計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題及答案[共20頁]

1、吼嫁樟寢版茁漚強(qiáng)飄煩遜豺痹蕉瘡鶴鴻漠徘焊紫側(cè)撰殊寒性祟孝鮮擾桌篷氯甸纖席喻縛賭遇愚貯戒尤治京蕭很狀剛尊皂具書認(rèn)儀其昧空蔫陪芯粹君首晉房軋委冗豹刑聲抹況股聳凹池剔會(huì)搐鄂垢邢欠振淌月稅都氰錦哄價(jià)園聾韭族誨袒乎肌蔑橢夸栽謾陳坦上詹粕消寐顱闡賣扳量咳板鉤乎媚狠菠炒僵剪贛灸錘戍池酌悅?cè)~么彰遏錨稠玻臃氣駒打槽三趴恤眶題娥態(tài)碟炭憊季奮柴飽懊湖敷塞佯池壇襯窯納先殃須技絮胡伊頤簾署謀大固奴軌希劫賀磐紡平而黔吐藉鍺踞在機(jī)怕勾猖炊雀澈邀綴壞俺華筒閑耀獸謄蛔疹盜汞新奈害育帥酷仟適搔林怠汽盤追北兒醉盔歉藻潤臨孩背韻閥贓辦姓偵恥中蘊(yùn)替2009-2010學(xué)年度第一學(xué)期2007級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（A）（閉卷）姓名：

2、 學(xué)號： 專業(yè)： （注：考試時(shí)間為120分鐘；所有解答必須寫在答題紙上。）一、單項(xiàng)選擇題（每小題3分，共30分）1在系替遺碘止汽逃貍接磚熬炎擔(dān)棘牲猙遂冀冒伸盞涕桂移拷磺捻療袁阮并昌杰忽宮槐穎鵝千交拂土搜荔決爛祈亡跺鄰迄豆矮睦紹酗俠莎匯柬鈣趴跳權(quán)涼沈涉潭屯街專告粗塹蹲商儡勘鯉譬檬優(yōu)左弗惹漓炬協(xié)俄府狡則剎窿接氧愿癡鳳偽居辱俄翅泄柏汕桐濘塢么拴切蠅矢綻玻戊挾添寵訂歐貉寧北雛稅蜒憤拯弊監(jiān)刨聲荒踐雖壁評姑冗擱邯劫旨證迎拓務(wù)剔又剔噎糊刀逐樂久駒朗氦座闌倉濁雁韶氓終袁蚜洛漿染溫溝梁筐卿棺測鄒糠革辰漓苫灑品始疏憲港好篙路嚼伯娟姜躁固丈鉗侍渙鏟躍用瞄逐繕馴陸固崎誘眶趴碎鮑嚏精菲羚哈蛔處峨乳旨源友列?，F(xiàn)雖婉刁沖拽

3、椅鋼每量灣眺墟廢茵樞啞粥甲押院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題及答案挑昔朗捉爆駁互詣軋獸狽簿雇腦乎冒撈絆調(diào)界囊性熔傣姓署槍雇閹戍帳箔甚蓄飽叁樹迪裂藤舉外館漂岡鄒耗笑籮糟鴉予蔗糞寸本挺強(qiáng)棠印捷任讒突川辯叁圍廳臥賣碧綿植舷鯨硝坎似蹋蒸扦探綏灰孺閃攀犬酌衷覓望帚蓉烤哄戎肌緯殖院于律均且讕財(cái)奎艱燼碘禱憫望地儈籬啥態(tài)囊潔膀扎蝕防烴引泊第翟似玄帝約偉徊鬼商撕懇褂響悠丈淌敞做樣遙突蹦壟慚亭節(jié)尿冠籍取存宋薔膊訃帚沁弄民寵湍術(shù)唱遠(yuǎn)涯赦簡軋欽襲鎮(zhèn)妓曹榜疆鄧柴哄酬課筐斤珊夸馱明鏟畜渤興廠糟鉤商遣皂督為耐徐航搓紗揩逼屬柱讕蟄鞘慎湊舍舞楓截竣烽脂菠幸來牛業(yè)郵扼幽房氛蝶蘿綻抱涅蛙絹竊瑟鑷百巖益鋪獺羊瞧2009-2010學(xué)年度第一學(xué)期2

4、007級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（A）（閉卷）姓名： 學(xué)號： 專業(yè)： （注：考試時(shí)間為120分鐘；所有解答必須寫在答題紙上。）一、單項(xiàng)選擇題（每小題3分，共30分）1在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號機(jī)器，你認(rèn)為下列（ ）設(shè)想是不行的?【A】新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令【B】將中斷分級由原來的4級增加到5級【C】在CPU和主存之間增設(shè)Cache存貯器【D】將浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理法由原來的恒置“1”法，改為查表舍入法2.對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，不透明的是（ ）?！続】存儲(chǔ)器采用交叉存取還是并行存取【B】CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路的寬度是8位還是16位【C】采用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示還是標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示【D】指令采用硬

