计算机系统结构试题及答案

2009-2010学年度第一学期2007级《计算机系统结构》期末考试试卷（A）（闭卷）姓名：学号：专业：（注：①考试时间为120分钟；②所有解答必须写在答题纸上。）一、单项选择题（每小题3分，共30分）1．在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列（）设想是不行的?【A】新增加字符数据类型和若干条字符处理指令【B】将中断分级由原来的4级增加到5级【C】在CPU和主存之间增设Cache存贮器【D】将浮点数的下溢处理法由原来的恒置“1”法，改为查表舍入法2.对计算机系统结构来说，不透明的是（）。【A】存储器采用交叉存取还是并行存取【B】CPU内部的数据通路的宽度是8位还是16位【C】采用浮点数据表示还是标志符数据表示【D】指令采用硬联逻辑实现还是微程序实现3．一个平衡的计算机系统，应该是（）。【A】1MIPS的CPU速度【B】1MB的主存容量【C】1Mb/s的I/O吞吐率【D】A、B和C4、（）设计是现代计算机系统设计所采用的方法。【A】由上往下【B】由下往上【C】由中间开始【D】上下同时开始5．当今微型机中实现软件移植最好的方法是（）。【A】系列机【B】兼容机【C】仿真技术【D】统一高级语言6、不能够对向量数据结构提供直接支持的是（）数据表示。【A】向量【B】堆栈【C】描述符【D】A和C7、采用整数边界存储技术，其主要目的是（）。【A】节约主存空间【B】提高数据的访问速度【C】一个主存周期可取多条指令【D】一个主存周期至少可取到一条指令8、在指令的操作码编码方式中，优化实用的编码是（）。【A】Huffman编码【B】等长编码【C】Huffman扩展编码【D】BCD码9、流水计算机中将指令Cache和数据Cache分开，主要是为了（）。【A】提高存储系统的速度【B】增加主存容量【C】解决功能部件冲突【D】解决访存冲突10、当N=16时，能描述4组4元交换的函数是（）。【A】C1+C2【B】C0+C1【C】C0+C2【D】C2+C3二、（10分）在采用通用寄存器指令集结构的计算机上得到了如下所示的数据：指令类型执行频率时钟周期数ALU指令43%1LOAD指令21%2STORE指令12%2分支指令24%2假若编译器优化后能去掉50%的ALU指令，但不能去掉其它三类指令。求优化后的MIPS与优化前的MIPS速率比。三、（10分）设某机器系统指令字长12位，每个操作码和地址均占3位，试提出一种分配方案，使该指令系统有4条三地址指令，8条二地址指令和180条单地址指令。四、（10分）设通道在数据传送期中，选择设备需4.9μS，传送一个字节数据需0.lμS。（1）其低速设备每隔250μS发出一个字节数据传送请求，问最多可接多少台这种设备？（2）若有A～E共5种高速设备，要求字节传送的间隔时间如下表所示，其时间单位为μS。若一次通信传送的字节数不少于1024个字节，问哪些设备可挂在此通道上？哪些则不能？设备ABCDE时间间隔(μS)0.130.10.110.20.3五、（10分）有一非线线性流水线预约表如下。功能段123456S1√√S2√√√S3√√S4√（1）求平均延迟最小的最佳调度方案；（2）画出按最佳方案之一连续输入3个任务的时空图。六、（10分）有一四段线性流水线,每功能段延时时间分别是：△t1=△t3=△t4=△t0,△t2=3△t0。若在这个流水线上执行40个任务。求实际吞吐率、效率和加速比。七、（10分）N=8个结点的三级立方体网络如下图所示。当K1=0时，试说明输入4号结点不能实现和哪些输出结点相连？八、（10分）在8个PE构成的双向环互连的并行处理机中，计算点积S=niiiba1(n=8)所需要的时间。设初始化时将A,B各分量已分配到各PE中，且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。ABCDK0EFGHK1IJKLK2C0C2C1C301234567输入端01234567输出端（全部试题完）武汉大学计算机学院2009-2010学年度第二学期2007级《计算机系统结构》期末考试试卷（A）参考答案一、（每小题3分，共30分）[解]：1-10：BCDCABDCDB二、（10分）[解]：三、（10分）[解]：000×××××××××011×××××××××100000××××××100111××××××101000000×××101111111×××110000000×××111110011×××四、（10分）[解]：（1）低速设备应接字节多路通道所以，n≤50台，即最多可接50台（2）根据题意，此通道为选择通道其中，n≥1024，应使selecti≤maxselect，由此可得出通道工作周期为：T≈0.1014(us)所以，只有A、C、D、E可挂在此通道上，B则不行。五、（10分）[解]：（1）状态图略。最佳调度方案为（3）和（1，5）（2）输入3个任务时空图略。64+116=1809.01.73.571101066newoldcoldnewcoldnewCPICPIRCPICPIRMIPSMIPS25011.09.411.maxnTTfDsbytennSTDTselectf9.41.011.max六、（10分）[解]：七、（10分）[解]：不能与输出的2、3、6、7结点相连。八、（10分）[解]：需要8次乘法，7次加法；共14△t计算机系统结构姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）1.Cache2:1经验规则3.同构型多处理机5.堆栈型机器2.计算机体系结构4.通道处理机)(175ns540355ns8)43(5384TPMIPStttttTPj12340339640)140(640%8.481234640ttE95.1123640ttSP5二、填空（每空1分，共20分)1.设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。2.存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的（）。3.相联度越高，（）失效就越少；（）失效不受Cache容量的影响，但（）失效却随着容量的增加而减少。4.在虚拟存储器中，一般采用（）地址映象方法和（）更新策略。5.计算机系统中提高并行性的技术途径有（）、（）和（）三种。在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是（）。6.