武汉大学计算机学院2004级系统结构试卷

武汉大学计算机学院2004级系统结构试卷《计算机系统结构》期末考试试卷（A）一、单项选择题（每小题2分，共20分）1.对汇编语言程序员透明的是()。A.指令寄存器B.中断字寄存器C.通用寄存器D.条件码寄存器2.RISC不采用的实现技术是（）。A.重叠寄存器窗口B.以固件为主C.优化编译D.优化延迟转移3.对于浮点数，在字长和表数精度一定的条件下，尾数基值越大，表数效率（）。A.变低B.变高C.不变D.单调下降4.字节多路通道的“数据宽度”是（）。A.单字节B.双字节C.定长数据块D.不定长数据块5.在有通道处理机的I/O系统中，用户通过（）来向系统提出访问I/O设备的申请？A.通道指令B.广义指令C.无链通道指令D.中断指令6.在先行控制技术的实现中，对主存储器操作优先级最高的部件是（）。A.先行读数栈B.后行写数栈C.先行指令栈D.先行操作栈7.在处理数据相关时，采用相关专用通道（旁路）技术，主要是解决（）相关。A.RAWB.WARC.WAWD.任何8.在页式虚拟存储器中，页面失效和页面争用有可能同时发生的条件是主存中的页面数（）。（注：下式中的p为主存地址中的实页字段）A.大于2p页B.等于2p页C.小于2p页D.不等于2p页9.在Cache-主存系统中，块冲突概率最高的地址映像方式是（）。A.全相联映像B.直接映像C.组相联映像D.段相联映像10.能够实现矩阵转置变换的单级互连网络是（）。A.立方体B.全混洗C.PM2ID.交换二、填空题（每小题2分，共20分）1．在30MHz的标量处理机上执行一目标程序，设每条指令的平均CPI=1.9。其CPU速率为（）MIPS？2．8位十六进制IEEE754单精度浮点数BE200000H，表示的十进制数为（）。3．某I/O系统有两个选择通道，每个通道上都接有速率分别为500、450、600和500（KB/S）的四台设备。则I/O系统的实际流量为（）KB/S。4．一模型计算机有7条指令，已知H=1.98，哈夫曼编码的平均码长L哈=2.05（位），信息冗余量约为（）%。5．某单体四字（每个字长32位）的存储器的访问周期为40ns，在不考虑任何冲突的情况下，其理想频宽为（）MB/S？6．在N=16个处理器的单级互连网络中，当互连函数为PM2-2时，第9号处理器将与（）号处理器相连？7．某用户的段页式虚拟存储器，虚地址中有2位段号、2位页号，则该用户共有（）个虚页？8．一标量指令流水线，有“取指”、“译码”、“执行”和“写回”四个功能段，每段延迟分别为0.2、0.2、0.5、0.4(ns),流水线的最大吞吐率为（）MIPS？9．在某页式虚拟存储器中，用散列变换方法实现对快表的访问。已知虚地址中的用户号为8位、虚页号为12位。快表有32行，每行1024位。那么，散列变换电路的输出位数应为（）位？10．在CRAY-1型向量处理机上，设从存储器读数需6拍，打入寄存器需1拍，启动功能部件（包括存储器）需1拍。完成一个N=64的向量由存储器传送到某一向量寄存器所需要的总时间是（）拍？三、（10分）有一字节多路通道连接磁盘，磁带，打印机三个设备，磁盘以20μs的间隔向控制器发DMA请求，磁带以25μs的间隔发DMA请求，打印机以40μs间隔发DMA请求。字节多路通道选择设备的时间为4.5μs，传送一个字节需要的时间为0.5μs。(设起始时刻三个设备同时发出请求，且速率越快的设备优先级别越高)（1）试问该通道能否正常工作?（2）画出通道工作时的示意图。四、（10分）设某程序包含5个虚页，其页地址流为4，5，3，2，5，1，3，2，2，5，1，3。（1）为获得最高的命中率，至少应该分配给该程序几个实页？其可能的最高命中率为多少？（2）假设在程序执行过程中每访问一个虚页，平均要对该虚页所在主存实页内的存储单元访问1024次，求访问主存存储单元的命中率。五、（10分）在一个5功能段的流水线处理机上需经9△t才能完成一个任务，各段执行时间均为△t，任务处理过程对各段使用时间的预约表如下所示。