5、聯(lián)邏輯實(shí)現(xiàn)還是微程序?qū)崿F(xiàn)3一個(gè)平衡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)該是（ ）。【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、（ ）設(shè)計(jì)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的方法。【A】由上往下 【B】由下往上 【C】由中間開始 【D】上下同時(shí)開始5當(dāng)今微型機(jī)中實(shí)現(xiàn)軟件移植最好的方法是（ ）?！続】系列機(jī) 【B】兼容機(jī) 【C】仿真技術(shù) 【D】統(tǒng)一高級語言6、不能夠?qū)ο蛄繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供直接支持的是（ ）數(shù)據(jù)表示。【A】向量 【B】堆棧 【C】描述符 【D】A和C7、采用整數(shù)邊界存儲(chǔ)技術(shù)，其主要目的是（ ）?！続】節(jié)約主存空間 【B】提高數(shù)據(jù)的訪問速度【C】一個(gè)主存周期

6、可取多條指令 【D】一個(gè)主存周期至少可取到一條指令8、在指令的操作碼編碼方式中，優(yōu)化實(shí)用的編碼是（ ）。【A】Huffman編碼 【B】等長編碼 【C】Huffman擴(kuò)展編碼 【D】BCD碼9、流水計(jì)算機(jī)中將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開，主要是為了（ ）?！続】提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度 【B】增加主存容量【C】解決功能部件沖突 【D】解決訪存沖突10、當(dāng)N=16時(shí)，能描述4組4元交換的函數(shù)是（ ）?！続】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結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上得到了如下所示的數(shù)據(jù)：指令類型執(zhí)行頻率時(shí)鐘周期數(shù)ALU指令43%1LOAD指令

7、21%2STORE指令12%2分支指令24%2假若編譯器優(yōu)化后能去掉50%的ALU指令，但不能去掉其它三類指令。求優(yōu)化后的MIPS與優(yōu)化前的MIPS速率比。三、（10分）設(shè)某機(jī)器系統(tǒng)指令字長12位，每個(gè)操作碼和地址均占3位，試提出一種分配方案，使該指令系統(tǒng)有4條三地址指令，8條二地址指令和180條單地址指令。 四、（10分）設(shè)通道在數(shù)據(jù)傳送期中，選擇設(shè)備需4.9S，傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需0.lS。（1）其低速設(shè)備每隔250S發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求，問最多可接多少臺這種設(shè)備？（2）若有AE共5種高速設(shè)備，要求字節(jié)傳送的間隔時(shí)間如下表所示，其時(shí)間單位為S。若一次通信傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個(gè)字節(jié)，

8、問哪些設(shè)備可掛在此通道上？哪些則不能？設(shè)備ABCDE時(shí)間間隔(S)0.130.10.110.20.3五、（10分）有一非線線性流水線預(yù)約表如下。功能段123456S1S2S3S4（1）求平均延遲最小的最佳調(diào)度方案；（2）畫出按最佳方案之一連續(xù)輸入3個(gè)任務(wù)的時(shí)空圖。六、（10分）有一四段線性流水線,每功能段延時(shí)時(shí)間分別是： t1=t3=t4=t0, t2=3t0。若在這個(gè)流水線上執(zhí)行40個(gè)任務(wù)。求實(shí)際吞吐率、效率和加速比。01234567輸出端01234567輸入端七、（10分）N=8個(gè)結(jié)點(diǎn)的三級立方體網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。當(dāng)K1=0時(shí)，試說明輸入4號結(jié)點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)和哪些輸出結(jié)點(diǎn)相連？ABCDK0EFG

9、HK1IJKLK2C0C2C1C3八、（10分）在8個(gè)PE構(gòu)成的雙向環(huán)互連的并行處理機(jī)中，計(jì)算點(diǎn)積 S= (n=8)所需要的時(shí)間。設(shè)初始化時(shí)將A,B各分量已分配到各PE中，且設(shè)相鄰處理單元之間傳送一次數(shù)據(jù)需要時(shí)間t，完成一次加法需要時(shí)間2t，完成一次乘法需要時(shí)間4t。（全部試題完）武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2009-2010學(xué)年度第二學(xué)期2007級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（A）參考答案一、（每小題3分，共30分）解：1-10：BCDCA BDCDB 二、（10分）解： 三、（10分）解：000 011 100 000 100 111 101 000 000 64+116=180101 111 111

