《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》試題（A）（計(jì)02級(jí)本科2005年1月）班別_____________姓名_____________學(xué)號(hào)______________總分_____________一、（20分）選擇題：1、在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，機(jī)器語(yǔ)言程序員看到的機(jī)器屬性是（）。A)計(jì)算機(jī)軟件所要完成的功能B)計(jì)算機(jī)硬件的全部組成C)編程要用到的硬件知識(shí)D)計(jì)算機(jī)各部件的硬件實(shí)現(xiàn)2、對(duì)匯編語(yǔ)言程序員透明的是（）。A)I/O方式中的DMA訪問(wèn)方式B)浮點(diǎn)運(yùn)算C)程序性中斷D)存取操作數(shù)3、用循環(huán)表示PM2-1的互連函數(shù)，應(yīng)該是（）。A)（6420）（7531）B)（0246）（1357）C)（01234567）D)（76543210）4、在提高CPU性能的問(wèn)題上，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度，可以（）。A)提高時(shí)鐘頻率B)減少程序指令條數(shù)C)減少每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)D)減少程序指令條數(shù)和減少每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)5、能實(shí)現(xiàn)指令、程序、任務(wù)級(jí)并行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屬于（）。A)SISDB)SIMDC)MISDD)MIMD6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不包括（）。A)主存速度B)機(jī)器工作狀態(tài)C)信息保護(hù)D)數(shù)據(jù)表示7、"一次重疊"中消除"指令相關(guān)"最好的方法是()。A)不準(zhǔn)修改指令B)設(shè)相關(guān)專用通路C)推后分析下條指令D)推后執(zhí)行下條指令8、重疊寄存器技術(shù)主要用于解決在RISC系統(tǒng)中因（）而導(dǎo)致的問(wèn)題。A)JMP指令影響流水線B)CALL指令的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)C)只有LOAD和STORE指令帶來(lái)的訪問(wèn)存儲(chǔ)器不便D)存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度9、不屬于堆棧型替換算法的是（）。A)近期最少使用法B)近期最久未用法C)先進(jìn)先出法D)頁(yè)面失效頻率法10、推出系列機(jī)的新機(jī)器，不能更改的是（）。A)原有指令的尋址方式和操作碼B)系統(tǒng)的總線的組成C)數(shù)據(jù)通路寬度D)存儲(chǔ)芯片的集成度11、在流水機(jī)器中，全局性相關(guān)是指（）。A)先寫后讀相關(guān)B)先讀后寫相關(guān)C)指令相關(guān)D)由轉(zhuǎn)移指令引起的相關(guān)12、下列說(shuō)法不正確的是（）。A)線性流水線是單功能流水線B)動(dòng)態(tài)流水線是多功能流水線C)靜態(tài)流水線是多功能流水線D)動(dòng)態(tài)流水線只能是單功能流水線13、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是是（）。A)線性陣列B)環(huán)網(wǎng)C)立方體網(wǎng)絡(luò)D)全連接網(wǎng)絡(luò)14、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提高軟件功能實(shí)現(xiàn)的比例會(huì)（）。A)提高解題速度B)減少需要的存儲(chǔ)容量C)提高系統(tǒng)的靈活性D)提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比15、多處理機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的是（）。A)指令級(jí)并行B)任務(wù)級(jí)并行C)操作級(jí)并行D)操作步驟的并行16、蟲蝕尋徑以流水方式在各尋徑器是順序傳送的是（）。A)消息B)包C)片D)字節(jié)17、BSP計(jì)算機(jī)的并行處理機(jī)有16個(gè)處理單元，并行存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)體個(gè)數(shù)為（）。A)16B)1C)32D)1718、最能確保提高虛擬存儲(chǔ)器訪主存的命中率的改進(jìn)途徑是（）。A)增大輔存容量B)采用FIFO替換算法并增大頁(yè)面C)改用LRU替換算法并增大頁(yè)面D)改用LRU替換算法并增大頁(yè)面數(shù)19、S2MP（可擴(kuò)展共享存儲(chǔ)器）系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是（）。A)交叉編址的并行存儲(chǔ)器B)均勻訪問(wèn)存儲(chǔ)器C)非均勻訪問(wèn)存儲(chǔ)器D)基于NUMA的虛擬共享存儲(chǔ)器20、ILLIACⅣ是一種（）。A)流水線處理機(jī)B)指令重疊處理機(jī)C)陣列處理機(jī)D)多處理機(jī)二、（10分）判斷題：1、對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的基本單元功能，宜于用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可降低系統(tǒng)的成本。(

)2、由于RISC簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)，因此， RISC上的目標(biāo)程序比 CISC上的目標(biāo)程序要短一些，程序執(zhí)行的時(shí)間就會(huì)少一些。 （ ）3、流水線調(diào)度是看如何調(diào)度各任務(wù)進(jìn)入流水線的時(shí)間， 使單功能線性流水線有高的吞吐率和效率。（ ）4、無(wú)論采用什么方法，只要消除流水線的瓶頸段，就能提高流水線的吞吐率和效率。 (5、在滿足Cache與主存的一致性方面，寫回比寫直達(dá)法好。 （ ）6、在多處理機(jī)上，各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不同時(shí)， 在個(gè)處理機(jī)總的運(yùn)行時(shí)間均衡的前提下，

