武汉大学计算机学院2004级系统结构试卷

1、 武汉大学计算机学院2004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（

2、）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

3、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？28位十六进制IEEE754单精度浮点数BEH，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

4、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

5、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20s的间隔向控制器发DMA请求，磁带以25s的间隔发DMA请求，打印机以40s间隔发DMA请求。字节多路通道选择设备的时间为4.5s，传送一个字节需要的时间为0.5s。 (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?

6、 （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9t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。T1T2T3T4T5T6T7T8T9S1S2S3S4S5 (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

7、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2t，完成一次乘法需要时间4t。八、（10分）某系统有3个部件可以改进其性能

8、，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C

9、ache 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)-1R6MUL 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，

10、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 、OPT5一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、8506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

11、、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2t，第2个子过程序时间为3t，第4个子过程的时间为4t，则流水线每隔（ ）流出一结果。 、t 、2t 、3t 、4t9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

12、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0.30.30.20.10.050.020.020.013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

13、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ABCD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()，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

14、：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 ，V1V2+V3，V4V5V6；（2） V3存储器，V2V0V1，V4V2+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; m

15、argin-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;

16、 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=(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），初始冲突向量： C0=（）（2分）状态图如下：（2分）（说明：有状态

17、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=1/3.5t（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 =6/25t 加速比 S= （69）t / 25t =2.16流水线的效率= （69）t / (525t) = 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：PE31的二进制地址： = 级控信号为K5 K4 K3 K2 K1 K0=；（结果正确给3分）（或直接说明：“K2、K

18、3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4t；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：? PE1PE2; PE3 PE4; PE5PE6; PE7PE8; 需要 1t? PE1 PE3 PE6 PE8 做加法, 需要 2t? PE1 PE3; PE6PE8; 需要 2t? PE1 PE8 做加法; 需要 2t? PE1 PE8; 需要 1t? PE1 做加法 需要 2t共14t（结果正确、过程相同或相似（

19、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：4t+2t=6t共20t（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 位（二进制）。4 R6先写后读（RAW） 相关和 写与写（WAW）相关。5