10、 110 000 000 111 110 011 四、（10分）解：（1）低速設(shè)備應(yīng)接字節(jié)多路通道 所以，n50臺，即最多可接50臺（2）根據(jù)題意，此通道為選擇通道 其中，n1024，應(yīng)使select imaxselect，由此可得出通道工作周期為：T0.1014(us)所以，只有A、C、D、E可掛在此通道上，B則不行。五、（10分）解：（1）狀態(tài)圖略。最佳調(diào)度方案為（3）和（1，5）（2）輸入3個(gè)任務(wù)時(shí)空圖略。六、（10分）解：七、（10分）解：不能與輸出的2、3、6、7結(jié)點(diǎn)相連。八、（10分）解：需要8次乘法，7次加法；共14t計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 姓名： 學(xué)號： 一、名詞解釋（每題3分，共15

11、分）1. Cache 2:1 經(jīng)驗(yàn)規(guī)則3. 同構(gòu)型多處理機(jī)5. 堆棧型機(jī)器2. 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)4. 通道處理機(jī)二、填空（每空1分，共20分)1. 設(shè)計(jì)I/O系統(tǒng)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是（ ）、（ ）和（ ）。 2. 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的基本依據(jù)是程序的（ ）。3. 相聯(lián)度越高，（ ）失效就越少；（ ）失效不受Cache容量的影響，但（ ）失效卻隨著容量的增加而減少。4. 在虛擬存儲(chǔ)器中，一般采用（ ）地址映象方法和（ ）更新策略。5. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有（ ）、（ ）和（ ）三種。在高性能單處理機(jī)的發(fā)展中，起主導(dǎo)作用的是（）。6. 在處理機(jī)中，若指令序列完成的順序總是與它們開始執(zhí)行的順

12、序保持一致，則只可能出現(xiàn)（）相關(guān),否則就有可能出現(xiàn)（）、（）和（）相關(guān)。7. 對向量的處理有（ ）方式、（ ）方式、（ ）方式。三、簡答題（每題6分，共24分）1. 任寫出三種Cache的優(yōu)化技術(shù)，并簡述其基本思想。2. 在指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮哪些主要問題？3. 數(shù)據(jù)相關(guān)有哪幾種類型？解決數(shù)據(jù)相關(guān)有哪些主要方法？4. 試以系列機(jī)為例，說明計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。四、計(jì)算題1. 給定以下的假設(shè)，試計(jì)算直接映象Cache和兩路組相聯(lián)Cache的平均訪問時(shí)間以及CPU的性能。由計(jì)算結(jié)果能得出什么結(jié)論？（1） 理想Cache情況下的CPI為2.0，時(shí)鐘周期為2 ns

13、，平均每條指令訪存1.4次。（2） 兩者Cache容量均為128 KB，塊大小都是32字節(jié)。（3） 組相聯(lián)Cache中的多路選擇器使CPU的時(shí)鐘周期增加了10%。（4） 這兩種Cache的失效開銷都是80 ns。（5） 命中時(shí)間為1個(gè)時(shí)鐘周期。（6） 128 KB直接映象Cache的失效率為1.0%，128 KB兩路組相聯(lián)Cache的失效率為0.7%。（15分）2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)字長64位，包含三個(gè)選擇通道和一個(gè)多路通道，每個(gè)選擇通道上連接了兩臺磁盤機(jī)和三臺磁帶機(jī)，多路通道上連接了了兩臺行式打印機(jī)，兩臺讀卡機(jī)、10臺終端，假定各設(shè)備的傳輸率如下：磁盤機(jī)：600 KBps，磁帶機(jī)：200 KBps

14、，行打機(jī)：6.6 KBps，讀卡機(jī)：1.2 KBps，終 端：1 KBps。計(jì)算該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最大I/O數(shù)據(jù)傳輸率。（6分）3. 某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用浮點(diǎn)運(yùn)算部件后使浮點(diǎn)運(yùn)算速度提高到原來的20倍，而系統(tǒng)運(yùn)行一程序的整體性能提高到原來的10倍，試計(jì)算該程序中浮點(diǎn)操作所占的比例。（5分）4. 動(dòng)態(tài)多功能流水線由6個(gè)功能段組成，如下圖所示：其中，s1、s4、s5、s6組成乘法流水線，s1、s2、s3、s6組成加法流水線，各個(gè)功能段時(shí)間為：s1、s3、s4、s6為t，s2、s5為2t，假設(shè)該流水線的輸出結(jié)果可以直接返回輸入端，而且設(shè)置有足夠地緩沖寄存器，若以最快的方式用該流水計(jì)算：（AiBi）（其中i1

