2023年華科專升本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作業(yè)全

第一章作業(yè)簡答題簡述什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能性結(jié)構(gòu)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次從下到上涉及哪些？

答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次從上到下涉及微程序機(jī)器級(jí)、機(jī)器語言、操作系統(tǒng)虛擬機(jī)、匯編語言虛擬機(jī)、高級(jí)語言虛擬機(jī)、應(yīng)用語言虛擬機(jī)。

Flynn分類法是以什么對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類？提成哪幾類？

答：Flynn分類法是以指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類。Flynn分類法把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為以下4類：單指令流單數(shù)據(jù)流、單指令多數(shù)據(jù)流、多指令流單數(shù)據(jù)流、多指令流多數(shù)據(jù)流。

簡述Amdahl定律及加速比計(jì)算公式。答：Amdahl定律指出加快某部件執(zhí)行速度所能獲取得系統(tǒng)性加速比，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時(shí)間的比例。加速比計(jì)算公式=系統(tǒng)性能（改善后）/系統(tǒng)性能（改善前）=總執(zhí)行時(shí)間（改善前）/總執(zhí)行時(shí)間（改善后）計(jì)算題5、假如某一些計(jì)算任務(wù)用向量方式求解比用標(biāo)量方式求解快20倍。為達(dá)成加速比2，可用向量方式求解所花費(fèi)時(shí)間占總的時(shí)間的比例為多少？解：由題可知，系統(tǒng)加速比=2，部件加速比=20，通過向量方式求解可改善比例未知，可設(shè)為X。根據(jù)Amdahl定律可知系統(tǒng)加速比=1/[(1-X)+X/20]=2求解得X=10/19由此可得，可用向量方式求解所花費(fèi)時(shí)間占總的時(shí)間的比例魏53%

第二章作業(yè)簡述指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。完整性、規(guī)整性、高效性和兼容性簡述RISC結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令；每條指令的功能應(yīng)盡也許簡樸，并在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完畢；所有指令長度均相同；只有Load和Store操作指令才訪問存儲(chǔ)器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行；以簡樸有效的方式支持高級(jí)語言。3、一個(gè)解決機(jī)共有10條指令，各指令在程序中出現(xiàn)的概率如下：I10.25I60.08I20.20I70.05I30.15I80.04I40.10I90.03I50.08I100.02采用最優(yōu)Huffman編碼法，計(jì)算這10條指令的操作碼最短平均長度。采用Huffman編碼法，計(jì)算這10條指令的操作碼平均碼長，信息冗余量。操作碼最短平均長度=2.96信息冗余量=1.0%第三章作業(yè)1、當(dāng)流水線中各個(gè)流水段的執(zhí)行時(shí)間不完全相等時(shí)，流水線的最大吞吐率與實(shí)際吞吐率重要是由流水線中執(zhí)行時(shí)間最長的那個(gè)流水段來決定的，這個(gè)流水段就成了整個(gè)流水線的“瓶頸”。解決流水線“瓶頸”問題的方法重要有哪兩種？答：細(xì)分瓶頸段與反復(fù)設(shè)立瓶頸段兩種方法。2一條線性靜態(tài)多功能流水線由6個(gè)功能段組成，加法操作使用其中的1，2，3，6功能段，乘法操作使用其中的1，4，5，6功能段，每個(gè)功能段的延遲時(shí)間均相等。流水線的輸出端與輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，并且設(shè)有足夠的緩沖及寄存器。用這條流水線計(jì)算。畫出流水線時(shí)空?qǐng)D;計(jì)算流水線的實(shí)際吞吐率，加速比和效率。解：為了避免流水線的“先寫后讀”相關(guān)，使流水線完畢計(jì)算的時(shí)間盡也許短，采用下述方法計(jì)算F：（a1xb1+a2xb2）+（a3xb3+a4xb4）+（a5xb5+a6xb6）按先乘后加、先括號(hào)內(nèi)后括號(hào)外的有限順序，上述計(jì)算F的過程需要先做6次乘法，用1~6表達(dá)；再做3個(gè)括號(hào)內(nèi)的3次加法，用7~9表達(dá)；最后做括號(hào)外的2次加法，用10~11表達(dá)。流水線時(shí)空?qǐng)D如下：由時(shí)空?qǐng)D可得實(shí)際吞吐率為：TP=11/22?t=0.5/?t加速比為：S=T0/Tk=（6x4?t+5x4?t）/22?t=2效率比：E=（4x11?t）/（6x224x11?t）≈0.333、一條由4個(gè)功能段組成的非線性流水線的預(yù)約表如下，每個(gè)功能段的延遲時(shí)間都為10ns（1ns=10-9秒）。功能段時(shí)間123456S1XXS2XXS3XS4XX寫出流水線的嚴(yán)禁向量和初始沖突向量；畫出狀態(tài)圖；求流水線的最小啟動(dòng)循環(huán)和最小平均啟動(dòng)距離。嚴(yán)禁向量F=(5,2,1),沖突向量C=(10011)C02）C01001110011i=3i=4i=3i=4ii≥63)最小啟動(dòng)循環(huán)為（3），最小平均啟動(dòng)距離為3.第4章作業(yè)Cray1向量解決機(jī)，V為向量寄存器，向量長度均為32；s為標(biāo)量寄存器。所用浮點(diǎn)功能執(zhí)行部件的執(zhí)行時(shí)間為：從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，加法6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍，啟動(dòng)、輸出延遲各1拍。分析下列向量指令組中，哪些指令可以鏈接，哪些指令可以并行，并計(jì)算不同指令各指令組所有完畢所需的拍數(shù)。(1)V0←存儲(chǔ)器(2)V2←V0*V1