T1T2T3T4T5T6T7T8T9S1√√S2√√S3√√√S4√√S5√√(1)画出流水线的状态有向图，并由状态图得出流水线的最优调度策略和最大吞吐率。(2)按最优调度策略输入6个任务，求流水线的实际吞吐率、加速比和效率。六、（10分）在64个处理器的STARAN网络中，求：（1）网络共有多少级？每级有多少个交换开关？（2）若将3号处理器连到第31号处理器，求级控信号。并说明各级开关的工作状态。（3）在（2）所求的级控信号下，31号处理器连到几号处理器？七、（10分）分别计算下列两种情况下，在8个处理单元的双向环互连的并行处理机中，计算点积S=所需要的时间：（1）n=8；（2）n=16；设相邻处理单元之间传送一次数据需要时间△t，完成一次加法需要时间2△t，完成一次乘法需要时间4△t。八、（10分）某系统有3个部件可以改进其性能，且它们改进后的加速比分别为：30、20和10。(1)如果部件1和部件2改进前的执行时间占系统的总时间的比例均为30%，那么部件3改进前的比例为多少时，才能使系统的加速比达到10？(2)如果3个部件改进前的执行时间占系统总执行时间的比例分别为30%、30%和20%，那么改进后系统获得的加速比是多少？《计算机系统结构》期末考试试卷（B）一、填空题：（每空1分、共10分）1．按照Flynn分类法，可将计算机系统分为四类。其中SIMD是指计算机，MIMD是指计算机。2、RISC计算机实现的关键技术有技术、采用流水和技术、在逻辑上采用硬件实现为主和固件实现为辅的技术、采用优化编译技术。3．在组相联的Cache地址变换过程中，若E=6位、Q=4位、B=2位、W=7位，则块表的行数为行，每行有位（二进制）。4．有指令：DECR6;(R6)-1→R6MULR6，R7;(R6)×(R7)→R6请指出以上两条指令间存在着相关和相关。5．多级互连网络的三个关键技术是指、和控制方式。二、单选题：（每小题2分、共20分）1．自定义数据表示包括描述符和（）。A、标志符数据表示B、十进制数据表示C、堆栈数据表示D、向量数据表示2．通过对浮点数尾数基值的分析，IEEE754浮点数中尾数基值采用的是（）。Ａ、二进制Ｂ、八进制Ｃ、十进制Ｄ、十六进制3．在CPU系统设计中，欲对ALU进行加速。经分析，已知ALU原运行时间占40%。并将ALU的速度提高到原来的10倍。则改进前后CPU的加速比是（）。Ａ、1.56Ｂ、2.0Ｃ、3.12Ｄ、4.0。4．非堆栈型的页面替换算法是（）。Ａ、FIFOＢ、LFUＣ、LRUＤ、OPT5．一选择通道处理机上连接有速率分别为500、350、400和450(MB/S)的四台设备，则选择通道的实际吞吐率为（）(MB/S)。A、500B、350C、1700D、8506．在页式虚拟存储器中，对于同一页地址流，当主存容量一定时，采用LRU替换算法，随着页面数的增加，主存命中率（）。Ａ、提高Ｂ、降低Ｃ、不变Ｄ、至少不会下降7．在集中式总线控制方式中，分配速度最快、灵活性最好的控制方式是（）。Ａ、串行链接Ｂ、计数查寻Ｃ、定时查寻Ｄ、独立请求8．设一流水线由4个子过程组成，第1、3个子过程序时间为2Δt，第2个子过程序时间为3Δt，第4个子过程的时间为4Δt，则流水线每隔（）流出一结果。Ａ、ΔtＢ、2ΔtＣ、3ΔtＤ、4Δt9．在超标量超流水线中，每个时钟周期（）发送多条指令。A、不同时发送B、同时发送C、分时发送D、既同时又分时10．当N=8时，蝶式函数的表达式为（）。A）B）C）D）三、应用题：（共7题、共70分）1．将IEEE754单精度浮点数BFC00000H、C0A00000H转换成十进制数。（10分）2．设一模型机有8条指令，它们的使用频度如下表所示。请设计出指令的Huffman编码和只有两种码长的扩展操作码编码，求其平均码长和信息冗余量。（已知H=2.35）（10分）指令I1I2I3I4I5I6I7I8使用频度0.30.30.20.10.050.020.020.013．