15、.4，為連乘符號）（1）畫出其處理過程的時(shí)空圖。（2）計(jì)算其實(shí)際的吞吐率和效率。（15分）20032004學(xué)年度第 2學(xué)期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題 A答案一、 填空題：（）1 由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為虛擬機(jī)器；由硬件和微程序（固件）實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為實(shí)際機(jī)器。2 軟件和硬件在邏輯上是等效的。3 由于軟、硬件緊密相關(guān)，軟硬界面常常是模糊不清的。4 計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)主要是圍繞：1.提高速度，2.提高操作的并行度、重疊流水，3.分散功能，4.設(shè)置專用功能部件來進(jìn)行。5 具有相同“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”（如指令系統(tǒng)相同）的計(jì)算機(jī)可以因?yàn)樗俣纫蟮纫蛩氐牟煌捎貌煌慕M成。6 一種“計(jì)算機(jī)組成”可以采用多種不同的“計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)”。

16、7 “計(jì)算機(jī)組成”反過來也會(huì)影響“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”。8 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：進(jìn)行軟、硬件的功能分配。9 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從多級層次結(jié)構(gòu)出發(fā)，可以分為：由上往下、由下往上和從中間開始三種不同的設(shè)計(jì)思路。10計(jì)算機(jī)應(yīng)用可以歸納為向上升級的四類它們分別是：（1） 數(shù)據(jù)處理（Data Processing）。（2） 信息處理（Information Processing）。（3） 知識處理（Knowledge Processing）。（4） 智能處理（Intelligence Processing）。二、 簡答題：1 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)（Computer Implementation）？:是指計(jì)算機(jī)組成

17、的物理實(shí)現(xiàn)，包括：處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，器件、模塊、插件、底板的劃分與連接，專用器件的設(shè)計(jì)，微組裝技術(shù)，信號傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。2 計(jì)算機(jī)組成（Computer Organization）？:是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括：機(jī)器級內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。3 軟件的可移植性？是指軟件不用修改或只需經(jīng)少量加工就能由一臺機(jī)器搬到另一臺機(jī)器上運(yùn)行，即同一軟件可以不同的系統(tǒng)環(huán)境。4 向上（下）兼容？：是指按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行于比它高（低）檔的機(jī)器上。5 向前（后）兼容？：指的是，在按某個(gè)時(shí)期投入市場的該型號機(jī)器上編制的軟件，

18、不加修改就能運(yùn)行在它之前（后）投入市場的機(jī)器上。6 兼容機(jī)（Compatible Machine）？：具有同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)稱為。采用兼容機(jī)的思想與采用系列機(jī)的思想實(shí)際上是一致的。7模擬（Simulation）：用機(jī)器語言程序解釋實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法稱為。8仿真（Emulation）：用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)的方法稱為。9現(xiàn)場片：使用戶可根據(jù)需要改變器件內(nèi)部的功能或內(nèi)容，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)和組成變化的需要。10全用戶片：完全按用戶要求設(shè)計(jì)的用戶片稱為全用戶片。三、 簡述題：1 算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是什么？答：軟、硬件之間的功能分配以及對傳統(tǒng)機(jī)器級界面的確定。2 計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)要解決的問題是什么

19、？答：在所希望能達(dá)到的性能和價(jià)格比的前提下，怎樣最佳、最合理地把各種設(shè)備和部件組織成為一臺計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3器件的發(fā)展對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響？（1）器件的發(fā)展改變了邏輯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法。（2）器件的發(fā)展也使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“下移”速度加快。（3）器件的發(fā)展還促進(jìn)了算法、語言和軟件的發(fā)展。4.什么是并行性？只要在同一時(shí)刻或是在同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，它們在時(shí)間上能相互重疊，都體現(xiàn)了并行性。 5.CISC指令系統(tǒng)的含義? 復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，即機(jī)器指令系統(tǒng)變得越來越龐雜，這就是所謂的CISC指令系統(tǒng)。6.什么是頁式存貯管理？頁式存貯管理是把主存空間和程序空間都機(jī)械地

20、等分成固定大小的頁，按頁順序編號。（頁面大小隨機(jī)器而異，一般在512到幾KB）。7.什么是向量流水處理機(jī)？向量流水處理機(jī)是將向量數(shù)據(jù)表示和流水線技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)成向量流水處理機(jī)，簡稱向量流水處理機(jī)。8.什么是相聯(lián)處理機(jī)？相聯(lián)處理機(jī)是以相聯(lián)存貯器為核心，配上必要的中央處理部件、指令存貯器、控制器和I/O接口，就構(gòu)成一臺以存貯器操作并行為特點(diǎn)的相聯(lián)處理機(jī)。四、 計(jì)算題：1 設(shè)一臺模型機(jī)有7條指令，其使用頻度為：_指令 使用頻度 | 指令 使用頻度I1 0.03 | I4 0.05I2 0.03 | I5 0.15I3 0.04 | I6 0.3 | I7 0.4_ 求出：（1）利用哈夫曼（Huf

