计算机系统结构有详细答案

-.z.(仅供参考，不作为考试标准)，选择题(30分，每题2分)计算机系统构造设计者所关心的是________所看到的的计算机构造。A)硬件设计人员 B)逻辑设计人员C)机器语言或汇编语言程序员 D)高级语言程序员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重叠存放器技术主要用于解决在RISC系统中因________而导致的问题。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)存储器访问速度为使流水计算机运行效率高________A)各过程段时间要不同 B)连续处理的任务类型应该不同

C)连续处理的任务类型应该一样 D)连续处理的任务数尽可能少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"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)推后执行下条指令流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决方法有________。A)用优化编译器检测，通过指令重新排序的方法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PM2I网络C)多级混洗交换网络 D)上述任何网络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)字节超标量处理机________A)在一个时钟周期分时发射多条指令 B)只有一个操作部件C)在一个时钟周期同时发射多条指令 D)只有一个取指部件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)SISD B)SIMD C)MISD D)MIMD________属于MIMD系统构造。A)各处理单元同时受同一个控制单元的管理B)各处理单元同时承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)16 B)1 C)32 D)17判断题(正确打√，错误打╳，10分，每题1分)(×)对计算机系统中经常使用的根本单元功能，宜于用软件来实现，这样可降低系统的本钱。(√)处理机级流水线又称为指令流水线。(×)由于RISC简化了指令系统，因此，RISC上的目标程序比CISC上的目标程序要短一些，程序执行的时间就会少一些。(×)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。(√)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。(×)阵列处理机以多个处理机构成阵列。(√)SIMD计算机的算法极依赖于机器的系统构造。(× )解决多处理机Cache不一致性问题是基于链式目录的协议优点是限制了共享数据块的拷贝数量。综合题(10分)如果*计算机系统有3个部件可以改良，则这三个部件经改良后的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。(1)如果部件1和部件2改良前的执行时间占整个系统执行时间的比例都为30%，则，部件3改良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个部件都改良后的整个系统的加速比Sn到达10？(2)如果3个部件改良前执行时间占整个系统执行时间的比例分别为30%、30%和20%，则，3个部件都改良后系统的加速比是多少？未改良部件执行时间在改良后的系统执行时间中占的比例是多少？(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%，25%，20%，10%，5%，3%和2%。(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。(2)设计8字长的存放器-存放器型指令3条，16位字长的存放器-存储器型变址寻址方式指令4条，变址围不小于±127。请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。解：这样，采用Huffman编码法得到的操作码的平均长度为：H=2×(0.35+0.25+0.20)+3×0.10+4×0.05+5×(0.03+0.02)=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35(10分)有一个4段流水线，如以下图所示：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。假设瓶颈段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(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，打入存放器及启动功能部件各1拍，问以下各指令组，组的哪些指令可以？哪些指令不可？不能的原因是什么"

分别计算出各指令组全部完成所需要的拍数。解：(1)3条向量指令之间既没有发生源Vi冲突，也没有Vi的先写后读相关，又不存在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ma*{(1+6(访存)+1+64-1),(1+6(浮加)+1+64-1),(1+7(浮乘)+1+64-1)}=72拍。(2)3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条向量指令提前1拍启动，则第1,2两条向量指令的第1个结果元素就可以被同时到第3条向量指令中。(1+7(浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1+64-1)=80(拍)。(3)第1条向量指令与第2条向量指令之间有V0的先写后读相关，两者可以。第3条向量指令与第2条向量指令之间有源向量存放器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的使用冲突，它们之间也只能串行。(1+6(访存)+1+1+7(浮乘)+1+64-1)+(1+6(访存)+1+64-1)+(1+6(浮加)+1+64-1)=222(拍)。(4)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在一起，进展流水。(1+6(访存)+1)+(1+14(求倒数)+1)+(1+(7浮乘)+1)+(1+6(浮加)+1)+64-1=104拍(10分)有一个5段流水线，各段执行时间均为Δt，其预约表如下表所示。

(1)列出制止表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。(4)假设连续输入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。解：(1)制止向量F=(1,3,6)(1分)冲突向量C=(100101)(1分)〔2〕(3)最小启动循环(2,2,5)最小平均延迟(2+2+5)/3=3TPma*=1/(3Dt