2022年_计算机系统结构 .pdf

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1、(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 1页(仅供参考，不作为考试标准)，选择题(30 分，每题 2 分)计 算 机 系 统 结 构 设 计 者 所 关 心 的 是 _所 看 到 的 的 计 算 机 结 构。A)硬 件 设 计 人 员B)逻 辑 设 计 人 员C)机 器 语 言 或 汇 编 语 言 程 序 员D)高 级 语 言 程 序 员在 计 算 机 系 统 设 计 时，为 了 提 高 系 统 性 能，应 当 注 意 _。A)加 快 经 常 性 使 用 指 令 的 执 行 速 度B)要 特 别 精 心 设 计 少 量 功 能 强 大 的 指 令C)要 减 少 在 数 量 上 占 很 小

2、 比 例 的 指 令 的 条 数D)要 加 快 少 量 指 令 的 速 度重 叠 寄 存 器 技 术 主 要 用 于 解 决 在 RISC系 统 中 因 _而 导 致 的 问 题。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 度为 使 流 水 计 算 机 运 行 效 率 高 _ A)各 过 程 段 时 间 要 不 同B)连 续 处 理 的 任 务 类 型 应 该 不 同C)连 续 处 理 的 任 务 类 型 应 该 相 同D)连 续 处 理 的 任 务 数 尽

3、 可 能 少不 属 于 堆 栈 型 替 换 算 法 的 是 _。A)近 期 最 少 使 用 法B)近 期 最 久 未 用 法C)先 进 先 出 法D)页 面 失 效 频 率 法与 全 相 联 映 象 相 比，组 相 联 映 象 的 优 点 是 _。A)目 录 表 小B)块 冲 突 概 率 低C)命 中 率 高D)主 存 利 用 率 高一 次 重 叠 中 消 除 指 令 相 关 最 好 的 方 法 是 _。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 令流 水 操 作 中，遇 到 数 据 相 关 时，采 用 的 解 决

4、办 法 有 _。A)用 优 化 编 译 器 检 测，通 过 指 令 重 新 排 序 的 办 法B)数 据 重 定 向 技 术C)延 迟 转 移 技 术D)加 快 和 提 前 形 成 条 件 码经 多 级 网 络 串 联 来 实 现 全 排 列 网 络，只 能 用 _。A)多 级 立 方 体 网 络B)多 级 PM2I网 络C)多 级 混 洗 交 换 网 络D)上 述 任 何 网 络虫 蚀 寻 径 以 流 水 方 式 在 各 寻 径 器 是 顺 序 传 送 的 是 _。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 2页A)

5、消 息B)包C)片D)字 节超 标 量 处 理 机 _ A)在 一 个 时 钟 周 期 内 分 时 发 射 多 条 指 令B)只 有 一 个 操 作 部 件C)在 一 个 时 钟 周 期 内 同 时 发 射 多 条 指 令D)只 有 一 个 取 指 部 件流 水 线 的 技 术 指 标 不 包 括 _ A)响 应 比B)吞 吐 率C)加 速 比D)效 率向 量 处 理 机 属 于 _ A)SISD B)SIMD C)MISD D)MIMD _属 于 MIMD系 统 结 构。A)各 处 理 单 元 同 时 受 同 一 个 控 制 单 元 的 管 理B)各 处 理 单 元 同 时 接 受 同 一

6、个 控 制 单 元 送 来 的 指 令C)多 处 理 机 和 多 计 算 机D)阵 列 处 理 机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 _。A)16 B)1 C)32 D)17判断题(正确打，错误打，10 分，每题 1分)()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。()处 理 机 级 流 水 线 又 称 为 指 令 流 水 线。()由 于 RISC简 化 了 指 令 系 统，因 此，RISC上 的 目 标 程

7、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。()在 存 储 体 系 中，地 址 的 映 象 与 地 址 的 变 换 没 有 区 别。()在 满 足 Cache与 主 存 的 一 致 性 方 面，写 回 比 写 直 达 法 好。()Cache组 相 联 映 象 的 块 冲 突 概 率 比 直 接 映 象 的 高。()采 用 LRU 替 换 的 Cache存 储 器，分 配 给 程 序 的 Cache容 量 一 定 时，块 的 大 小 增 加，Cache的 命 中 率 将 先 上 升，到 一 定 时 候 又 会 逐 渐 降 低。()阵 列

8、 处 理 机 以 多 个 处 理 机 构 成 阵 列。()SIMD计 算 机 的 算 法 极 大 地 依 赖 于 机 器 的 系 统 结 构。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 3页()解 决 多 处 理 机Cache不 一 致 性 问 题 是 基 于 链 式 目 录 的 协 议 优 点 是 限 制 了 共 享 数 据 块的 拷 贝 数 量。综合题(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=2