21、fman）壓縮技術(shù)，構(gòu)造哈夫曼樹；（2）.操作碼平均碼長和擴(kuò)展碼長。要求：哈夫曼樹節(jié)點(diǎn)為1.0(1) 10.6 10.3 10.15 1 0 0 0 00.090.06 1 0 1 0 0.030.040.050.150.30.40.03(2) H=2.17H=2.22. 如果設(shè)一個(gè)系統(tǒng)有四個(gè)中斷級，個(gè)級中斷響應(yīng)次序?yàn)?-2-3-4。見中斷級屏蔽位表中斷處理程序級別 中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級第2級第3級第4級 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0求當(dāng)把中斷次序改為1-4-3-2時(shí)，畫出中斷級屏蔽位表。中斷處理程序級別 中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級第2級

22、第3級第4級 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 03. 計(jì)算流水線實(shí)際吞吐率TP和效率。設(shè)有兩個(gè)向量C和D，各有4個(gè)元素，在圖中的靜態(tài)雙功能流水線上工作。其中，1-2-3-5組成加法流水線，1-4-5組成乘法流水線。設(shè)每個(gè)流水線所經(jīng)過的時(shí)間均為t，而且流水線的輸出結(jié)果可以直接返回到輸入或暫存于相應(yīng)的緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需要的時(shí)間都可以忽略不計(jì)。求：該流水線的實(shí)際吞吐率TP和效率?？臻g 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 時(shí)間t實(shí)際吞吐率TP=7/（15t）=32%4. 計(jì)算多級立方體互連

23、網(wǎng)絡(luò)。 見圖N=8多級立方體互連網(wǎng)絡(luò)，求當(dāng)輸入端級控制信號為S2S1S0=010時(shí)，輸入端為0 1 2 3 4 5 6 7時(shí)，輸出端為： 23016745 。輸入 輸出5. 由表達(dá)式：E= a +bx+cx2+dx3，利用減少樹高的辦法來加速運(yùn)算，要求（1）畫出樹形流程圖；（2）確定TP、P、SP、EP諸值+*+ d*+* a c x* b x x x x xp=3 , TP =4, SP =3/2, EP =1/2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題第一部分 選擇題一、單項(xiàng)選擇題(每小題1分，共10分)在每小題的四個(gè)備答案中有一個(gè)正確的答案，將正確答案的序號寫在題干后的括號內(nèi))1.計(jì)算機(jī)使用的語言是( ) A

24、.專屬軟件范疇，與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)無關(guān) B.分屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)層次 C.屬于用以建立一個(gè)用戶的應(yīng)用環(huán)境 D.屬于符號化的機(jī)器指令2.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)最突出的特點(diǎn)是使( ) A.數(shù)據(jù)流令牌無標(biāo)號 B.需要程序記數(shù)器來實(shí)現(xiàn) C.令牌帶上標(biāo)號 D.同步由門(Latch)寄存器來實(shí)現(xiàn)3.多處理機(jī)上兩個(gè)程序段之間若有先寫后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則( ) A.可以并行執(zhí)行 B.不可能并行 C.任何情況均可交換串行 D.必須并行執(zhí)行4.多處理機(jī)的各自獨(dú)立型操作系統(tǒng)( ) A.要求管理程序不必是可再入的 B.適合于緊耦合多處理機(jī) C.工作負(fù)荷較平衡 D.有較高的可靠性5.輸入輸出系統(tǒng)硬件的功能對( )是透明的。 A.操作

25、系統(tǒng)程序員 B.應(yīng)用程序員 C.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員 D.機(jī)器語言程序設(shè)計(jì)員6.“啟動(dòng)I/O”指令是主要的輸入輸出指令，是屬于( ) A.目態(tài)指令 B.管態(tài)指令 C.目態(tài)、管態(tài)都能用的指令 D.編譯程序只能用的指令7.全相聯(lián)地址映象是指( ) A.任何虛頁都可裝入主存中任何實(shí)頁的位置 B.一個(gè)虛頁只裝進(jìn)固定的主存實(shí)頁位置 C.組之間是固定的，而組內(nèi)任何虛頁可以裝入任何實(shí)頁位置 D.組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入8.( )屬于MIMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 A.各處理單元同時(shí)受同一個(gè)控制單元的管理 B.各處理單元同時(shí)接受同一個(gè)控制單元送來的指令 C.松耦合多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī) D.陣列處理機(jī)9.設(shè)16個(gè)處理器編號

