華科專升本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-作業(yè)全

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流華科專升本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-作業(yè)全.精品文檔.第一章作業(yè)簡(jiǎn)答題1、 簡(jiǎn)述什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能性結(jié)構(gòu)。2、 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次從下到上包括哪些？答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次從上到下包括微程序機(jī)器級(jí)、機(jī)器語(yǔ)言、操作系統(tǒng)虛擬機(jī)、匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)、高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)、應(yīng)用語(yǔ)言虛擬機(jī)。3、 Flynn分類法是以什么對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類？分成哪幾類？ 答：Flynn分類法是以指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類。Flynn分類法把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為以下4類：?jiǎn)沃噶盍鲉螖?shù)據(jù)流、單指令多數(shù)據(jù)流、多指令流

2、單數(shù)據(jù)流、多指令流多數(shù)據(jù)流。4、 簡(jiǎn)述Amdahl定律及加速比計(jì)算公式。答：Amdahl定律指出加快某部件執(zhí)行速度所能獲取得系統(tǒng)性加速比，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時(shí)間的百分比。加速比計(jì)算公式=系統(tǒng)性能（改進(jìn)后）/系統(tǒng)性能（改進(jìn)前）=總執(zhí)行時(shí)間（改進(jìn)前）/總執(zhí)行時(shí)間（改進(jìn)后）計(jì)算題5、如果某一些計(jì)算任務(wù)用向量方式求解比用標(biāo)量方式求解快20倍。為達(dá)到加速比2，可用向量方式求解所花費(fèi)時(shí)間占總的時(shí)間的百分比為多少？解：由題可知，系統(tǒng)加速比=2，部件加速比=20，通過(guò)向量方式求解可改進(jìn)比例未知，可設(shè)為X。根據(jù)Amdahl定律可知系統(tǒng)加速比=1/(1-X)+X/20=2求解得X=10/19由此

3、可得，可用向量方式求解所花費(fèi)時(shí)間占總的時(shí)間的百分比魏53%第二章作業(yè)1、 簡(jiǎn)述指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。完整性、規(guī)整性、高效性和兼容性2、 簡(jiǎn)述RISC結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。1） 選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令；2） 每條指令的功能應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；3） 所有指令長(zhǎng)度均相同；4） 只有Load和Store操作指令才訪問(wèn)存儲(chǔ)器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行；5） 以簡(jiǎn)單有效的方式支持高級(jí)語(yǔ)言。3、一個(gè)處理機(jī)共有10條指令，各指令在程序中出現(xiàn)的概率如下：I10.25I60.08I20.20I70.05I30.15I80.04I40.10I90.03I50.08I10

4、0.02(1) 采用最優(yōu)Huffman編碼法，計(jì)算這10條指令的操作碼最短平均長(zhǎng)度。(2) 采用Huffman編碼法，計(jì)算這10條指令的操作碼平均碼長(zhǎng)，信息冗余量。1） 操作碼最短平均長(zhǎng)度=2.962） 信息冗余量=1.0%第三章作業(yè)1、當(dāng)流水線中各個(gè)流水段的執(zhí)行時(shí)間不完全相等時(shí)，流水線的最大吞吐率與實(shí)際吞吐率主要是由流水線中執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的那個(gè)流水段來(lái)決定的，這個(gè)流水段就成了整個(gè)流水線的“瓶頸”。解決流水線“瓶頸”問(wèn)題的方法主要有哪兩種？答：細(xì)分瓶頸段與重復(fù)設(shè)置瓶頸段兩種方法。2一條線性靜態(tài)多功能流水線由6個(gè)功能段組成，加法操作使用其中的1，2，3，6功能段，乘法操作使用其中的1，4，5，6功

5、能段，每個(gè)功能段的延遲時(shí)間均相等。流水線的輸出端與輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，而且設(shè)有足夠的緩沖及寄存器。用這條流水線計(jì)算。(1) 畫(huà)出流水線時(shí)空?qǐng)D;(2) 計(jì)算流水線的實(shí)際吞吐率，加速比和效率。解：為了避免流水線的“先寫(xiě)后讀”相關(guān)，使流水線完成計(jì)算的時(shí)間盡可能短，采用下述方法計(jì)算F：（a1xb1+a2xb2）+（a3xb3+a4xb4）+（a5xb5+a6xb6）按先乘后加、先括號(hào)內(nèi)后括號(hào)外的有限次序，上述計(jì)算F的過(guò)程需要先做6次乘法，用16表示；再做3個(gè)括號(hào)內(nèi)的3次加法，用79表示；最后做括號(hào)外的2次加法，用1011表示。流水線時(shí)空?qǐng)D如下：由時(shí)空?qǐng)D可得實(shí)際吞吐率為：TP=11/22t=0.5

