中国海洋大学 考研 期末 20061计算机系统结构答案B李海涛

参考答案及评分标准（B 卷）
1. 1） 平均
2.2410%812%418%260%1CPI =⨯+⨯+⨯+⨯= （4分）
2） 86.1710
24.240M 10CPI f MIPS 66=⨯=⨯= （4分） 2. RR 型指令：
（2分） 其操作码编码为：00、01、10 （1分） RX 型指令：
（3分） 其操作码编码为：1100、1101、1110、1111
（1分） 3. 1）令61060r ,T T r c m
===则，由r
H H e ⋅-+=)1(1 ，可得：
8.05.05.061
5.061=-⨯-⨯=--=e re re H
（2分） )(2060)8.01(108.0)1(ns T H T H T m c =⨯-+⨯=⋅-+⋅=
（2分） 2） 改进后，系统的命中率为：987.094.094.061
94.061'=-⨯-⨯=--=e re re H
（1分） 又因为 n n H H 1'-+= ，解得：4.15987.018
.01'11=--=--=H H
n
（2分） 44n B =⎥⎥⎤
⎢⎢⎡=
（1分） 4. 字节多路通道的实际流量为：∑=i
i byte f f
数组多路通道的实际流量为：i i block f max f =
选择通道的实际流量为：i i select f max f =
字节多路通道中子通道1的实际流量为：250KB/s 工作周期为：4μs
字节多路通道中子通道2的实际流量为：250KB/s 工作周期为：4μs
字节多路通道中子通道3的实际流量为：500KB/s 工作周期为：2μs
字节多路通道的实际流量为：1000KB/s 工作周期为：1μs （3分） 数组多路通道1的实际流量为：4000KB/s 工作周期为：250ns
数组多路通道2的实际流量为：4000KB/s 工作周期为：250ns
选择通道1的实际流量为：5000KB/s 工作周期为：200ns
选择通道2的实际流量为：6000KB/s 工作周期为：167ns （
3分）
5. 1） 禁止向量为：{2，4，6}，初始冲突向量为：（101010），状态转移图如下图所示：
【评分标准】画图正确给4分，画错或少画，酌情扣1～4分。

2） 最小启动循环：（1，7）；最小平均启动距离：4 （2分）
3） 若连续输入10个任务，需经过40拍（第10个任务的输入时刻是第33拍）才能全部完成，此时，该流水线的实际吞吐率为：
25M 400ns
10TP == （2分） 6. 由题意知：共有64×8个乘法指令和64×7个加法指令。

1） 顺序执行，先做乘法，再做加法，每个任务均需5拍。

执行时间：48000ns 105)76458(64=⨯⨯⨯+⨯⨯ （2分）
2） 先做乘法流水操作，再做加法流水操作，但第一个加法的“取指”操作可以和最后
一个乘法的“乘法2”操作并行执行；第一个加法的“译码”操作可以和最后一个乘法的“乘法3” 操作并行执行，即第一个加法操作的“取指”和“译码”阶段可以被最后一个乘法操作屏蔽。

执行时间：9660ns 102)-1-76451-864(5=⨯⨯++⨯+ （2分） 3） 先流水计算64个乘法，从而可以获得所有64个8数累加算式的第一个操作数，然后可以按照类似于纵向处理的方式（可最大程度上避免数据相关），每计算出一个乘法结果，就做一个加法操作，由于是超标量处理机，按题意可知第1个加法操作可与第66个乘法操作并行执行，第2个加法操作可与第67个乘法操作并行执行，依此类推，第（64×7－1）个加法操作可与第（64×8）个乘法操作并行执行，且均为流水操作，但由于最后一个加法需要等待最后一个乘法操作的结果（存在数据相关），因而会产生两拍的延迟。

从宏观时间上看，整个过程相当于先执行（64×8）个乘法的流水操作，最后再接上3拍的加法操作时间。

执行时间：5190ns 103)1-864(5=⨯+⨯+ （2分）
4） 虽然是超流水线处理机，但依题意可知，“取指”和“译码”部件是瓶颈部件，因而在算法上调整乘法和加法操作的执行顺序并不能带来时间上的减少，因此，不妨先流水计算乘法，在流水计算加法（乘法和加法操作之间没有断流）。

执行时间：4835ns 51)1564(8=⨯-⨯+ （2分）
5） 对于该超标量超流水线处理机，可参照第3）小题的计算方法和第4）小题中的分析。

最终，从宏观时间上看，整个过程相当于先执行（64×8）个乘法的流水操作，最后再接上6拍的加法操作时间。

执行时间：2625ns 56)1-864(8=⨯+⨯+ （2分） 7. 1）Rs Rv Ra αα-+=11 )
(Rv Rs Rv RvRs Ra -+=∴α （4分） 2）由上式可得，%3.96)110(5.7)
15.7(10)()
(=-⨯-⨯=--=Rs Rv Ra Rs Ra Rv α
（2分） 8. ⑴ 1023)6(0110)(1101)1110(Cube ===
（1分） ⑵ 6mod16)214()14(PM233=+=+ （1分） ⑶ 13mod16)214()14(PM20
0-=-=
（1分） ⑷ 102)7(0111)()1110(==β （1分） ⑸ 102)13(1101)()1110(S huffle == （1分） ⑹ 102)11()1011(1101)(S huffle ))1110(S huffle (S huffle ===
（1分） 9. 1） T 0 = 4×8＋2×7 = 46(拍)
（2分） 2） ① 8个PE 上并行做乘法 需4拍
② 0→1、2→3、4→5、6→7并行传送数据 需1拍
③ 1、3、5、7上并行做加法 需2拍
④ 1→3、5→7并行传送数据 需2拍
⑤ 3、7上并行做加法 需2拍
⑥ 3→7传送数据 需4拍
⑦ 7上做加法，得到最后结果 需2拍
因此，总共需：4+1+2+2+2+4+2=17(拍)
（3分） 3） ① 8个PE 上并行做乘法 需4拍
② 0→1、2→3、4→5、6→7并行传送数据 需1拍
③ 1、3、5、7上并行做加法 需2拍
④ 1→3、5→7并行传送数据 需1拍
⑤ 3、7上并行做加法 需2拍
⑥ 3→7传送数据 需1拍
⑦ 7上做加法，得到最后结果 需2拍
因此，总共需：4+1+2+1+2+1+2=13(拍)
（3分） 10. )K M (2C )K (Rmax )K M (K 2C
)K (Rmax T i
2
i 2i i i i i ∑∑-
+=-+=
式中：T 表示总执行时间；K i 表示第i 台处理机上分配的任务数。

1) 因为 502
1002M 205100C R ==<==，所以应采用集中分配方案，将100个子任务全部分配到一台处理机上执行，总执行时间为：)(10000100100RM T 拍=⨯==
【评分标准】解答正确给4分，答错或少答酌情扣1～4分。

2) 因为 502
1002M 80180C R ==>==，所以应采用平均分配方案，8台处理机依次各分配13、13、13、13、13、13、13、9个子任务，总执行时间为：
拍）(5408)9137100(211380)K M (2C )K (Rmax T 222i
2i 2i =-⨯-+⨯=-+=∑ 【评分标准】解答正确给4分，答错或少答酌情扣1～4分。

c) 并行计算时，由于存在通信开销，给系统带来了额外的执行时间。

R/C 比值是衡量任务粒度的尺度，粗粒度（R/C >M/2）情况下，宜采用并行计算，平均分配任务；细粒度（R/C <M/2）情况下，宜采用串行计算，集中分配任务。

（2分）。