计算机系统结构(有详细答案)

1、计算机系统结构 （有详细答案 ）（仅供参考，不作为考试标准），选择题（30 分，每题 2 分）计算机 系统结构设 计者所 关心的 是A）硬件设计人员C）机器语言或汇编语言程序员40FjZ。在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意A）加快经常性使用指令的执行速度B）要特别精心设计少量功能强大的指令C）要 减 少 在 数 量 上 占 很 小 比 例 的 指 令 的 条 数D）要 加 快 少 量 指 令 的 速 度S6U8c。重叠寄存器技术主要用于解决在RISC系统中因_A） JMP指 令 影 响 流 水 线B） CALL指令的 现场 保护C）只有LOAD和STORE指令带来的访问存储器不便D

2、）存 储 器 访 问 速 度Sq1OD。为使流水计算机运行效率高_A）各过程段时间要不同C）连 续 处 理 的 任 务 类 型 应 该 相 同YJe8d。不 属 于 堆 栈 型 替 换 算 法 的 是 _ 。A）近 期 最 少 使 用 法B）近 期 最 久 未 用 法C）先进先出法D）页面失效频率法HbPKI。与全相联映象相比，组相联映象的优点是_ 。A）目录表小B）块冲突概率低C）命中率高D）主存利用率高csPyC。一次重叠中消除指令相关最好的方法是_ 。A）不准修改指令B）设相关专用通路C）推后分析下条指令D）推后执行下条指令1kVOf。流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决办法有_A）用

3、优化编译器检测，通过指令重新排序的办法B）数据重定向技术C）延 迟 转 移 技 术D）加 快 和 提 前 形 成 条 件 码NRke4。经多级网络串联来实现全排列网络， 只能用_ 。A）多级立方体网络B）多级P M2I网络C）多级混洗交换网络D）上述任何网络ol 3y3。虫蚀寻径以流水方式在各寻径器是顺序传送的是_。A）消 息B）包C）片D）字 节所看到的的计算机结构。B）逻 辑设 计 人 员D）高 级 语 言 程 序员而导致的问题。B）连续处理的任务类型应该不同D）连 续 处理 的 任务 数 尽 可能 少计算机系统结构 ( (有详细答案 ) )Qj 6qD。超标量处理机_A)在 一 个 时

4、钟 周 期 内 分 时 发 射 多 条 指 令C)在一 个 时 钟 周 期 内 同 时 发 射 多 条 指 令6eoUO。_ 属 于MIMD系 统 结 构 。A)各 处 理 单 元 同 时 受 同 一 个 控 制 单 元 的 管 理B)各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令C)多处理机和多计算机D)阵 列 处 理 机BPGwA。BSP计算机的并行处理机有16个处理单元,并行存储器的存储体个数为A)16B)1C)32 D)17K81nL。X)对计算机系统中经常使用的基本单元功能,宜于用软件来实现,这样可降低系统的 成本。V)处理机级流水线又称为指令流水线。X)由于RISC简化了指令系统，因此

5、，RISC上的目标程序比CISC上的目标程序要短 些,程序执行的时间就会少一些。8wi Em。)在存储体系中，地址的映象与地址的变换没有区别。)在满足Cache与主存的 一致性方面,写回比写直达法好。)Cache组 相 联 映 象 的 块 冲 突 概 率 比 直 接 映 象 的 高 。(V)采用LRU替换的Cache存储器,分配给程序的Cache容量一定时,块的 大小增加,Cache的命中率将先上 升,到一定时候又会逐渐降低。yA4fE。(X)阵列处理机以多个处理机构成阵列。(V)SIMD计算机的算法极大地依赖于机器的系统结构。(X)解决多 处理机Cache不一致 性问题 是基于 链式 目录的

6、 协议优 点是限制了 共享数 据块 的拷贝数量。流水线的技术指标不包括_A)响应比B)吞吐率C)加 速 比D)效 率向量处理机属于A)SISDU0zOC。B)SIMDC)MISDD)MIMDB)只有一个操作部件D)只有 一个取 指部 件判断题(正确打V,错误打X,10 分，每题 1 分)(计算机系统结构( (有详细答案) )综合题(10分)如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这三个部件经改进后的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。(1)如果部件1和部件2改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例都为 么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3改进后的整个系

