法好。

(×)Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。

(√)采用LRU替換的Cache存儲器，分配給程序的Cache容量一定時，塊的大小增加，Cache的命中率將先上升，到一定時候又會逐漸降低。

(×)陣列處理機(jī)以多個處理機(jī)構(gòu)成陣列。

(√)SIMD計算機(jī)的算法極大地依賴于機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(× )解決多處理機(jī)Cache不一致性問題是基于鏈?zhǔn)侥夸浀膮f(xié)議優(yōu)點是限制了共享數(shù)據(jù)塊的拷貝數(shù)量。

綜合題(10分)如果某計算機(jī)系統(tǒng)有3個部件可以改進(jìn)，則這三個部件經(jīng)改進(jìn)后的加速比分別為：S1=30，S2=20，S3=10。

(1)如果部件1和部件2改進(jìn)前的執(zhí)行時間占整個系統(tǒng)執(zhí)行時間的比例都為30%，那么，部件3改進(jìn)前的執(zhí)行時間占整個系統(tǒng)執(zhí)行時間的比例為多少，才能使3個部件都改進(jìn)后的整個系統(tǒng)的加速比Sn達(dá)到10？

(2)如果3個部件改進(jìn)前執(zhí)行時間占整個系統(tǒng)執(zhí)行時間的比例分別為30%、30%和20%，那么，3個部件都改進(jìn)后系統(tǒng)的加速比是多少？未改進(jìn)部件執(zhí)行時間在改進(jìn)后的系統(tǒng)執(zhí)行時間中占的比例是多少？(10分)一臺模型機(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度最短，請設(shè)計操作碼的編碼，并計算所設(shè)計操作碼的平均長度。(2)設(shè)計8字長的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長的寄存器-存儲器型變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于±127。請設(shè)計指令格式，并給出各字段的長度和操作碼的編碼。解：這樣，采用Huffman編碼法得到的操作碼的平均長度為：H=2×(0.35+0.25+0.20)+3×0.10+4×0.05+5×(0.03+0.02)=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35(10分)有一個4段流水線，如下圖所示：

其中，段S1和S3的執(zhí)行時間均為200ns,段S2和S4的執(zhí)行時間均為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，對改造后的流水線，分別使用公式和時空圖求連續(xù)流入4條指令的實際吞吐率和效率

(10分)設(shè)向量長度均為64，在Cray-1機(jī)上所用浮點功能部件的執(zhí)行時間分別為：相加6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍；從存儲器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動功能部件各1拍，問下列各指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？哪些指令不可鏈接？不能鏈接的原因是什么?

分別計算出各指令組全部完成所需要的拍數(shù)。

解：(1)3條向量指令之間既沒有發(fā)生源Vi沖突，也沒有Vi的先寫后讀相關(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)}=72拍。(2)3條向量指令之間沒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，則第1,2兩條向量指令的第1個結(jié)果元素就可以被同時鏈接到第3條向量指令中。(1+7(浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1+64-1)=80(拍)。(3)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。(1+6(訪存)+1+1+7(浮乘)+1+64-1)+(1+6(訪存)+1+64-1)+(1+6(浮加)+1+64-1)=222(拍)。(4)4條向量指令均依次有Vi的先寫后讀相關(guān)，但無源Vi沖突，也無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5段流水線，各段執(zhí)行時間均為Δt，其預(yù)約表如下表所示。

(1)列出禁止表F和沖突向量C。

(2)畫出流水線調(diào)度的狀態(tài)圖。

(3)分別求出允許不等時間間隔調(diào)度和等時間間隔調(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呑吐率。

(4)若連續(xù)輸入10個任務(wù)，求這兩種調(diào)度策略的流水線實際呑吐率和加速比。解：(1)禁止向量F=(1,3,6)(1分)沖突向量C=(100101)(1分)（2）(3)最小啟動循環(huán)(2,2,5)最小平均延遲(2+2+5)/3=3TPmax=1/