V1←V2+V3V3←存儲(chǔ)器

V4←V5*V6V4←V2+V3(3)V0←存儲(chǔ)器(4)V0←存儲(chǔ)器V3←V1+V2V1←1/V0V4←V0*V3V3←V1+V2V6←V4+V5V5←V3*V4解：V0←存儲(chǔ)器

V1←V2+V3并行

V4←V5*V69931訪存加乘總拍數(shù)=40（并行執(zhí)行，以最長指令為準(zhǔn)）V2←V0*V1并行

V3←存儲(chǔ)器

V4←V2+V3串行9931乘訪存加831總拍數(shù)=79（第3條錯(cuò)過時(shí)機(jī)，不能鏈接）3）V0←存儲(chǔ)器并行V3←V1+V2鏈接V4←V0*V3V6←V4+V5串行4）V0←存儲(chǔ)器鏈接V1←1/V0鏈接V3←V1+V2V5←V3*V4鏈接第5章作業(yè)一、單選題1.與虛擬存儲(chǔ)器的等效訪問速度無關(guān)的是（D）頁地址流頁面調(diào)度策略主存的容輔存的容量2.下列說法不對(duì)的的是（D）單體多字存儲(chǔ)器能提高存儲(chǔ)器頻寬多體存儲(chǔ)器低位交叉編址能提高存儲(chǔ)器頻寬多體存儲(chǔ)器高位交叉編址便于擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量多體存儲(chǔ)器高位交叉編址能提高存儲(chǔ)器頻寬3.直接存儲(chǔ)器訪問方式的并行性指的是（D）多個(gè)外設(shè)可同時(shí)并行地通過DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送外設(shè)主存儲(chǔ)器并行工作CPU和主存器并行工作CPU和DMA控制器并行工作4.Cache存儲(chǔ)器重要是為了解決（B）擴(kuò)大存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度擴(kuò)大存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量和提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度便于程序的訪存操作5.組相聯(lián)映象，LRU替換的Cache存儲(chǔ)器，不影響Cache命中率的是（C）增長Cache中的塊數(shù)增大組的大小增大主存容量增大塊的大小二、計(jì)算題設(shè)有一道程序，有1至5共五頁，執(zhí)行時(shí)的頁地址流（即執(zhí)行時(shí)依次用到的程序頁頁號(hào)）為：2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2若分派給該道程序的主存有3頁，分別采用FIFO，LRU和最優(yōu)替換算法。畫出這3頁的使用和替換過程，并計(jì)算命中率。解：FIFO算法：替換最早裝入主存的頁；LRU算法：依據(jù)各塊使用的情況，選擇最近最少使用的塊替換。第6章作業(yè)簡述評(píng)價(jià)I/O系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。評(píng)價(jià)I/O系統(tǒng)性能的參數(shù)重要有連接特性、I/O系統(tǒng)容量、響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。解釋I/O系統(tǒng)的可靠性、可用性和可信性及其衡量指標(biāo)?？煽啃裕合到y(tǒng)從初始狀態(tài)開始一直提供服務(wù)的呢能力?？捎眯裕合到y(tǒng)正常工作時(shí)間再連續(xù)兩次正常服務(wù)間隔時(shí)間中所占的比率?？尚判裕悍?wù)的質(zhì)量，即再多大限度上可以合理地認(rèn)為服務(wù)是可靠的。衡量指標(biāo)：平均故障間隔時(shí)間MTBF、故障率（FailureRate）、平均修復(fù)時(shí)間（MTTR.）簡述三種通道的類型及其工作方式。按通道的工作方式，通道分為選擇通道、字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道三種類型。字節(jié)多路通道：通道每連接一臺(tái)外圍設(shè)備，只傳送一個(gè)字節(jié)，然后又與另一臺(tái)設(shè)備連接，并傳送一個(gè)字節(jié)。數(shù)組多路通道：通道每連接一臺(tái)外圍設(shè)備，傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，傳送完畢后，又與另一臺(tái)高速設(shè)備連接，再傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊。選擇通道：通道每連接一個(gè)外圍設(shè)備，就把這個(gè)設(shè)備的多有待傳字節(jié)所有傳送完畢，然后再與另一臺(tái)設(shè)備相連接。4、一個(gè)字節(jié)多路通道連接有6臺(tái)設(shè)備，它們的數(shù)傳率（單位：B/ms）如下表所示：設(shè)備名稱D1D2D3D4D5D6數(shù)傳率505040252510計(jì)算該通道的實(shí)際工作流量（單位：B/ms）。若通道的最大流量等于實(shí)際工作流量，求通道的工作周期。第7章作業(yè)1.設(shè)16個(gè)解決器編號(hào)分別為0，1，…，15，要用單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)互連函數(shù)分別為（1）Cube3（2）PM2+3（3）PM2-0（4）Shuffle（5）Shuffle（Shuffle）時(shí)，指出第13號(hào)解決器與哪個(gè)解決器連接。答：1）52）53）124）145）132.(1)畫出8個(gè)解決單元（編號(hào)0～7）互連的3級(jí)Omega網(wǎng)絡(luò)。(2)采用終端標(biāo)記尋徑法（即用被規(guī)定連接的網(wǎng)絡(luò)終端號(hào)D的二進(jìn)制為di來決定開關(guān)級(jí)Ki的相應(yīng)開關(guān)輸入端與該開關(guān)的哪一個(gè)輸出端連接：若di=0，則與開關(guān)的上輸出端連接；若di=1，則與開關(guān)的下輸出端連接），標(biāo)出使5號(hào)解決單元的數(shù)據(jù)播送給0，2，4，6號(hào)解決單元，同時(shí)，4號(hào)播送給1，3，5，7號(hào)解決單元時(shí)各開關(guān)的狀態(tài)。綜合作業(yè)1第一次綜合作業(yè)一、單選題1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多級(jí)層次中，從上層到下層，各級(jí)相對(duì)順序?qū)Φ牡膽?yīng)當(dāng)是（B）.A.高級(jí)語言機(jī)器級(jí)，匯編語言機(jī)器級(jí)，微程序機(jī)器級(jí)B.微程序機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)，匯編語言機(jī)器級(jí)C.傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語言機(jī)器級(jí)，匯編語言機(jī)器級(jí)D.匯編語言機(jī)器級(jí)，應(yīng)用語言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語言機(jī)器級(jí)2.系列機(jī)在軟件兼容上應(yīng)做到（B）.A.向前兼容，并向上兼容B.向后兼容，力爭向上兼容C.向前兼容，并向下兼容D.向后兼容，力爭向下兼容3.操作碼優(yōu)化的重要目的是（D）A.縮短指令字長B.減少程序總位數(shù)C.增長指令字表達(dá)的信息D.ABC都是4.軟件和硬件在（A）意義上是等效的。A.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)B.功能C.性能D.價(jià)格5.RISC執(zhí)行程序的速度比CISC要快的因素是（C）A.RISC的指令系統(tǒng)中指令條數(shù)較少B.程序在RISC上編譯生成的目的程序較短C.RISC的指令平均執(zhí)行周期數(shù)較少D.RISC只允許load和store指令訪存二、計(jì)算題用一臺(tái)40MHz解決機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，它含的混合指令數(shù)和相應(yīng)的時(shí)鐘周期數(shù)如下：指令類型指令數(shù)時(shí)鐘周期數(shù)整數(shù)運(yùn)算450001數(shù)據(jù)傳送320002浮點(diǎn)150002控制傳送80002計(jì)算：有效CPIMIPS程序的執(zhí)行時(shí)間T綜合作業(yè)2第2次綜合作業(yè)（3-5章）一、單選題1.下列關(guān)于虛擬存儲(chǔ)器的說法，錯(cuò)誤的是（A）.