设主存的每个分体的存储周期为2us,每个分体的字长为4B，采用m个分体低位交叉编址。由于各种原因，主存的实际频宽只能达到理想频宽的0.6倍，现要求主存实际频宽为4MB/S,问主存分体数应该取多少？（10分）4．某处理机的指令字长为16位，有双地址、单地址和零地址指令三类，每个地址码长为6位。如果双地址指令有15条，单地址和零地址指令的条数基本相同，那么单地址和零地址指令各有多少条？并为这三类指令分配操作码。（10分）spanstyle=;z-index:1;left:0px;margin-left:135.6667px;margin-top:29.2000px;width:429.0000px;height:97.0000px;5．有一浮点乘法流水线如下图所示。画出在该流水线上实行A×B×C×D运算的时空图，并求其实际吞吐率和效率。（10分）6．已知有一非线性流水线的原始冲突向量为(10001101)，试画出状态转移图，并求出平均延迟最小的最佳调度方案。（10分）7．在CRAY-1型向量处机上，V为向量寄存器，长度为64；S为标量寄存器。所用浮点功能部件的执行时间分别为：加法需6拍，乘法需7拍，从存储器读数需6拍，求倒数近似值需14拍，打入寄存器需1拍，启动功能部件（包括存储器）需1拍。问下列各指令组中的哪些指令可以链接？哪些可以并行执行？说明原因并分别计算各指令组全部完成所需的拍数。（10分）（1）V0←存储器，V1←V2+V3，V4←V5×V6；（2）V3←存储器，V2←V0×V1，V4←V2+V3；《计算机系统结构》期末考试（A）卷参考答案一、单项选择题（每小题2分，共20分）A、B、B、A、B、B、A、B、B、B二、填空题（每小题2分，共20分）spanstyle=;z-index:1;left:0px;margin-left:196.0000px;margin-top:15.5333px;width:134.0000px;height:126.0000px;1．15.792．-5/32或-0.156253．12004．3.45．400三、（10分）（每小题5分）解：（1）通道的极限流量（2分）通道的实际流量（2分）因为，所以该通道能正常工作。（1分）（注：极限流量和实际流量都是近似值，如果相差不大则给全分）（2）通道的工作示意图如下所示spanstyle=;z-index:1;left:0px;margin-left:28.0000px;margin-top:0.0000px;width:463.0000px;height:141.0000px;（此图是“示意图”，主要检查①每个设备的申请间隔；②每个申请的完成时间。如果①②都对则给5分；只有其中之一正确，则给3分；其它可酌情给分）四、（10分）（7分+3分）解（1）（7分）（LRU法的堆栈处理过程略）至少应分配4个实页（4分）（注：如果过程不是堆栈处理则-2分，但不影响后面得分）最高命中率H=7/12=58.3%（3分）（2）单元的命中率H=(7×1024+5×1023)/12×1024=99.96%（3分）五、（10分）（7分+3分）解（1）（7分）禁止表F=(8,4,3,1)（2分），初始冲突向量：C0=（10001101）（2分）状态图如下：（2分）（说明：有状态图，但不正确给1分；无状态图，此步不给分）由此可得最佳的调度策略是（2，5），TPmax=1/3.5△t（1分）(2)（3分：每个结果得1分）按最优调度策略输入6个任务，实际吞吐率：TP=6/（9+2+5+2+5+2）△t=6/25△t加速比S=（6×9）△t/25△t=2.16流水线的效率=（6×9）△t/(5×25△t)=0.432六、（10分）（4+3+3分）解（1）网络级数=log264=6，每级的开关数=64/2=32个。（4分）（2）PE3的二进制地址：000011PE31的二进制地址