9、0，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

10、 时 间 在 改 进 后的 系 统 执 行 时 间 中 占 的 比 例 是 多 少？(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%。(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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 4页(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

11、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：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：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 5页S 1S 2S 3S 4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 S 1S 2S 3S 4(10分)有 一 个 4 段 流 水 线，如 下 图 所

12、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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 6页若 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 率名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 10 页 -(

13、仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 7页(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 V1-V2+V3 V4-V5*V

14、6(2)V2-V0*V1 V3-存储器 V4-V2+V3(3)V0-存储器 V2-V0*V1 V3-V2+V0 V5-V3+V4(4)V0-存储器 V1-1/V0 V3-V1*V2 V5-V3+V4解：(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，又 不 存 在功 能 部 件 的 使 用 冲 突，所 以 这3 条 向 量 指 令 可 以 同 时 并 行 流 水。向 量 指 令 组 全 部 完 成 需要max(1+6(访 存)+1+64-1),(1+6(浮 加)+1+64-1),(1+7(浮 乘)+1+64-1)=72拍

15、。(2)3 条 向 量 指 令 之 间 没 有 功 能 部 件 的 使 用 冲 突，但 是 在 第 1、2 两 条 向 量 指 令 与 第 3 条向 量 指 令 之 间 有 V2 及 V3 的 先 写 后 读 相 关。只 要 让 第 1 条 向 量 指 令 较 第 2 条 向 量 指 令提 前 1 拍 启 动，则 第 1,2 两 条 向 量 指 令 的 第 1 个 结 果 元 素 就 可 以 被 同 时 链 接 到 第3 条向 量 指 令 中。(1+7(浮 乘)+1)+(1+6(浮 加)+1+64-1)=80(拍)。(3)第 1 条 向 量 指 令 与 第 2 条 向 量 指 令 之 间 有

16、V0 的 先 写 后 读 相 关，两 者 可 以 链 接。第3 条 向 量 指 令 与 第2 条 向 量 指 令 之 间 有 源 向 量 寄 存 器V0 的 冲 突，它 们 之 间 只 能 串 行。第3 条 向 量 指 令 与 第 4 条 向 量 指 令 之 间 有 加 法 功 能 部 件 的 使 用 冲 突，它 们 之 间 也 只 能 串 行。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)(1+6(访 存)+1+1+7(浮 乘)+1+64-1)+(1+6(访 存)+1+64-1)+(1+6(浮 加)+1+64-1)=222(拍)。(4)

17、4 条 向 量 指 令 均 依 次 有 Vi 的 先 写 后 读 相 关，但 无 源 Vi 冲 突，也 无 功 能 部 件 的 使 用 冲突，所 以，这 4 条 向 量 指 令 可 以 全 部 链 接 在 一 起，进 行 流 水。(1+6(访 存)+1)+(1+14(求 倒 数)+1)+(1+(7 浮 乘)+1)+(1+6(浮 加)+1)+64-1=104 拍(10分)有 一 个 5 段 流 水 线，各 段 执 行 时 间 均 为 t，其 预 约 表 如 下 表 所 示。t7XS5段S 时间 tt1t2t3t4t5t6S1S2S3S4XXXXXXXXX(1)列 出 禁 止 表 F 和 冲 突

18、向 量 C。(2)画 出 流 水 线 调 度 的 状 态 图。(3)分 别 求 出 允 许 不 等 时 间 间 隔 调 度 和 等 时 间 间 隔 调 度 的 两 种 最 优 调 度 策 略，以 及 这 两种 调 度 策 略 的 流 水 线 最 大 呑 吐 率。(4)若 连 续 输 入 10 个 任 务，求 这 两 种 调 度 策 略 的 流 水 线 实 际 呑 吐 率 和 加 速 比。解：(1)禁 止 向 量 F=(1,3,6)(1 分)冲 突 向 量 C=(100101)(1 分)（2）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共

19、 10 页，第 9页(3)最 小 启 动 循 环(2,2,5)最 小 平 均 延 迟(2+2+5)/3=3 TPmax=1/(3Dt)(1 分)最 小 恒 定 循 环(4)TPmax=1/(4Dt)(1 分)（4）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 10 页 -(仅供参考，不作为考试标准)共 10 页，第 10页(10分)阵 列 机 有 0 7 共 8 个 处 理 单 元 互 连，要 求 按(0，5)，(1，4)，(2，7)，(3，6)配对 通 信。(1)写 出 实 现 此 功 能 的 互 连 函 数 的 一 般 式。(2)画 出 用3 级 立 方 网 络 实 现 该 互 连 函 数 的 互 连 网 络 拓 扑 结 构 图，并 标 出 各 控 制 开 关状 态。解：（1）(2)如下图所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 10 页 -