6、/t加速比為：S=T0/Tk =（6x4t+5x4t）/22t=2效率比：E=（4x11t）/（6x224x11t）0.333、一條由4個(gè)功能段組成的非線性流水線的預(yù)約表如下，每個(gè)功能段的延遲時(shí)間都為10ns（1ns=10-9秒）。功能段 時(shí)間123456S1XXS2XXS3XS4XX(1) 寫(xiě)出流水線的禁止向量和初始沖突向量；(2) 畫(huà)出狀態(tài)圖；(3) 求流水線的最小啟動(dòng)循環(huán)和最小平均啟動(dòng)距離。1） 禁止向量F=(5,2,1),沖突向量C=(10011)C02）10011i=3i=4i63)最小啟動(dòng)循環(huán)為（3），最小平均啟動(dòng)距離為3.第4章作業(yè)Cray 1向量處理機(jī)，V為向量寄存器，向量長(zhǎng)度

7、均為32；s為標(biāo)量寄存器。所用浮點(diǎn)功能執(zhí)行部件的執(zhí)行時(shí)間為：從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，加法6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍，啟動(dòng)、輸出延遲各1拍。分析下列向量指令組中，哪些指令可以鏈接，哪些指令可以并行，并計(jì)算不同指令各指令組全部完成所需的拍數(shù)。(1) V0存儲(chǔ)器 (2) V2V0*V1     V1V2+V3 V3存儲(chǔ)器     V4V5*V6 V4V2+V3(3) V0存儲(chǔ)器 (4) V0存儲(chǔ)器V3V1+V2 V11/V0V4V0*V3 V3V1+V2V6V4+V5 V5V3*V4 解：1） V0存儲(chǔ)器  

8、    V1V2+V3 并行      V4V5*V6 931訪存加乘總拍數(shù)=40（并行執(zhí)行，以最長(zhǎng)指令為準(zhǔn)）2） V2V0*V1 并行     V3存儲(chǔ)器    V4V2+V3 串行931乘訪存加831總拍數(shù)=79（第3條錯(cuò)過(guò)時(shí)機(jī)，不能鏈接）3）V0存儲(chǔ)器 并行 V3V1+V2 鏈接 V4V0*V3 V6V4+V5 串行4）V0存儲(chǔ)器 鏈接V11/V0 鏈接V3V1+V2V5V3*V4 鏈接第5章作業(yè)一、單選題1.與虛擬存儲(chǔ)器的等效訪問(wèn)速度無(wú)關(guān)的是（ D

9、 ）A. 頁(yè)地址流B. 頁(yè)面調(diào)度策略C. 主存的容D. 輔存的容量2.下列說(shuō)法不正確的是（ D ）A. 單體多字存儲(chǔ)器能提高存儲(chǔ)器頻寬B. 多體存儲(chǔ)器低位交叉編址能提高存儲(chǔ)器頻寬C. 多體存儲(chǔ)器高位交叉編址便于擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量D. 多體存儲(chǔ)器高位交叉編址能提高存儲(chǔ)器頻寬3.直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式的并行性指的是（ D ）A. 多個(gè)外設(shè)可同時(shí)并行地通過(guò)DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送B. 外設(shè)主存儲(chǔ)器并行工作C. CPU和主存器并行工作D. CPU和DMA控制器并行工作4.Cache存儲(chǔ)器主要是為了解決（ B ）A. 擴(kuò)大存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量B. 提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度C. 擴(kuò)大存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量和提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度D. 便