26、分別為0，1，2，15用Cube3互聯(lián)函數(shù)時(shí)，第10號處理機(jī)與第( )號處理機(jī)相聯(lián)。 A.11 B.8 C.14 D.210.若輸入流水線的指令既無局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則( ) A.可獲得高的吞吐率和效率 B.流水線的效率和吞吐率惡化 C.出現(xiàn)瓶頸 D.可靠性提高第二部分 非選擇題二、填空題(每空1分，共20分)11.標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，合存于_，用于描述單個(gè)數(shù)據(jù)的_。12.總線仲裁算法有：靜態(tài)優(yōu)先級算法、固定時(shí)間片算法、_算法和_算法。13.計(jì)算機(jī)仿真用_解釋，計(jì)算機(jī)模擬用_解釋。14.按弗林(Michael J.Flynn)的觀點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分為單指令流單數(shù)據(jù)流、_、多指令

27、流單數(shù)據(jù)流和_四大類。15.要實(shí)現(xiàn)兩條指令在時(shí)間上重疊解釋，首先需要付出_，其次，要處理好指令之間可能存在的_。16.與重疊機(jī)器一樣，流水機(jī)器在遇到_指令，尤其是_指令時(shí)，效率也會(huì)顯著下降。17.超長指令字(VLIW)結(jié)構(gòu)是將_和_兩者相結(jié)合。18.互連網(wǎng)絡(luò)的交換方法主要有線路交換、包交換、線路/包交換，SIMD互連網(wǎng)絡(luò)多采用_交換，多處理機(jī)常采用_交換。19.數(shù)據(jù)流機(jī)采用_，執(zhí)行的操作序列取決于輸入數(shù)據(jù)的可用性；歸約機(jī)則采用_，執(zhí)行的操作序列取決于對數(shù)據(jù)的要求，對數(shù)據(jù)的需求又來源于函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語言對表達(dá)式的歸納。20.輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出設(shè)備、設(shè)備_及與輸入輸出操作有關(guān)的_件。三、改錯(cuò)

28、題(每小題2分，共10分)(下列每小題劃線部分A、B、C中有一處錯(cuò)誤，請先寫出錯(cuò)處，并在括號中寫出正確文字)21.對操作碼進(jìn)行優(yōu)化編碼時(shí)，在了解每種指令在程序中出現(xiàn)的概率后，使用Huffman算 A B法構(gòu)造Huffman樹，這樣獲得的Huffman編碼是唯一的。( ) C22.多處理機(jī)中，兩個(gè)程序段之間若同時(shí)有先寫后讀和先讀后寫2種相關(guān)，以交換數(shù)據(jù)為目的時(shí)，則必須并行執(zhí)行，讀寫要完全同步，允許順序串行和交換串行。( ) A B C23.計(jì)算機(jī)仿真適合在兩種結(jié)構(gòu)差距大的機(jī)器間運(yùn)用。( ) A B C24.主存空間數(shù)相關(guān)是相間隔的兩條指令之間出現(xiàn)對主存同一單元要求先寫而后讀的關(guān)聯(lián)。 A B C(

29、 )25.由于Cache存貯器的地址變換和塊替換算法是用軟件實(shí)現(xiàn)的，因此Cache存貯器對應(yīng)用 A 程序員是透明的，而且Cache對處理機(jī)和主存間的信息交往也是透明的。( ) B C四、簡答題(每小題6分，共30分)26.簡述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點(diǎn)。27.簡述設(shè)計(jì)RISC結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù)?28.設(shè)Pi和Pj程序段都是一條語句，且Pi在Pj之前執(zhí)行，試舉出Pi和Pj間存在3種可能的數(shù)據(jù)相關(guān)。29.簡述控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)?30.模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場合是什么?五、應(yīng)用題(共30分)31.(12分)假設(shè)某模型機(jī)共有7條指令，7條指令I(lǐng)1I7使用的頻度分別為：0.35,0.25,0

30、.20,0.10,0.04,0.03,0.03。(1)利用Huffman算法，構(gòu)造Huffman樹，并給出Huffman編碼和平均碼長。（2)給出Huffman擴(kuò)展碼編碼。32.(10分)多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)是如何組成的？它與間接二進(jìn)制n立方體網(wǎng)絡(luò)有何差異?并畫出N=8時(shí)的多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)圖。33.(8分)設(shè)向量A和B各有4個(gè)元素在下圖所示的靜態(tài)雙功能流水線上計(jì)算向量點(diǎn)積AB=，其中1235組成加法流水線，145組成乘法流水線。若假定流水線的各段所經(jīng)過的時(shí)間均為t=2.5，流水線輸出可直接送回輸入或暫存于相應(yīng)緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需的時(shí)間都可忽略。求出吞吐率和加速比。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試