A.相應(yīng)用程序員透明，對(duì)系統(tǒng)程序員不透明B.其目的重要是為了增長存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量C.由cache和主存組成D.其訪問速度與主存接近2.靜態(tài)流水線是指（B）.A.功能不能改變的流水線B.同時(shí)只能完畢一種功能的多功能流水線C.可同時(shí)執(zhí)行多種功能的流水線D.各功能段之間的連接固定不變的流水線3.不屬于堆棧型算法的是（C）.A.LRUB.LFUC.FIFOD.最優(yōu)替換算法4.設(shè)通道數(shù)據(jù)傳送過程中，選擇一次設(shè)備的時(shí)間為，傳送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間為，則字節(jié)多路通道最大流量等于（D）.A.B.C.D.5.假設(shè)一條指令的執(zhí)行過程可以分為“取指令”、“分析”和“執(zhí)行”三段，每一段的執(zhí)行時(shí)間分別為、和，順序執(zhí)行10條指令至少需要花費(fèi)的時(shí)間為（C）B.C.D.二.四段單功能流水線，各個(gè)功能段執(zhí)行時(shí)間相等，均為，求輸入到流水線中的任務(wù)是連續(xù)的抱負(fù)情況下完畢10個(gè)任務(wù)時(shí)的吞吐率。綜合作業(yè)3第三次綜合作業(yè)一、單選題1.流水線分類中，“線性流水”和“非線性流水”是按照（C）進(jìn)行分類的。解決機(jī)級(jí)別B.功能C.工作方式D.連接方式2.若輸入流水線的指令既無局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則（A）

可獲得高的吞吐率和效率B.流水線的效率和吞吐率惡化C.出現(xiàn)瓶頸D.可靠性提高3.通道方式輸入輸出系統(tǒng)中，對(duì)優(yōu)先級(jí)高的磁盤等高速設(shè)備，適合于連接(

B

)字節(jié)多路通道B.選擇通道C.數(shù)組多路通道D.字節(jié)及數(shù)組多路通道4.Omega網(wǎng)絡(luò)采用的是（C）A.二功能2×2開關(guān)，單元控制方式B.二功能2×2開關(guān)，級(jí)控制方式C.四功能2×2開關(guān)，單元控制方式D.四功能2×2開關(guān)，級(jí)控制方式5.關(guān)于Cray1中下列兩條向量指令說法對(duì)的的是（B）V1←V2+V3V4←V1*V5A.沒有功能部件沖突和源向量沖突，可以并