10、于程序的訪存操作5.組相聯(lián)映象，LRU替換的Cache存儲(chǔ)器，不影響Cache命中率的是（ C ）A. 增加Cache中的塊數(shù)B. 增大組的大小C. 增大主存容量D. 增大塊的大小二、計(jì)算題設(shè)有一道程序，有1至5共五頁(yè)，執(zhí)行時(shí)的頁(yè)地址流（即執(zhí)行時(shí)依次用到的程序頁(yè)頁(yè)號(hào)）為： 2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2若分配給該道程序的主存有3頁(yè)，分別采用FIFO，LRU和最優(yōu)替換算法。畫(huà)出這3頁(yè)的使用和替換過(guò)程，并計(jì)算命中率。解：FIFO算法：替換最早裝入主存的頁(yè)；LRU算法：依據(jù)各塊使用的情況，選擇最近最少使用的塊替換。第6章作業(yè)1、 簡(jiǎn)述評(píng)價(jià)I/O系統(tǒng)性能的主要參數(shù)。評(píng)價(jià)I/O系統(tǒng)性能的

11、參數(shù)主要有連接特性、I/O系統(tǒng)容量、響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。2、 解釋I/O系統(tǒng)的可靠性、可用性和可信性及其衡量指標(biāo)?？煽啃裕合到y(tǒng)從初始狀態(tài)開(kāi)始一直提供服務(wù)的呢能力?？捎眯裕合到y(tǒng)正常工作時(shí)間再連續(xù)兩次正常服務(wù)間隔時(shí)間中所占的比率?？尚判裕悍?wù)的質(zhì)量，即再多大程度上可以合理地認(rèn)為服務(wù)是可靠的。衡量指標(biāo)：平均故障間隔時(shí)間MTBF、故障率（Failure Rate）、平均修復(fù)時(shí)間（MTTR.）3、 簡(jiǎn)述三種通道的類型及其工作方式。按通道的工作方式，通道分為選擇通道、字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道三種類型。1） 字節(jié)多路通道：通道每連接一臺(tái)外圍設(shè)備，只傳送一個(gè)字節(jié)，然后又與另一臺(tái)設(shè)備連接，并傳送一個(gè)字節(jié)。2）

12、數(shù)組多路通道：通道每連接一臺(tái)外圍設(shè)備，傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，傳送完成后，又與另一臺(tái)高速設(shè)備連接，再傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊。3） 選擇通道：通道每連接一個(gè)外圍設(shè)備，就把這個(gè)設(shè)備的多有待傳字節(jié)全部傳送完畢，然后再與另一臺(tái)設(shè)備相連接。4） 4、一個(gè)字節(jié)多路通道連接有6臺(tái)設(shè)備，它們的數(shù)傳率（單位：B/ms）如下表所示：設(shè)備名稱D1D2D3D4D5D6數(shù)傳率505040252510(1) 計(jì)算該通道的實(shí)際工作流量（單位：B/ms）。(2) 若通道的最大流量等于實(shí)際工作流量，求通道的工作周期。第7章作業(yè)1. 設(shè)16個(gè)處理器編號(hào)分別為0，1，15，要用單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)互連函數(shù)分別為（1）Cube3（2）PM2+3（3）P

13、M2-0 （4）Shuffle（5） Shuffle（Shuffle）時(shí)，指出第13號(hào)處理器與哪個(gè)處理器連接。答：1）52）53）124）145）132. (1) 畫(huà)出8個(gè)處理單元（編號(hào)07）互連的3級(jí)Omega網(wǎng)絡(luò)。(2) 采用終端標(biāo)記尋徑法（即用被要求連接的網(wǎng)絡(luò)終端號(hào)D的二進(jìn)制為di來(lái)決定開(kāi)關(guān)級(jí)Ki的相應(yīng)開(kāi)關(guān)輸入端與該開(kāi)關(guān)的哪一個(gè)輸出端連接：若di=0，則與開(kāi)關(guān)的上輸出端連接；若di=1，則與開(kāi)關(guān)的下輸出端連接），標(biāo)出使5號(hào)處理單元的數(shù)據(jù)播送給0，2，4，6號(hào)處理單元，同時(shí)，4號(hào)播送給1，3， 5，7號(hào)處理單元時(shí)各開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。綜合作業(yè)1第一次綜合作業(yè)一、單選題1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多級(jí)層次中，從

