华科2004年计算机系统结构研究生入学考题参考答案

参考答案
一、判断题（１８分）
1.C;
2.b;
3.b;
4.b;
5.d;
6.c.
二、问答题（１０分）
1.RISC的原理是将频繁使用的指令加快，而将不频繁使用的指令去掉，多余出来的资源用于构造寄存器和流水线，
符合加快经常性事件的原理。

关键点是减小了CPI.
2.机群系统虽然也是通过网络将独立的多台计算机连接起来，但它通过单一系统映像软件，使机群系统在逻辑上看
是一台计算机；而局域网互连得多台计算机是相互独立的计算机。

3.它们都对向量计算有很高的效率，但向量机是用数据流水线的方法，通过时间重叠来提高并行度；SIMD是用资源
重复的办法，通过对数据的空间并行来提高效率。

三、计算题（４９分）
1.解答：
F=0.4,Sn=1.5,求：S=?
Sn(1-F)+Sn*F/S=1；
S*Sn-S*SnF+SnF=S；
S(1-Sn+SnF)=SnF；
S=FSn/(1-Sn+SnF)
=0.4*1.5/(1-1.5+1.5*0.4)
=0.60/(1-1.5+0.60)=0.60/0.10
=6
至少需要6个CPU.
２．解答：
(存储子系统可以看成一个服务装置)
(1)服务时间T server＝1ms+6.6ms+16KB/40MB/s=7.6+0.4=8ms
服务率1000/8=125
(2)利用率ρ＝8/1000*60=0.48或者60/125=0.48
(3)平均排队时间T req=T server r*ρ/(1-ρ)=8*0.48/(1-0.48)=8*0.48/0.52=7.38ms
系统平均响应时间T=7.38ms+8ms=15.38ms
３．解答：
T=指令总数*时钟周期*（PCI+每条指令访问存储器次数*缺失率*缺失代价）=IC*t*(2+1.5*2%*(50+1,000,000*0.01%))＝IC*t*(2+0.03*(50+100))=IC*t*(2+0.03*50+0.03*100)
=1,000,000*10*(2+1.5+3)=10,000,000*6.5ns=65ms
结果分析：20ms花在cache中，15ms花在内存中，30ms花在I/O上。

４．解答：
有2%的远端存取指令时的平均CPI=1+2%*3000ns/20ns=4
没有远端存取指令时，速度会高4/1=4倍
５．解答:
非流水线:T=20+16+18+12=66ns
流水线一条指令:20+2=22ns
所以,流水线的加速比为66/22=3
６．解答：
２KB*8/100kkB/s=16/100k/s=0.16ms=160us
600+200+200+160=1160us
四、分析题（２３分）
1.解答：
(1)S1使用了前一个循环体所计算出来的值，第i次计算出来的c[i+1],在i+1次循环中使用。

S3和S1之间存在有循环
体间的相关；
(2)在同一次循环中，S2使用了S1中计算的值a[i];
(3)在同一次循环中，S3使用了S1中计算的值a[i];
以上程序可以改写为：
a[1]=b[1]+c[1];
b[1]=a[1]+d[1]
for(i=1;i<=99;i=i+1){
c[i+1]=a[i]+e[i];
a[i+1]=b[i+1]+c[i+1];
b[i+1]=a[i+1]+d[i+1];
}
c[101]=a[100]+e[100];
可以通过进一步展开循环体的方法提高并行性，但它和寄存器的数目相关。

２．
123456789101112
时序
指令
IF ID EX MEM WB
Loop:
LW
R1,0(R2)
IF ID EX MEM WB
ADDI
R1,R1,#1
SW
IF ID EX MEM WB
R1,0(R2)
IF ID EX MEM WB
ADDI
R2,R2,#5
SUB
IF ID EX MEM WB
R4,R3,R2
IF ID EX MEM WB
BNZ
R4,loop
总执行时间为：12+(100/5-1)*8=12+19*8=164个周期。

３．LRU
P1P2P3P4P2P3P5P5P4P6P3P3P2P1P5
时序
实页
1P1P1P1P4P4P4P5P5P5P5P3P3P3P3P5
2P2P2P2P2P2P2P2P4P4P4P4P2P2P2
3P3P3P3P3P3P3P3P6P6P6P6P1P1
命中率：7/15
LFU
P1P2P3P4P2P3P5P5P4P6P3P3P2P1P5时序
实页
1P1P1P1P4P4P4P5P5P5P5P5P5P5P5P5 2P2P2P2P2P2P2P2P4P6P6P6P2P1P1 3P3P3P3P3P3P3P3P3P3P3P3P3P3命中率：9/15。