武汉大学计算机学院2004级系统结构试卷

武汉大学计算机学院武汉大学计算机学院 2004 级系统结构试卷级系统结构试卷 计算机系统结构 期末考试试卷 A 一 单项选择题 每小题 2 分 共 20 分 1 对汇编语言程序员透明的是 A 指令寄存器 B 中断字寄存器 C 通用寄存器 D 条件码寄存器 2 RISC 不采用的实现技术是 A 重叠寄存器窗口 B 以固件为主 C 优化编译 D 优化延迟转移 3 对于浮点数 在字长和表数精度一定的条件下 尾数基值越大 表数效率 A 变低 B 变高 C 不变 D 单调下降 4 字节多路通道的 数据宽度 是 A 单字节 B 双字节 C 定长数据块 D 不定长数据块 5 在有通道处理机的 I O 系统中 用户通过 来向系统提出访问 I O 设备的申请 A 通道指令 B 广义指令 C 无链通道指令 D 中断指令 6 在先行控制技术的实现中 对主存储器操作优先级最高的部件是 A 先行读数栈 B 后行写数栈 C 先行指令栈 D 先行操作栈 7 在处理数据相关时 采用相关专用通道 旁路 技术 主要是解决 相关 A RAW B WAR C WAW D 任何 8 在页式虚拟存储器中 页面失效和页面争用有可能同时发生的条件是主存中的页面数 注 下式中的 p 为主存地址中的实页字段 A 大于 2p 页 B 等于 2p 页 C 小于 2p页 D 不等于 2p 页 9 在 Cache 主存系统中 块冲突概率最高的地址映像方式是 A 全相联映像 B 直接映像 C 组相联映像 D 段相联映像 10 能够实现矩阵转置变换的单级互连网络是 A 立方体 B 全混洗 C PM2I D 交换 二 填空题 每小题 2 分 共 20 分 1 在 30MHz 的标量处理机上执行一目标程序 设每条指令的平均 CPI 1 9 其 CPU 速率为 MIPS 2 8 位十六进制 IEEE754 单精度浮点数 BE200000H 表示的十进制数为 3 某 I O 系统有两个选择通道 每个通道上都接有速率分别为 500 450 600 和 500 KB S 的四台设备 则 I O 系统的实际流量为 KB S 4 一模型计算机有 7 条指令 已知 H 1 98 哈夫曼编码的平均码长 L哈 2 05 位 信息 冗余量约为 5 某单体四字 每个字长 32 位 的存储器的访问周期为 40ns 在不考虑任何冲突的情况下 其理想频宽为 MB S 6 在 N 16 个处理器的单级互连网络中 当互连函数为 PM2 2时 第 9 号处理器将与 号处理器相连 7 某用户的段页式虚拟存储器 虚地址中有 2 位段号 2 位页号 则该用户共有 个虚页 8 一标量指令流水线 有 取指 译码 执行 和 写回 四个功能段 每段延迟分 别为 0 2 0 2 0 5 0 4 ns 流水线的最大吞吐率为 MIPS 9 在某页式虚拟存储器中 用散列变换方法实现对快表的访问 已知虚地址中的用户号为 8 位 虚页号为 12 位 快表有 32 行 每行 1024 位 那么 散列变换电路的输出位数应为 位 10 在 CRAY 1 型向量处理机上 设从存储器读数需 6 拍 打入寄存器需 1 拍 启动功能部 件 包括存储器 需 1 拍 完成一个 N 64 的向量由存储器传送到某一向量寄存器所需要 的总时间是 拍 三 10 分 有一字节多路通道连接磁盘 磁带 打印机三个设备 磁盘以 20 s 的间隔 向控制器发 DMA 请求 磁带以 25 s 的间隔发 DMA 请求 打印机以 40 s 间隔发 DMA 请 求 字节多路通道选择设备的时间为 4 5 s 传送一个字节需要的时间为 0 5 s 设起 始时刻三个设备同时发出请求 且速率越快的设备优先级别越高 1 试问该通道能否正常工作 2 画出通道工作时的示意图 四 10 分 设某程序包含 5 个虚页 其页地址流为 4 5 3 2 5 1 3 2 2 5 1 3 1 为获得最高的命中率 至少应该分配给该程序几个实页 其可能的最高命中率为多少 2 假设在程序执行过程中每访问一个虚页 平均要对该虚页所在主存实页内的存储单元 访问 1024 次 求访问主存存储单元的命中率 五 10 分 在一个 5 功能段的流水线处理机上需经 9 t 才能完成一个任务 各段执行时 间均为 t 任务处理过程对各段使用时间的预约表如下所示 T1T2T3T4T5T6T7T8T9 S1 S2 S3 S4 S5 1 画出流水线的状态有向图 并由状态图得出流水线的最优调度策略和最大吞吐率 2 按最优调度策略输入 6 个任务 求流水线的实际吞吐率 加速比和效率 六 10 分 在 64 个处理器的 STARAN 网络中 求 1 网络共有多少级 每级有多少个交换开关 2 若将 3 号处理器连到第 31 号处理器 求级控信号 并说明各级开关的工作状态 3 在 2 所求的级控信号下 31 号处理器连到几号处理器 七 10 分 