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计算机系统结构
适用课程: 计算机体系结构(0700563)【访问量:39682】
习题试卷

《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.RAW            B.WAR              C.WAW           D.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      B.等于2p       C.小于2p       D.不等于2p

9. 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.PM2I         D.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

28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500450600500KB/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=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0.20.20.50.4(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453251322513

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9t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。

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

S1

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=http://202.114.108.237/download/20090725125712_242226386919.png 所需要的时间:

1n=8     2n=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2t,完成一次乘法需要时间4t

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:302010

(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%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。

2RISC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:

DEC  R6        ;(R6)-1R6

MUL  R6R7   ;(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、1.56        B、2.0          C、3.12          D、4.0

4.非堆栈型的页面替换算法是(   )。

  A、FIFO    B、LFU       C、LRU       D、OPT

5.一选择通道处理机上连接有速率分别为500350400450(MB/S)的四台设备,则选择通道的实际吞吐率为(    (MB/S)

   A500         B350          C1700            D850

6.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13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、Δt         B、2Δt      C、3Δt        D、4Δt

9.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(   )。

Ahttp://202.114.108.237/download/20090725125712_387516982115.png        Bhttp://202.114.108.237/download/20090725125712_313307176532.png

Chttp://202.114.108.237/download/20090725125712_543571258408.png        Dhttp://202.114.108.237/download/20090725125712_842673830746.png

三、应用题:(共7题、共70分)

1. 将IEEE754单精度浮点数BFC00000HC0A00000H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

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

使用频度

0.3

0.3

0.2

0.1

0.05

0.02

0.02

0.01

3.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)

span style="; z-index:1; left:0px; margin-left:135.6667px; margin-top:29.2000px; width:429.0000px; height:97.0000px; " http://202.114.108.237/download/20090725125713_542113545131.png

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64S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 ,V1V2+V3V4V5×V6

2 V3←存储器,V2V0×V1V4V2+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)

ABBABBABBB

二、填空题(每小题2分,共20分)

span style="; z-index:1; left:0px; margin-left:196.0000px; margin-top:15.5333px; width:134.0000px; height:126.0000px; " http://202.114.108.237/download/20090725125714_263713116575.png

1  15.79 

2  -5/32-0.15625

3  1200 

4  3.4 

5  400

三、(10分)(每小题5分)

解:(1

通道的极限流量http://202.114.108.237/download/20090725125714_605204416725.png2分)

通道的实际流量http://202.114.108.237/download/20090725125714_498720718707.png2分)

因为http://202.114.108.237/download/20090725125714_537862148755.png,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

span style="; z-index:1; left:0px; margin-left:28.0000px; margin-top:0.0000px; width:463.0000px; height:141.0000px; " http://202.114.108.237/download/20090725125714_625886171315.png

(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+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+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(25),TPmax=1/3.5t1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  =6/25t

加速比 S= 6×9)△t  / 25t =2.16

流水线的效率= 6×9)△t  / (5×25t) = 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:000011

PE31的二进制地址: 011111

         000011 011111 =011100

级控信号为K5 K4 K3 K2 K1 K0=011100;(结果正确给3分)

(或直接说明:“K2K3K4级开关为交叉,其它为直连”,也给3分)

431号处理器连到3号处理器。(3分)

七、(10分)(每小题5分)

解:(1) 需要8次乘法,7次加法;

8个处理单元同时8次乘法的时间是4t

为了完成累加,需要分步进行,每一步都需要先进行并行传送,然后进行并行加运算;过程如下:

? PE1PE2; PE3 PE4; PE5PE6; PE7PE8; 需要  1t

? PE1  PE3  PE6  PE8  做加法,   需要 2t

? PE1 PE3;  PE6PE8;    需要 2t

? PE1   PE8  做加法;     需要 2t

? PE1 PE8;     需要 1t

? PE1  做加法     需要 2t

14t(结果正确、过程相同或相似(有的同学是画时-空图方式求解)给5分;结果相近且有过程给3分;其它情况可酌情给分)

2n=16时每个处理器需要分成2组,如下所示:

? PE0   PE1   PE2   PE3    PE4    PE5    PE6    PE7

? A0    A1    A2    A3     A4    A5      A6     A7 

? B0    B1    B2    B3     B4     B5      B6     B7

? A8    A9    A10   A11    A12    A13     A14    A15

? B8    B9    B10   B11    B12    B13     B14    B15

? 这样每个PE要先做2次乘法,一次加法,然后再累加,所以比(1)的时间多出:4t+2t=6t

20t(结果正确、过程相同或相似(有的同学是画时-空图方式求解)给5分;结果相近且有过程给3分;其它情况可酌情给分)

八、(10分)(每小题5分)

解(1http://202.114.108.237/download/20090725125714_737958966361.png

http://202.114.108.237/download/20090725125714_199167262534.png 解之得:http://202.114.108.237/download/20090725125714_898343219120.png

(结果正确给5分;表达式正确,但计算有错给4分;其它情况可酌情给分)

2http://202.114.108.237/download/20090725125714_712907995262.png

(结果正确给5分;表达式正确,但计算有错给4分;其它情况可酌情给分)

              

                          期末考试《计算机系统结构》试卷(B卷)参考答案

一、填空题:(每空1分、共10分)

1 单指令流多数据流  多指令流多数据流 

2 重叠寄存器窗口    优化延迟转移     

3    16    行,每行有  E+B+b+1=6+2+2+1=11  位(二进制)。

4 R6先写后读(RAW相关和 写与写(WAW相关。

5  交换开关     拓朴结构     和控制方式。

二、单选题:(每小题2分、共20分)

AAAAADDDDD

三、应用题:(共7题、共70分)

1. (10分)解:BFC00000H=1011 1111 1100 0000 0000 0000 0000B

  E=127,M=0.5,  N=-2127-127×(1.5)=-1.5

C0A00000H=1100 0000 1010 0000 0000 0000 0000B

  E=129,M=0.25,  N=-2129-127×(1.25)=-5

2.(10分)解:哈夫曼树如右图所示。

   LH=2.38(位)   R=1.26%       L=2.6()      R=9.6%

3.(10分)解:m5,取M=8

span style="; z-index:1; left:0px; margin-left:324.0000px; margin-top:10.4000px; width:262.0000px; height:122.0000px; " http://202.114.108.237/download/20090725125715_281640597280.png

4.(10分)解:

   双地址指令15条,单地址指令63条,零地址指令64条。

5.(10分)解:(时空图略)

   TP=5/14t, E=10/21=47.6%

6.(10分)解:

    状态图如右所示。

平均延迟最小的调度方案为(2,5)(5,2),平均延迟为3.5拍。

7.(10分)

解:

1)这三条指令可并行执行。执行时间为:

T=1+7+1+N-1=72(拍)。

2)前二条指令可并行执行,再与第三条链接。执行总的执行时间为:

T=1+7+1+1+6+1+N-1=84(拍)。