)取不均勻分配，讓各處理機(jī)所分配的任務(wù)數(shù)要么盡量的多，要么盡量的少，這樣，才可使總的運(yùn)行時(shí)間減少。（）7、Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。（）8、要使線性流水線的實(shí)際吞吐率接近于理想的最大吞吐率，應(yīng)將子過(guò)程數(shù)分得越多越好。（）9、在系列機(jī)內(nèi)可以將單總線改為雙總線，以減少公共總線的使用沖突。()10、0-15共16個(gè)處理單元用Cube2單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)互連，第10號(hào)處理單元將連到第8號(hào)處理單元。（）三、（10分）如果某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有3個(gè)部件可以改進(jìn)，則這三個(gè)部件經(jīng)改進(jìn)后的加速比分別為：S1=30，S2=20，S3=10。（1）如果部件1和部件2改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例都為30%，那么，部件3改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例為多少，才能使3個(gè)部件都改進(jìn)后的整個(gè)系統(tǒng)的加速比Sn達(dá)到10？（2）如果3個(gè)部件改進(jìn)前執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例分別為30%、30%和20%，那么，3個(gè)部件都改進(jìn)后系統(tǒng)的加速比是多少？未改進(jìn)部件執(zhí)行時(shí)間在改進(jìn)后的系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？四、（10分）一臺(tái)模型機(jī)共有 7條指令，各指令的使用頻率分別為 35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器， 2個(gè)變址寄存器。1）要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。2）設(shè)計(jì)8字長(zhǎng)的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長(zhǎng)的寄存器-存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于±127。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指令格式，并給出各字段的長(zhǎng)度和操作碼的編碼。五、（10分）在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，一個(gè)程序由P1～P6共6個(gè)頁(yè)面組成，系統(tǒng)分配給這個(gè)程序的主存只有4個(gè)頁(yè)面。在程序開始執(zhí)行之前，P1至P4已經(jīng)裝入主存。程序執(zhí)行過(guò)程中依次訪問(wèn)到的頁(yè)面如下：P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2，P4，P1。采用LRU頁(yè)面替換算法對(duì)這 4頁(yè)主存進(jìn)行調(diào)度。畫出主存頁(yè)面替換和命中的情況表。計(jì)算兩種頁(yè)面替換算法的頁(yè)命中率。(3)假設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)平均被訪問(wèn) 10次，采用 LRU頁(yè)面替換算法，為了使頁(yè)面失效率小于 10-5，計(jì)算頁(yè)面大小至少應(yīng)該為多少？六、（10分）有一個(gè)4段流水線，如下圖所示：S1S2S3S4其中，段S1和S3的執(zhí)行時(shí)間均為200ns,段S2和S4的執(zhí)行時(shí)間均為100ns。（1）分別使用公式和時(shí)空?qǐng)D求連續(xù)流入4條指令的實(shí)際吞吐率和效率。（2）若瓶頸段S1可使用細(xì)分方法改造，瓶頸段S3可使用并聯(lián)方法改造，對(duì)改造后的流水線，分別使用公式和時(shí)空?qǐng)D求連續(xù)流入4條指令的實(shí)際吞吐率和效率七、（10分）設(shè)向量長(zhǎng)度均為64，在CRAY-1機(jī)上所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍；從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動(dòng)功能部件各1拍，問(wèn)下列各指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？哪些指令不可鏈接？不能鏈接的原因是什么：分別計(jì)算出各指令組全部完成所需要的拍數(shù)。(1) V0←存儲(chǔ)器

(2) V2←V0*V1

(3) V0←存儲(chǔ)器

(4) V0←存儲(chǔ)器V1←V2+V3

V3←存儲(chǔ)器

V2←V0*V1

V1←1/V0V4←V5*V6 V4←V2+V3 V3←V2+V0 V3←V1*V2V5←V3+V4 V5←V3+V4八、（10分）假定有128個(gè)處理器,采用PM2I多級(jí)網(wǎng)絡(luò)互連,若網(wǎng)絡(luò)中的i=2的1級(jí)損壞,擬用Cubei多級(jí)網(wǎng)絡(luò)代替損壞的這一級(jí),試說(shuō)明最多需要幾級(jí)Cubei網(wǎng)絡(luò)?九、（10分）A和B都是元素為浮點(diǎn)表示的64×64的二維數(shù)組，一次浮點(diǎn)加法的計(jì)算過(guò)程可由取數(shù)、求階差、對(duì)階、尾數(shù)加、規(guī)格化和存數(shù)共6個(gè)段組成，若每個(gè)段的執(zhí)行時(shí)間均為t，請(qǐng)分別求出在下列結(jié)構(gòu)不同的處理機(jī)上完成C=A+B所需的時(shí)間及相對(duì)于順序處理的加速比。