14、上層到下層，各級(jí)相對(duì)順序正確的應(yīng)當(dāng)是（ B）.A. 高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，微程序機(jī)器級(jí) B. 微程序機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)C. 傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)D. 匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)2. 系列機(jī)在軟件兼容上應(yīng)做到（ B ）.A. 向前兼容，并向上兼容B. 向后兼容，力爭(zhēng)向上兼容C. 向前兼容，并向下兼容D. 向后兼容，力爭(zhēng)向下兼容3.操作碼優(yōu)化的主要目的是（ D ）A.縮短指令字長(zhǎng) B.減少程序總位數(shù) C.增加指令字表示的信息 D.ABC都是4. 軟件和硬件在（ A ）意義上是等效的。A. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) B. 功能 C.

15、 性能 D. 價(jià)格5.RISC執(zhí)行程序的速度比CISC要快的原因是（ C ）A.RISC的指令系統(tǒng)中指令條數(shù)較少B.程序在RISC上編譯生成的目標(biāo)程序較短C.RISC的指令平均執(zhí)行周期數(shù)較少D.RISC只允許load和store指令訪存二、計(jì)算題用一臺(tái)40MHz處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，它含的混合指令數(shù)和相應(yīng)的時(shí)鐘周期數(shù)如下：指令類型指令數(shù)時(shí)鐘周期數(shù)整數(shù)運(yùn)算45 0001數(shù)據(jù)傳送32 0002浮點(diǎn)15 0002控制傳送8 0002計(jì)算：(1) 有效CPI(2) MIPS(3) 程序的執(zhí)行時(shí)間T綜合作業(yè)2第2次綜合作業(yè)（3-5章）一、單選題1. 下列關(guān)于虛擬存儲(chǔ)器的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是（A ）.A. 對(duì)

16、應(yīng)用程序員透明，對(duì)系統(tǒng)程序員不透明B. 其目的主要是為了增加存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量C. 由cache和主存組成D. 其訪問(wèn)速度與主存接近2. 靜態(tài)流水線是指（B ）.A. 功能不能改變的流水線 B. 同時(shí)只能完成一種功能的多功能流水線C. 可同時(shí)執(zhí)行多種功能的流水線 D. 各功能段之間的連接固定不變的流水線3. 不屬于堆棧型算法的是（ C ）.A. LRU B. LFU C. FIFO D. 最優(yōu)替換算法4. 設(shè)通道數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，選擇一次設(shè)備的時(shí)間為，傳送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間為，則字節(jié)多路通道最大流量等于（ D）.A. B. C. D. 5.假設(shè)一條指令的執(zhí)行過(guò)程可以分為“取指令”、“分析”和“執(zhí)行”三段

17、，每一段的執(zhí)行時(shí)間分別為、和，順序執(zhí)行10條指令至少需要花費(fèi)的時(shí)間為（ C ）A. B. C. D.二. 四段單功能流水線，各個(gè)功能段執(zhí)行時(shí)間相等，均為，求輸入到流水線中的任務(wù)是連續(xù)的理想情況下完成10個(gè)任務(wù)時(shí)的吞吐率。綜合作業(yè)3第三次綜合作業(yè)一、單選題1.流水線分類中，“線性流水”和“非線性流水”是按照（ C ）進(jìn)行分類的。A. 處理機(jī)級(jí)別 B.功能 C.工作方式 D.連接方式2.若輸入流水線的指令既無(wú)局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則（A ）  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3.通道方式輸入輸出系統(tǒng)中，對(duì)優(yōu)先級(jí)高的磁盤(pán)等高速設(shè)備，適合于連接( B     )A. 字節(jié)多路通道 B.選擇通道 C.數(shù)組多路通道 D.字節(jié)及數(shù)組多路通道4.Omega網(wǎng)絡(luò)采用的是（ C ）A. 二功能2×2開(kāi)關(guān)，單元控制方式 B. 二功能2×2開(kāi)關(guān)，級(jí)控制方式C. 四功能2×2開(kāi)關(guān)，單元控制方式 D. 四功能2×2開(kāi)關(guān)，級(jí)控制方式5.關(guān)于Cray 1中下列兩條向量指令說(shuō)法正確的是（ B ）V1V2+V3V4V1*V5A. 沒(méi)有功能部件沖突和源向量沖突，可以并行執(zhí)