中南民族大学计算机系统结构试卷
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2010年 A 卷
1. 计算机系统的多层结构从高到低可以分为应用语言虚拟机 ， ，操作系统机器级，传统机器级和 。 2．并行性包含 和 二重含义。 3．系列机软件必须保证 兼容。
4．某计算机系统采用浮点运算部件后，使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行某一程序的整体性能提高到原来的5倍，则该程序中浮点操作所占的比例是 。系统加速比是 。
5．由软件实现的机器称为 。在一个计算机系统中，低层机器的属性对高层机器的程序员往往是的 。
1、 高级语言虚拟机 ， 汇编语言虚拟机 ， 微程序机器级；
2、 同时性 ， 并发性 ；
3、 向后；
4、 84.2% ， 5；
5、 虚拟机 ， 透明的 ；
三、计算机系统有三个部件可以改进，这三个部件的加速比如下： 部件1加速比＝6； 部件2加速比＝4； 部件3加速比＝5；
（1） 如果部件1和部件2的可改进比例为30％和20%，那么当部件3的可改
进比例为多少时，系统的加速比才可以达到2？（9分）
（2） 如果三个部件的可改进比例为30％、10％和12.5％，三个部件同时改进，
那么系统加速比是多少？（6分） （1）
∑
∑+-=
i
i
i i
i S f f S )1(1
（3分）
1
332211321)](1[-⎭⎬
⎫⎩⎨⎧+++++-=S f S f
S f f f f S （1分） 1
330.30.22[1(0.30.2)]645f f -⎧
⎫=-+++++⎨⎬⎩⎭
（2分）
312.5%f = （3分）
（2）
3
12123123
1
(1)S f f f f f f S S S =
---+++
（2分）
1
0.30.10.125
(10.30.10.125)645
S =
---+++
（1分）
1 1.740.575S ==
四、假设某应用程序中有4类操作，通过该进，各操作获得了不同的性能提高。
（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？（6分）
（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少（用加速比的定义求解）？（6分）
（1）该进后，各类操作的加速比分别是：
1221S == 220210
S == 34
41
S =
= （1分） （2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是： 操作1单独改进后，程序获得的加速比是：
111
1
1/1
10.040.04/21.02
S f f S =-+=
-+= （2分）
操作2单独改进后，程序获得的加速比是：
222
1
1/1
10.80.8/21.67
S f f S =-+=
-+= （2分）
操作3单独改进后，程序获得的加速比是：
333
1/1
10.160.16/41.14
S f f S =-+=
-+= （2分）
（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是（没有用定义求解，该小题0分）：
1022020204
10120102012.17S ⨯+⨯+⨯=
⨯+⨯+⨯= （6分）
五、现有3段流水线，各段经过的时间依次为△t ，3△t ，△t ，
（1）分别计算在连续输入3条指令时和30条指令时的吞吐率和效率。（5分） （2）采用瓶颈段细分的方式改进该流水线，改进后同时输入3条指令和30条指令时分别计算其吞吐率和效率。（5分）
（3）通过对（1）,（2）两小题的计算比较可得出什么结论？（5分） （1）1
(1)m
i
j
i n
TP t n t
==
∆+-∆∑ （j t ∆为瓶颈段时间）
1
1
[(1)]
m
i
i m
i j i n t m t n t η==⨯∆=
⨯∆+-∆∑∑ （1分）
当连续输入3条指令时
33
52311TP t t t =
=
∆+⨯∆∆ （1分）
3545%
311t
t
η⨯∆=
=⨯∆ （1分） 当连续输入30条指令时
3015529346TP t t t =
=
∆+⨯∆∆ （1分）
30554%
392t
t
η⨯∆=
=⨯∆ （1分） （2）将第二段细分为3个子段，每个子段均为t ∆
1
(1)m
i
i
i TP t n t
==
∆+-∆∑
1
1
[(1)]
m
i
i m
i i i n t m t n t η==⨯∆=
⨯∆+-∆∑∑ （1分）
当连续输入3条指令时
33
527TP t t t =
=
∆+∆∆ （1分）
3543%
57t
t
η⨯∆=
=⨯∆ （1分） 当连续输入30条指令时
301552917TP t t t =
=
∆+∆∆ （1分）
30588%
534t
t
η⨯∆=
=⨯∆ （1分） （3）结论：在流水线中，无论瓶颈段是否被消除（2分），只有当连续输入流水线的指令越多时，流水线的实际吞吐率和效率才会提高。 （3分） 六、设向量长度为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 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？哪些指令不能链接？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 V1←V2+V3
V4←V5*V6 （7分） （2） V0←存储器
V1←1/V0 V3←V1*V2
V5←V4+V3 （8分）
（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（1分），又没有功能部件的使用冲突（1分），所以这3条指令可以同时并行流水（1分）。计算指令组全部完成所需要的拍数时，只需要取这3条向量指令完成时所需要最多的拍数即可。