分别计算下列两种情况下 在 8 个处理单元的双向环互连的并行处理机中 计算点积 S 所需要的时间 1 n 8 2 n 16 设相邻处理单元之间传送一次数据需要时间 t 完成一次加法需要时间 2 t 完成一次乘 法需要时间 4 t 八 10 分 某系统有 3 个部件可以改进其性能 且它们改进后的加速比分别为 30 20 和 10 1 如果部件 1 和部件 2 改进前的执行时间占系统的总时间的比例均为 30 那么部件 3 改 进前的比例为多少时 才能使系统的加速比达到 10 2 如果 3 个部件改进前的执行时间占系统总执行时间的比例分别为 30 30 和 20 那 么改进后系统获得的加速比是多少 计算机系统结构 期末考试试卷 B 一 填空题 每空 1 分 共 10 分 1 按照 Flynn 分类法 可将计算机系统分为四类 其中 SIMD 是指 计算 机 MIMD 是指 计算机 2 RISC 计算机实现的关键技术有 技术 采用流水和 技术 在逻辑上采用硬件实现为主和固件实现为辅的技术 采用优化编译技术 3 在组相联的 Cache 地址变换过程中 若 E 6 位 Q 4 位 B 2 位 W 7 位 则块表的 行数为 行 每行有 位 二进制 4 有指令 DEC R6 R6 1 R6 MUL R6 R7 R6 R7 R6 请指出以上两条指令间存在着 相关和 相关 5 多级互连网络的三个关键技术是指 和控制方式 二 单选题 每小题 2 分 共 20 分 1 自定义数据表示包括描述符和 A 标志符数据表示 B 十进制数据表示 C 堆栈数据表示 D 向量数据表示 2 通过对浮点数尾数基值的分析 IEEE754 浮点数中尾数基值采用的是 二进制 八进制 十进制 十六进制 3 在 CPU 系统设计中 欲对 ALU 进行加速 经分析 已知 ALU 原运行时间占 40 并将 ALU 的速度提高到原来的 10 倍 则改进前后 CPU 的加速比是 1 56 2 0 3 12 4 0 4 非堆栈型的页面替换算法是 FIFO LFU LRU OPT 5 一选择通道处理机上连接有速率分别为 500 350 400 和 450 MB S 的四台设备 则选 择通道的实际吞吐率为 MB S A 500 B 350 C 1700 D 850 6 在页式虚拟存储器中 对于同一页地址流 当主存容量一定时 采用 LRU 替换算法 随着页面数的增加 主存命中率 提高 降低 不变 至少不会下降 7 在集中式总线控制方式中 分配速度最快 灵活性最好的控制方式是 串行链接 计数查寻 定时查寻 独立请求 8 设一流水线由 4 个子过程组成 第 1 3 个子过程序时间为 2 t 第 2 个子过程序时间 为 3 t 第 4 个子过程的时间为 4 t 则流水线每隔 流出一结果 t 2 t 3 t 4 t 9 在超标量超流水线中 每个时钟周期 发送多条指令 A 不同时发送 B 同时发送 C 分时发送 D 既同时又分时 10 当 N 8 时 蝶式函数的表达式为 A B C D 三 应用题 共 7 题 共 70 分 1 将 IEEE754 单精度浮点数 BFC00000H C0A00000H 转换成十进制数 10 分 2 设一模型机有 8 条指令 它们的使用频度如下表所示 请设计出指令的 Huffman 编码 和只有两种码长的扩展操作码编码 求其平均码长和信息冗余量 已知 H 2 35 10 分 指令I1I2I3I4I5I6I7I8 使用频度0 30 30 20 10 050 020 020 01 3 设主存的每个分体的存储周期为 2us 每个分体的字长为 4B 采用 m 个分体低位交叉编 址 由于各种原因 主存的实际频宽只能达到理想频宽的 0 6 倍 现要求主存实际频宽为 4MB S 问主存分体数应该取多少 10 分 4 某处理机的指令字长为 16 位 有双地址 单地址和零地址指令三类 每个地址码长为 6 位 如果双地址指令有 15 条 单地址和零地址指令的条数基本相同 那么单地址和零地 址指令各有多少条 并为这三类指令分配操作码 10 分 span style z index 1 left 0px margin left 135 6667px margin top 29 2000px width 429 0000px height 97 0000px 5 有一浮点乘法流水线如下图所示 画出在该流水线上实行 A B C D 运算的时空图 并求其实际吞吐率和效率 10 分 6 已知有一非线性流水线的原始冲突向量为 10001101 试画出状态转移图 并求出平均 延迟最小的最佳调度方案 10 分 7 在 CRAY 1 型向量处机上 V 为向量寄存器 长度为 64 S 为标量寄存器 所用浮点功 能部件的执行时间分别为 加法需 6 拍 乘法需 7 拍 从存储器读数需 6 拍 求倒数近似 值需 14 拍 打入寄存器需 1 拍 启动功能部件 包括存储器 