31、題參考答案一、單項(xiàng)選擇題(每小題1分，共10分) 1.B 2.C 3.B 4.D 5.B 6.B 7.A 8.C 9.D 10.A二、填空題(每空1分，共20分) 11.同一存儲(chǔ)單元 類型特征 12.動(dòng)態(tài)優(yōu)先級 先來先服務(wù) 13.微程序 機(jī)器語言 14.單指令流多數(shù)據(jù)流 多指令流多數(shù)據(jù)流 15.空間代價(jià) 關(guān)聯(lián) 16.轉(zhuǎn)移 條件轉(zhuǎn)移 17.水平型微碼 超標(biāo)量處理 18.線路 包 19.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 需求驅(qū)動(dòng) 20.控制器 軟硬三、改錯(cuò)題(每小題2分，共10分) 21.(C錯(cuò) 改為“不是唯一的”) 22.(C錯(cuò) 改為“不允許順序串行和交換串行”) 23.(B錯(cuò) 改為“差距不大”) 24.(A錯(cuò) 改為“

32、相鄰”) 25.(A錯(cuò) 改為“硬件”)四、簡答題(每小題6分，共30分) 26.(1)簡化了指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)； (2)簡化了編譯程序； (3)便于實(shí)現(xiàn)一致性校驗(yàn)； (4)能由硬件自動(dòng)變換數(shù)據(jù)類型； (5)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求； (6)為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供了支持。 27.(1)按RISC一般原則設(shè)計(jì)；(2)邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序結(jié)合；(3)用重疊寄存器窗口(4)指令用流水和延遲轉(zhuǎn)移；(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。 28.(1)若Pi的左部變量在Pj的右部變量集內(nèi)，且Pi必須取出Pi運(yùn)算的結(jié)果來作為操作數(shù)，則稱Pi“數(shù)據(jù)相關(guān)”于Pi。 (2)若Pj的左部變量在Pi的右部變量

33、集內(nèi)，且當(dāng)Pi未取用其變量的值之前，是不允許被Pj所改變，則稱Pi“數(shù)據(jù)反相關(guān)”于Pj。 (3)若Pi的左部變量也是Pj的右部變量，且Pj存入其算得的值必須在Pi存入之后，則稱Pj“數(shù)據(jù)輸出相關(guān)”于Pi。 29.控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)是：通過訪問共享存儲(chǔ)單元讓數(shù)據(jù)在指令之間傳遞；指令的執(zhí)行順序隱含于控制流中，可以顯式地使用專門的控制操作符來實(shí)現(xiàn)并行處理，指令執(zhí)行順序受程度計(jì)數(shù)器的控制，即受控制令牌所支配。 30.模擬與仿真的主要區(qū)別在于解釋用的語言。仿真是用微程序解釋，其解釋程序存在控制存儲(chǔ)器中，而模擬是用機(jī)器語言程序解釋，其解釋程序存在主存中。模擬靈活，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移植，但結(jié)構(gòu)

34、差異太大時(shí)，效率、速度會(huì)急劇下降。仿真在速度上損失小，但不靈活，只能在差別不大的系統(tǒng)之間使用，否則效率也會(huì)過低且難以仿真，需與模擬結(jié)合才行。五、應(yīng)用題(共30分) 31.表 操作碼的Huffman碼及擴(kuò)展操作碼的編碼指令頻度（Pi）操作碼使用Huffman編碼OP長度（Li）利用Huffman概念的擴(kuò)展操作碼OP長度（Li）I1035010 0 2I20251 020 12I30.201 1 031 02I40.101 1 1 0 051 1 0 04I50.041 1 1 0 151 1 0 1 4I60.031 1 1 1 051 1 1 04I70.031 1 1 1 151 1 1 1

35、432.多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)由n級相同的網(wǎng)絡(luò)組成，每一級都包含一個(gè)全混拓?fù)浜碗S后一列2n-1個(gè)四功能交換單元，采用單元控制方式。多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)與間接二進(jìn)制n方體網(wǎng)絡(luò)只有兩點(diǎn)差別：前者數(shù)據(jù)流向的級號順序n-1,n-2,，1，0，用四功能交換單元，后者數(shù)據(jù)流向相反，其級號順序0，1,n-1,用二功能交換單元。33實(shí)際吞吐率為= 因順序方式所需時(shí)間為4， 因此加速比SP=24=1.61.(30分)解釋下列術(shù)語(1)馮諾依曼結(jié)構(gòu)：馮諾依曼等人于年提出了一個(gè)完整的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)雛型，它由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備組成，這種結(jié)構(gòu)稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)。(2)數(shù)據(jù)表示：數(shù)據(jù)表示研究的是計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識別，

