系统结构试题

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)32 D)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
三条指令的操作码分别为
00，01，10
设计16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令如下：4318
（2）设计8位字长的寄存器-寄存器型变址寻址方式指令如下，因为只有8个通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作码只有两位，设计格式如下：
2 3 3操作码OP 源寄存器R1目的寄存器R2操作码OP
通用寄存器
变址寄存器
偏移地址
四条指令的操作码分别为1100，1101，1110，1111
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：
S1S2S3S4
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。

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