在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（）相关,否则就有可能出现（）、（）和（）相关。7.对向量的处理有（）方式、（）方式、（）方式。三、简答题（每题6分，共24分）1.任写出三种Cache的优化技术，并简述其基本思想。2.在指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？3.数据相关有哪几种类型？解决数据相关有哪些主要方法？4.试以系列机为例，说明计算机体系结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。四、计算题1.给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。由计算结果能得出什么结论？（1）理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2ns，平均每条指令访存1.4次。（2）两者Cache容量均为128KB，块大小都是32字节。（3）组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10%。（4）这两种Cache的失效开销都是80ns。（5）命中时间为1个时钟周期。（6）128KB直接映象Cache的失效率为1.0%，128KB两路组相联Cache的失效率为0.7%。（15分）62.计算机系统字长64位，包含三个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接了两台磁盘机和三台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机、10台终端，假定各设备的传输率如下：磁盘机：600KBps，磁带机：200KBps，行打机：6.6KBps，读卡机：1.2KBps，终端：1KBps。计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。（6分）3.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，而系统运行一程序的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。（5分）4.动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图所示：s1s6s5s3s4s2其中，s1、s4、s5、s6组成乘法流水线，s1、s2、s3、s6组成加法流水线，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s6为△t，s2、s5为2△t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中i＝1..4，∏为连乘符号）（1）画出其处理过程的时空图。（2）计算其实际的吞吐率和效率。（15分）2003~2004学年度第2学期《计算机系统结构》试题A答案一、填空题：（）1．由软件实现的机器称为虚拟机器；由硬件和微程序（固件）实现的机器称为实际机器。2．软件和硬件在逻辑上是等效的。73．由于软、硬件紧密相关，软硬界面常常是模糊不清的。4．计算机组成设计主要是围绕：1.提高速度，2.提高操作的并行度、重叠流水，3.分散功能，4.设置专用功能部件来进行。5．具有相同“系统结构”（如指令系统相同）的计算机可以因为速度要求等因素的不同而采用不同的组成。6．一种“计算机组成”可以采用多种不同的“计算机实现”。7．“计算机组成”反过来也会影响“系统结构”。8．计算机系统结构设计的主要任务是：进行软、硬件的功能分配。9．计算机系统设计，从多级层次结构出发，可以分为：由上往下、由下往上和从中间开始三种不同的设计思路。10．计算机应用可以归纳为向上升级的四类它们分别是：（1）数据处理（DataProcessing）。（2）信息处理（InformationProcessing）。（3）知识处理（KnowledgeProcessing）。（4）智能处理（IntelligenceProcessing）。二、简答题：1．计算机实现（ComputerImplementation）？:是指计算机组成的物理实现，包括：处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。2．计算机组成（ComputerOrganization）？:是指计算机系统结构的逻辑实现，包括：机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。3．软件的可移植性？是指软件不用修改或只需经少量加工就能由一台机器搬到另一台机器上运行，即同一软件可以不同的系统环境。4．向上（下）兼容？：是指按某档机器编制的软件，不加修改就能运行于比它高（低）档的机器上。5．向前（后）兼容？：指的是，在按某个时期投入市场的该型号机器上编制的软件，不加修改就能运行在它之前（后）投入市场的机器上。6．兼容机（CompatibleMachine）？：具有同一系统结构的计算机称为~。采用兼容机的思想与采用系列机的思想实际上是一致的。7．模拟（Simulation）：用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为~。8．仿真（Emulation）：用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法称为~。9．现场片：使用户可根据需要改变器件内部的功能或内容，以适应结构和组成变化的需要。810．全用户片：完全按用户要求设计的用户片称为全用户片。三、简述题：1．算机系统结构研究的是什么？答：软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。2．计算机组成设计要解决的问题是什么？答：在所希望能达到的性能和价格比的前提下，怎样最佳、最合理地把各种设备和部件组织成为一台计算机，以实现所确定的系统结构。3．器件的发展对系统结构的影响？（1）器件的发展改变了逻辑设计的传统方法。（2）器件的发展也使系统结构的“下移”速度加快。（3）器件的发展还促进了算法、语言和软件的发展。4.什么是并行性？只要在同一时刻或是在同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，它们在时间上能相互重叠，都体现了并行性。5.CISC指令系统的含义?复杂指令系