7、统的加速比Sn达到10？(2)如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别为30%20%，那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后 的系统执行时间中占的比例是多少？i 4Ta2。)A解：(4)(4)在多个部件同时改曲的情况T,T, AmdahlXAmdahlX律应扩展为；= =h hAR-F(仁EFEF屮LL)LL)SsiSsi已知少=3=3山52=20,52=20, 33=10,33=10, Fe1,3Fe1,3 Fe2=0,3,Fe2=0,3, FeS=0,2,FeS=0,2,因此有：n=1n=1/ /1-(0.3+0.3+0.2)+(0-3730+0

8、.3/20+0.2/10)1-(0.3+0.3+0.2)+(0-3730+0.3/20+0.2/10)可得：亦4141耒改进部分所占时间20%20%改进后总时问In=In=改进后改进部分所占时问十改进后未改进部分所占时间= =( (To30W30i+To30%/20+To20%/10To30W30i+To30%/20+To20%/10 ) ) +20%To+20%To =24.5%To=24.5%To所以，来改进部分的执行时问在整个系统的执行时间中所占的比例为：20%To/24.5%To=82%20%To/24.5%To=82%(10分)一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为35%,2

9、5%,20%,10%,5%，3%和2%。(1)(1)要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长 度。I W6ut。(2)(2) 设计 8 8 字长的寄存器- -寄存器型指令 3 3 条，1616 位字长的寄存器- -存储器型变址寻址方式 指令 4 4 条，变址范围不小于 127127。请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。4kpU&30%,那 个部件都、30%和如皿F F . .巳知S S仁30,30, 52=20,52=20, 53=10,53=10, Sn=10.Sn=10. Fe1=0.3,Fe1=0.3, Fe2=0.3,Fe2=0.3

10、,因此有;10=1/1110=1/11-(a.3+0.3+Fe3)+(0.3/3040.3/20+Fe3/10)-(a.3+0.3+Fe3)+(0.3/3040.3/20+Fe3/10)可得：Fe3=0.36Fe3=0.36(2)(2)同样依据：_ _ ToTo二TtiTti解:1010更解5 5、编码0 0 6060(Huffman计算机系统结构（有详细答案）得到的操作码长度最短，应采用 0 HUffma0.0. 40401.1. 0000树如0-0- 10100-0- 20200.0. 05051这样，采用Huffman编码法得到的操作码的平均长度为:4 4300300计算机系统结构( (

11、有详细答案) )H = 2X(0.35+0.25+0.20) + 3X0.10 + 4X0.05+ 5X(0.03 + 0.02)OF4KZ=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35(10分)有一个4段流水线，如下图所示：-1 1S1ZKZKS2S3 fS4p其中，段S1和S3的执行时间均为200ns,段S2和S4的执行时间均为100ns。若瓶颈段S1可使用细分方法改造，瓶颈段S3可使用并联方法改造，对改造后的流水 线，分别使用公式和时空图求连续流入4条指令的实际吞吐率和效率VBxa5。解：(1)(1)克用公式计算如下：n n4 4300300TP1TP1 = =E E Atj+(n-1)A

12、tjAtj+(n-1)Atj (200+100+200+100)+(4-1)(200+100+200+100)+(4-1) X X 200200I I二1 1计算机系统结构（有详细答案）= =0.50.5k k E E AtAt汁(n-1)Atj(n-1)Atj4 4X X(200+100+200+100)+(4-1)X200(200+100+200+100)+(4-1)X200J=-1改造前时空图:可得：TP1=4/(12TP1=4/(12 A A t)=4/(12t)=4/(12 y y 100)=1/300100)=1/300E1=(aAt+4AE1=(aAt+4A t+8t+8 A A

