计算机系统结构试卷

《计算机系统结构》试题（A）

（计02级本科2005年1月）

班别______ _______姓名_____________学号______ ________总分_____________

一、（20分）选择题：

1、在计算机系统结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ C ）。

A)计算机软件所要完成的功能B)计算机硬件的全部组成

C)编程要用到的硬件知识D)计算机各部件的硬件实现

2、对汇编语言程序员透明的是（A ）。

A)I/O方式中的DMA访问方式B)浮点运算

C)程序性中断D)存取操作数

3、用循环表示PM2-1的互连函数，应该是（A）。

A)（6 4 2 0）（7 5 3 1）B)（0 2 4 6）（1 3 5 7）

C)（0 1 2 3 4 5 6 7）D)（7 6 5 4 3 2 1 0）

4、在提高CPU性能的问题上，从系统结构角度，可以（C）。P10

A)提高时钟频率B)减少程序指令条数

C)减少每条指令的时钟周期数D)减少程序指令条数和减少每条指令的时钟周期数

5、能实现指令、程序、任务级并行的计算机系统属于（D）。

A)SISD B)SIMD C)MISD D)MIMD

6、计算机系统结构不包括（A ）。P4

A)主存速度B)机器工作状态C)信息保护D)数据表示

7、"一次重叠"中消除"指令相关"最好的方法是(A)。

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

8、重叠寄存器技术主要用于解决在RISC系统中因（ B ）而导致的问题。P121

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

10、推出系列机的新机器，不能更改的是（A ）。

A)原有指令的寻址方式和操作码B)系统的总线的组成

C)数据通路宽度D)存储芯片的集成度

11、在流水机器中，全局性相关是指（D）。

A)先写后读相关B)先读后写相关C)指令相关D)由转移指令引起的相关

12、下列说法不正确的是（D）。

A)线性流水线是单功能流水线B)动态流水线是多功能流水线

C)静态流水线是多功能流水线D)动态流水线只能是单功能流水线

13、结构不对称的静态互联网络是是（A）。

A)线性阵列B)环网C)立方体网络D)全连接网络

14、在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会（C）。

A)提高解题速度B)减少需要的存储容量C)提高系统的灵活性D)提高系统的性能价格比

15、多处理机主要实现的是（B）。P500

A)指令级并行B)任务级并行C)操作级并行D)操作步骤的并行

16、虫蚀寻径以流水方式在各寻径器是顺序传送的是（C）。

A)消息B)包C)片D)字节

17、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（D）。P463

A)16 B)1 C)32D)17

20、ILLIAC Ⅳ是一种（C）。

A)流水线处理机B)指令重叠处理机C)阵列处理机D)多处理机

二、（10分）判断题：

1、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。( F )

2、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。（F）

3、流水线调度是看如何调度各任务进入流水线的时间，使单功能线性流水线有高的吞吐率和效率。（ T）

4、无论采用什么方法，只要消除流水线的瓶颈段，就能提高流水线的吞吐率和效率。( F)

5、在满足Cache与主存的一致性方面，写回比写直达法好。（F）

6、在多处理机上，各个任务的执行时间不同时，在个处理机总的运行时间均衡的前提下，取不均匀分配，让各处理机所分配的任务数要么尽量的多，要么尽量的少，这样，才可使总的运行时间减少。（F）

7、Cache组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。（F）

8、要使线性流水线的实际吞吐率接近于理想的最大吞吐率，应将子过程数分得越多越好。（F）

9、在系列机内可以将单总线改为双总线，以减少公共总线的使用冲突。( F )

10、0-15共16个处理单元用Cube2单级互连网络互连，第10号处理单元将连到第8号处理单元。（F）

三、（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30%，那么，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个部件都改进后的整

个系统的加速比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%、30%和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？

四、（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%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。

（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字长的寄存器-寄存器型指令3条，16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令4条，变址范围不小于±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：（1）要使得到的操作码长度最短，应采用Huffman 编码，构造Huffman树如下：

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

五、（10分）在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P6共6个页面组成，系统分配给这个程序的主存只有4个页面。在程序开始执行之前，P1至P4已经装入主存。程序执行过程中依次访问到的页面如下：P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2，P4，P1。采用LRU页面替换算法对这4页主存进行调度。

(1)画出主存页面替换和命中的情况表。

(2)计算两种页面替换算法的页命中率。

(3)假设每个数据平均被访问10次，采用LRU页面替换算法，为了使页面失效率小于10-5，计算页面大小至少应该为多少？

六、（10分）有一个4段流水线，如下图所示：

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。

（1）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。

（2）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

七、（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：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←V0*V1 (3) V0←存储器(4) V0←存储器

V1←V2+V3 V3←存储器V2←V0*V1 V1←1/V0

V4←V5*V6 V4←V2+V3 V3←V2+V0 V3←V1*V2

V5←V3+V4 V5←V3+V4

八、（10分）假定有128个处理器,采用PM2I多级网络互连,若网络中的i=2的1级损坏,拟用Cubei多级网络代替损坏的这一级,试说明最多需要几级Cubei网络?5

九、（10分）A和B都是元素为浮点表示的64×64的二维数组，一次浮点加法的计算过程可由取数、求阶差、对阶、尾数加、规格化和存数共6个段组成，若每个段的执行时间均为Δt，请分别求出在下列结构不同的处理机上完成C=A+B所需的时间及相对于顺序处理的加速比。

（1）顺序处理方式的处理机。

（2）具有浮点加法流水线的流水线处理机，且浮点加法流水线分为6个段，各段执行时间均为Δt。

（3）8×8的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器只能顺序处理浮点加运算。

（4）8×8的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器均能流水处理浮点加运算。

（5）64×64的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器均能流水处理浮点加运算。