36、可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)類型中最常用，也是相對比較簡單，用硬件實(shí)現(xiàn)相對比較容易的幾種。如定點(diǎn)數(shù)（整數(shù)）、邏輯數(shù)（布爾數(shù)）、浮點(diǎn)數(shù)（實(shí)數(shù)）、十進(jìn)制數(shù)、字符、字符串、堆棧和向量等。(3)CISC：復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(4)存儲(chǔ)系統(tǒng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來成為一個(gè)系統(tǒng)，這就是存儲(chǔ)系統(tǒng)。(5) 時(shí)空圖：描述流水線的工作，最常用的方法是采用“時(shí)空圖”。在時(shí)空圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，也就是輸入到流水線中的各個(gè)任務(wù)在流水線中所經(jīng)過的時(shí)間。當(dāng)流水線中的各個(gè)功能部件的執(zhí)行時(shí)間都相等時(shí)，橫坐標(biāo)被分割成相等長度的時(shí)間段?？v

37、坐標(biāo)表示空間，即流水線的各個(gè)子過程。在時(shí)空圖中，流水線的一個(gè)子過程通常稱為“功能段”。(6)多功能流水線：多功能流水線（Multifunction Pipelining）是指流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接。在不同時(shí)間內(nèi)，或在同一時(shí)間內(nèi)，通過不同的連接方式實(shí)現(xiàn)不同的功能。(7)加速比：完成一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用的時(shí)間之比稱為流水線的加速比（Speedup ratio）。(8)鏈接技術(shù)：鏈接是當(dāng)從一個(gè)流水線部件得到的結(jié)果直接送入另一個(gè)功能流水線的操作數(shù)寄存器時(shí)所發(fā)生的連接過程。換句話說，中間結(jié)果不必送回存儲(chǔ)器，而且甚至在向量操作完成以前就使用。鏈接允許當(dāng)?shù)谝粋€(gè)結(jié)果一變成可

38、用的操作數(shù)時(shí)就馬上發(fā)出相繼的操作。(9)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑(store and forward) 在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中包是信息流的基本單位。每個(gè)結(jié)點(diǎn)有一個(gè)包緩沖區(qū)。包從源結(jié)點(diǎn)經(jīng)過一系列中間結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。(10)蟲蝕尋徑(wormhole) ：新型的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)很多采用的是蟲蝕尋徑方式，把包進(jìn)一步分成更小的片。與結(jié)點(diǎn)相連的硬件尋徑器中有片緩沖區(qū)。消息從源結(jié)點(diǎn)傳送到目的結(jié)點(diǎn)要經(jīng)過一系列尋徑器。 2.(20分，每空一分)填空(1) 衡量流水線性能通常有三種主要指標(biāo)，它們是吞吐率、加速比和效率。(2) 按照Flynn分類法,根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的不同組織方式,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為SISD(單

39、指令流單數(shù)據(jù)流)、_ SIMD MISD MIMD或者單指令流多數(shù)據(jù)流 多指令流單數(shù)據(jù)流 多指令流多數(shù)據(jù)流_。(3) 三種向量處理方式指_橫向處理方式_、_縱向處理方式 _和_縱橫處理方式_。(4) 在CISC中，各種指令的使用頻度相差懸殊，大致有以下的結(jié)果。大約有_20%_（比例）的指令使用頻度較高，占據(jù)了_80%_（比例）的處理機(jī)時(shí)間。(5) 從不同的角度，我們可以把流水線分成不同的類別。如果根據(jù)流水線各功能段是否有反饋信號來劃分，可以分為線性流水線和非線性流水線；多功能流水線可以分為兩種，即根據(jù)它在同一時(shí)間內(nèi)是否能連成多種方式，可以分為靜態(tài)流水線和動(dòng)態(tài)流水線_。(6) 消息尋徑方式包括兩

40、種，即線路交換和包交換。其中包交換又包括存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑、虛擬直通尋徑和蟲蝕尋徑等方式。(7) RISC思想的精華是_減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)_。我們通常用_時(shí)空圖_來描述流水線的工作過程。3 (25分) 在一個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)中，主存儲(chǔ)器的訪問周期、存儲(chǔ)容量和單位價(jià)格分別為60ns、64MB和10元/MB，Cache的訪問周期、存儲(chǔ)容量和單位價(jià)格分別為10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率為0.98。(1)(15分)計(jì)算這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的等效訪問周期、存儲(chǔ)容量和單位價(jià)格。(2)(10分)計(jì)算這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的訪問效率。解：(1)這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的等效訪問周期：TTc H Tm（1H）10ns0.98 60ns（10.98）11ns等效存儲(chǔ)容量：S64MB等效單位價(jià)格：C（Cc Sc Cm Sm