13、 t+4t+4 A A ty(4ty(4 X12A.X12A. t)=0.5t)=0.5（2 2）改造后的时空图（公式计算略）：1 12 23 34 41 11 12 22 23 33 34 44 41 12 23 34 41 11 12 22 23 33 34 44 4S4S4S3S3S2S2S1S1nrnr AtjAtji-14X(200+100+200+100)4X(200+100+200+100)可得：TPTP 2 2 =4/(9=4/(9 A A t)=4/(9X100)=1t)=4/(9X100)=1；22-522-5E2=(BE2=(B X X 4 4 A A tV(6tV(6

14、X9AX9A t)=0-44t)=0-44（10分）设向量长度均为64,在Cray-1机上所用浮点功能部件的执行时间分别为：相加6拍，相乘7拍，求倒数近似值14拍；从存储器读数6拍，打入寄存器及启动功能部 件各1拍，问下列各指令组，组内的哪些指令可以链接？哪些指令不可链接？不能链 接的原因是什么？S4S4S32S32S3S3 4 4S12S12S11S111 12 23 34 42 22 24 44 41 11 13 33 31 12 23 34 41 12 23 34 41 12 23 34 4计算机系统结构（有详细答案）分别计算出各指令组全部完成所需要的拍数。(1)V0-存储器(2)V2-

15、V0*V1(3)V0-存储器(4)V0-存储器V1-V2+V3V3-存储器V2-V0*V1V1-1/V0V4-V5*V6V4V-V2+V3V3-V2+V0V3-V1*V2V5V-V3+V4V5V-V3+V4（10分）有一个5段流水线，各段执行时间均为t,其预约表如下表所示。、 时间t段St1t2t3t4t5t6t7S1XXS2XXS3XXS4XXS5XXkWSGUo解：（1）3条向量指令之间既没有发生源Vi冲突，也没有功能部件的使用冲突，所以这3条向量指令可以同时并行流水。向量指令组全部完成需 要x azVu oVi的先写后读相关，又不存在max(1+6(访存)+1+64-1),(1+6( =

16、72拍。浮加)+1+64-1),(1+7(浮乘)+1+64-1)WCzZFo3条向量指令之间没有功能部件的使用冲突，但是在第1、2两条向量指令与第3条 向量指令之间有V2及V3提前1拍启动，则第1,2向量指令中。7 RMS2 o的先写后读相关。只要让第1条向量指令较第2条向量指令 两条向量指令的第1个结果元素就可以被同时链接到第3条（1+7（浮乘）+1）+（1+6（=80（拍）。第1条向量指令与第2浮加)+1+64-1)条向量指令之间有V0的先写后读相关，两者可以链接。第3条向量指令与第2条向量指令之间有源向量寄存器V0的冲突，它们之间只能串行。第3条向量指令与第4条向量指令之间有加法功能部件

17、的使用冲突，它们之间也只能串行。h4t Dho（1+6（访 存）+1 + 1+7（加）+1+64-1）6apXno=222（拍）。4条向量指令均依次有Vi的先写后读相关，但无源Vi冲突，也无功能部件的使用冲 突，所以，这4条向量指令可以全部链接在一起，进行流水。9 uVEy o浮 乘)+1+64-1)+(1+6(访 存)+1+64-1)+(1+6(1+6(访存)+1)+(1+14(求倒数)+1)+(1+(7=104拍浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1)+64-16AUBPo计算机系统结构( (有详细答案) )(1)列出禁止表F和冲突向量C。(2)画出流水线调度的状态图。(3)分别求出允许不等时

18、间间隔调度和等时间间隔调度的两种最优调度策略，以及这两 种调度策略的流水线最大呑吐率。若连续输入10个任务，求这两种调度策略的流水线实际呑吐率和加速比。WY7I W解：(1)禁止向量F=(1,3,6) (1分)冲突向量C=(100101) (1分)(2输入10 个住务时最小启动循圮(2.2,5)偷入间隔 0,2,2.5,2,2.5,2,2.5:胃空时间 7实 I；示乔吐率TP1 = 10/(2 + 2+5+2+2+5 + 2+2 + 5 + 7)At = 10/(34At) = 5/(17At) 加逮 LtS1=1 0*7At/(2+2 + 5 + 2+2 + 5 + 2 + 2 + 5+7)At = 70/34 = 35/17 最小怔宦循 W(4)输 A