需 1 拍 问下列各指令组中 的哪些指令可以链接 哪些可以并行执行 说明 原因并分别计算各指令组全部完成所需的 拍数 10 分 1 V0 存储器 V1 V2 V3 V4 V5 V6 2 V3 存储器 V2 V0 V1 V4 V2 V3 计算机系统结构 期末考试 A 卷参考答案 一 单项选择题 每小题 2 分 共 20 分 A B B A B B A B B B 二 填空题 每小题 2 分 共 20 分 span style z index 1 left 0px margin left 196 0000px margin top 15 5333px width 134 0000px height 126 0000px 1 15 79 2 5 32 或 0 15625 3 1200 4 3 4 5 400 三 10 分 每小题 5 分 解 1 通道的极限流量 2 分 通道的实际流量 2 分 因为 所以该通道能正常工作 1 分 注 极限流量和实际流量都是近似值 如果相差不大则给全分 2 通道的工作示意图如下所示 span style z index 1 left 0px margin left 28 0000px margin top 0 0000px width 463 0000px height 141 0000px 此图是 示意图 主要检查 每个设备的申请间隔 每个申请的完成时间 如果 都对则给 5 分 只有其中之一正确 则给 3 分 其它可酌情给分 四 10 分 7 分 3 分 解 1 7 分 LRU 法的堆栈处理过程略 至少应分配 4 个实页 4 分 注 如果过程不是堆栈处理则 2 分 但不影响后面得分 最高命中率 H 7 12 58 3 3 分 2 单元的命中率 H 7 1024 5 1023 12 1024 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 初始冲突向量 C0 10001101 2 分 状态图如下 2 分 说明 有状态图 但不正确给 1 分 无状态图 此步不给分 由此可得最佳的调度策略是 2 5 TPmax 1 3 5 t 1 分 2 3 分 每个结果得 1 分 按最优调度策略输入 6 个任务 实际吞吐率 TP 6 9 2 5 2 5 2 t 6 25 t 加速比 S 6 9 t 25 t 2 16 流水线的效率 6 9 t 5 25 t 0 432 六 10 分 4 3 3 分 解 1 网络级数 log264 6 每级的开关数 64 2 32 个 4 分 2 PE3 的二进制地址 000011 PE31 的二进制地址 011111 000011 011111 011100 级控信号为 K5 K4 K3 K2 K1 K0 011100 结果正确给 3 分 或直接说明 K2 K3 和 K4 级开关为交叉 其它为直连 也给 3 分 4 31 号处理器连到 3 号处理器 3 分 七 10 分 每小题 5 分 解 1 需要 8 次乘法 7 次加法 8 个处理单元同时 8 次乘法的时间是 4 t 为了完成累加 需要分步进行 每一步都需要先进行并行传送 然后进行并行加运算 过程 如下 PE1 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6 PE7 PE8 需要 1 t PE1 PE3 PE6 PE8 做加法 需要 2 t PE1 PE3 PE6 PE8 需要 2 t PE1 PE8 做加法 需要 2 t PE1 PE8 需要 1 t PE1 做加法 需要 2 t 共 14 t 结果正确 过程相同或相似 有的同学是画时 空图方式求解 给 5 分 结果相 近且有过程给 3 分 其它情况可酌情给分 2 n 16 时每个处理器需要分成 2 组 如下所示 PE0 PE1 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6 PE7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 这样每个 PE 要先做 2 次乘法 一次加法 然后再累加 所以比 1 的时间多出 4 t 2 t 6 t 共 20 t 结果正确 过程相同或相似 有的同学是画时 空图方式求解 给 5 分 结果相 近且有过程给 3 分 其它情况可酌情给分 八 10 分 每小题 5 分 解 1 解之得 结果正确给 5 分 表达式正确 但计算有错给 4 分 其它情况可酌情给分 2 结果正确给 5 分 表达式正确 但计算有错给 4 分 其它情况可酌情给分 期末考试 计算机系统结构 试卷 B 卷 参考答案 一 填空题 每空 1 分 共 10 分 1 单指令流多数据流 多指令流多数据流 2 重叠寄存器窗口 优化延迟转移 3 16 行 每行有 E B b 1 6 2 2 1 11