系统结构09级软工网工B卷

1、南京理工大学课程考试试卷 （学生考试用）课程名称： 计算机系统结构 （A） 学分： 2 大纲编号 06025202-0 试卷编号： 考试方式： 笔试 满分分值： 100 考试时间： 120 分钟组卷日期： 2012年5月12日 组卷教师（签字）： 张功萱 审定人（签字）： 学生班级： 学生学号： 学生姓名： 注意：本试卷共五道大题，请将答案按题号和序号写在答题纸上一、 表1列出了2011年11月份全球TOP 500中位于前10的超级计算机及相关的参数，排名第二的是中国“天河一号”。（24%） 表1. TOP 10 超级计算机 （2011年11月）NameComputerRmaxRpeakNma

2、xArchitectureK computer, SPARC64 VIIIfx 2.0GHz, Tofu interconnect105100001128038411870208ClusterTianhe-1ANUDT YH MPP, Xeon X5670 6C 2.93 GHz, NVIDIA 2050256600047010003600000MPPJaguarCray XT5-HE Opteron 6-core 2.6 GHz175900023310005474272MPPNebulaeDawning TC3600 Blade System, Xeon X5650 6C 2.66GHz,

3、Infiniband QDR, NVIDIA 2050127100029843002359296ClusterTSUBAME 2.0HP ProLiant SL390s G7 Xeon 6C X5670, Nvidia GPU, Linux/Windows119200022876302490368ClusterCieloCray XE6, Opteron 6136 8C 2.40GHz, Custom11100001365811.20MPPPleiadesSGI Altix ICE 8200EX/8400EX, Xeon HT QC 3.0/Xeon 5570/5670 2.93 Ghz, I

4、nfiniband108800013153283344040MPPHopperCray XE6, Opteron 6172 12C 2.10GHz, Custom10540001288627.24537344MPPTera-100Bull bullx super-node S6010/S6030105000012545504926336ClusterRoadrunnerBladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i 3.2 Ghz / Opteron DC 1.8 GHz, Voltaire Infiniband10420001375776224934

5、3Cluster请回答下列问题：第 1 页 1. 参数Rmax 和Nmax 表示的是什么？这两个参数之间有关系吗？（请结合系统结构的学习内容，给出理由或依据， 6分） 2. 什么是弗林（Flynn）分类法？按照弗林分类法，MPP和CLUSTER是哪一类的机器？ （6分） 3. CPU和GPU 2050结合是近几年高性能计算的一种流行的并行结构，请问此结构属于Flynn的哪一类？（6分） 4. 为什么说MPP结构的机器是非对称的？MPP结构中多处理单元之间靠什么实现信息交互？（6分）二、 Patterson等人于1983年在成功研制32位的RISC I后，又研制了RISC II，指令种类扩充到3

6、9种，3种数据类型，单一变址寻址方式，通用寄存器138个。 表2是RISC机器的常见指令类型。RISC机器大多数机器采用流水线技术、窗口重叠技术、Cache缓存技术等。图1给出的是典型RISC机器的指令流水线。（22%）表2 RISC机器的指令类型 指令 流水线段ALULOAD/STOREBRANCHIF取指取指取指ID译码、读寄存器堆译码、读寄存器堆译码、读寄存器堆EX执行计算访存有效地址计算转移目标地址，置条件码MEM-访存（读或写）条件成立，则转移目标地址>PCWB结果写回寄存器堆将读出的数据写入寄存器堆-图1. RISC机器流水线1. 什么是窗口重叠技术？（5分）2. 什么是Ca

7、che的哈佛结构？（5分）共 2 页 3. 在流水线处理机中，可能存在哪三种冲突（或相关）？（5分）4. 请分析下列指令进入流水线可能存在的问题，并给出解决办法。（7分）DADD R1，R2，R3； DSUB R4，R1，R5； XOR R6，R1，R7； AND R8，R1，R9； OR R10，R1，R11； 说明：指令的形式是 第一参数=（第二参数）OP（第三参数） 三、（21%）Cray-I 是1976年美国推出的全球第一台向量处理机，有8个向量寄存器，如图2.所示。在CRAY-1机器上，按照链接方式执行下述4条向量指令（括号中给出了相应功能部件的执行时间），如果向量寄存器和功能部件之

8、间的数据传送需要1拍，设寄存器入、出各需1拍。设向量长度为64 。 V0存储器 （从存储器中取数：7拍） V2V0+V1 （向量加：3拍） V3V2<A3 （按（A3）左移：4拍） V5V3V4 （向量逻辑乘：2拍）图2. CRAY-I结构1. CARY-1的链接技术是什么？有哪些约束条件？（6分）2. 请用一般方法计算完成上述指令的时间（节拍）。（6分）3. 请采用链接技术，计算完成上述指令的时间（7分）四、（8%）在具有编号为031的共32个部件SIMD互连网络中1. 画出四个立方体之间采用Cube 3 ,Cube 4连接的拓扑结构图；2. 画出前16个部件的四级立方体互连网络结构图

9、（Cube 0 ,Cube1，Cube 2 ,Cube 3级间对号连接）；3. 设交换单元(交换开关)为双功能交换单元 （1）0# 与14# 部件, 7# 与10# 部件能同时实现通信吗？为什么？ （2）10# 与1# 部件, 15# 与9# 部件能同时实现通信吗？为什么？第 2 页 五、对于两路超标量处理器，从存储器取数据有两拍附加延迟，其它操作均有1拍附加延迟，对于下列代码，请按下列要求分别进行指令调度，并给出调度结果。 LWR4, (R5) ; (R5)à R4LWR7, (R8) ; (R8)à R7DADDR9, R4, R7 ; (R7)+( R4)à R9LDR10, (R11) ; (R11)à R10DMULR12, R13, R14 ; (R13)*( R14)à R12DSUBR2, R3, R1 ; (R3)-( R1)à R2SWR15, (R2) ; (R15)à (R2)DMULR21, R4, R7 ; (R4)*( R7)à R21SWR23, (R22) ; (R23)à (R22)SWR21, (R24) ; (R21