2023年華科專升本計算機系統(tǒng)結構作業(yè)全

第一章作業(yè)簡答題簡述什么是計算機系統(tǒng)結構。

答：計算機系統(tǒng)結構是程序員所看到的計算機屬性，即概念性結構與功能性結構。

計算機系統(tǒng)的層次從下到上涉及哪些？

答：計算機系統(tǒng)的層次從上到下涉及微程序機器級、機器語言、操作系統(tǒng)虛擬機、匯編語言虛擬機、高級語言虛擬機、應用語言虛擬機。

Flynn分類法是以什么對計算機系統(tǒng)進行分類？提成哪幾類？

答：Flynn分類法是以指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性對計算機系統(tǒng)進行分類。Flynn分類法把計算機系統(tǒng)的結構分為以下4類：單指令流單數(shù)據(jù)流、單指令多數(shù)據(jù)流、多指令流單數(shù)據(jù)流、多指令流多數(shù)據(jù)流。

簡述Amdahl定律及加速比計算公式。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)行時間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時間的比例。加速比計算公式=系統(tǒng)性能（改善后）/系統(tǒng)性能（改善前）=總執(zhí)行時間（改善前）/總執(zhí)行時間（改善后）計算題5、假如某一些計算任務用向量方式求解比用標量方式求解快20倍。為達成加速比2，可用向量方式求解所花費時間占總的時間的比例為多少？解：由題可知，系統(tǒng)加速比=2，部件加速比=20，通過向量方式求解可改善比例未知，可設為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由此可得，可用向量方式求解所花費時間占總的時間的比例魏53%

第二章作業(yè)簡述指令集結構設計的基本原則。完整性、規(guī)整性、高效性和兼容性簡述RISC結構的設計原則。選取使用頻率最高的指令，并補充一些最有用的指令；每條指令的功能應盡也許簡樸，并在一個機器周期內(nèi)完畢；所有指令長度均相同；只有Load和Store操作指令才訪問存儲器，其它指令操作均在寄存器之間進行；以簡樸有效的方式支持高級語言。3、一個解決機共有10條指令，各指令在程序中出現(xiàn)的概率如下：I10.25I60.08I20.20I70.05I30.15I80.04I40.10I90.03I50.08I100.02采用最優(yōu)Huffman編碼法，計算這10條指令的操作碼最短平均長度。采用Huffman編碼法，計算這10條指令的操作碼平均碼長，信息冗余量。操作碼最短平均長度=2.96信息冗余量=1.0%第三章作業(yè)1、當流水線中各個流水段的執(zhí)行時間不完全相等時，流水線的最大吞吐率與實際吞吐率重要是由流水線中執(zhí)行時間最長的那個流水段來決定的，這個流水段就成了整個流水線的“瓶頸”。解決流水線“瓶頸”問題的方法重要有哪兩種？答：細分瓶頸段與反復設立瓶頸段兩種方法。2一條線性靜態(tài)多功能流水線由6個功能段組成，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功能段，每個功能段的延遲時間均相等。流水線的輸出端與輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，并且設有足夠的緩沖及寄存器。用這條流水線計算。畫出流水線時空圖;計算流水線的實際吞吐率，加速比和效率。解：為了避免流水線的“先寫后讀”相關，使流水線完畢計算的時間盡也許短，采用下述方法計算F：（a1xb1+a2xb2）+（a3xb3+a4xb4）+（a5xb5+a6xb6）按先乘后加、先括號內(nèi)后括號外的有限順序，上述計算F的過程需要先做6次乘法，用1~6表達；再做3個括號內(nèi)的3次加法，用7~9表達；最后做括號外的2次加法，用10~11表達。流水線時空圖如下：由時空圖可得實際吞吐率為：TP=11/22?t=0.5/?t加速比為：S=T0/Tk=（6x4?t+5x4?t）/22?t=2效率比：E=（4x11?t）/（6x224x11?t）≈0.333、一條由4個功能段組成的非線性流水線的預約表如下，每個功能段的延遲時間都為10ns（1ns=10-9秒）。功能段時間123456S1XXS2XXS3XS4XX寫出流水線的嚴禁向量和初始沖突向量；畫出狀態(tài)圖；求流水線的最小啟動循環(huán)和最小平均啟動距離。嚴禁向量F=(5,2,1),沖突向量C=(10011)C02）C01001110011i=3i=4i=3i=4ii≥63)最小啟動循環(huán)為（3），最小平均啟動距離為3.第4章作業(yè)Cray1向量解決機，V為向量寄存器，向量長度均為32；s為標量寄存器。所用浮點功能執(zhí)行部件的執(zhí)行時間為：從存儲器讀數(shù)6拍，加法6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍，啟動、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，并計算不同指令各指令組所有完畢所需的拍數(shù)。(1)V0←存儲器(2)V2←V0*V1

V1←V2+V3V3←存儲器

V4←V5*V6V4←V2+V3(3)V0←存儲器(4)V0←存儲器V3←V1+V2V1←1/V0V4←V0*V3V3←V1+V2V6←V4+V5V5←V3*V4解：V0←存儲器

V1←V2+V3并行

V4←V5*V69931訪存加乘總拍數(shù)=40（并行執(zhí)行，以最長指令為準）V2←V0*V1并行

V3←存儲器

V4←V2+V3串行9931乘訪存加831總拍數(shù)=79（第3條錯過時機，不能鏈接）3）V0←存儲器并行V3←V1+V2鏈接V4←V0*V3V6←V4+V5串行4）V0←存儲器鏈接V1←1/V0鏈接V3←V1+V2V5←V3*V4鏈接第5章作業(yè)一、單選題1.與虛擬存儲器的等效訪問速度無關的是（D）頁地址流頁面調(diào)度策略主存的容輔存的容量2.下列說法不對的的是（D）單體多字存儲器能提高存儲器頻寬多體存儲器低位交叉編址能提高存儲器頻寬多體存儲器高位交叉編址便于擴大存儲器容量多體存儲器高位交叉編址能提高存儲器頻寬3.直接存儲器訪問方式的并行性指的是（D）多個外設可同時并行地通過DMA控制器進行數(shù)據(jù)傳送外設主存儲器并行工作CPU和主存器并行工作CPU和DMA控制器并行工作4.Cache存儲器重要是為了解決（B）擴大存儲系統(tǒng)的容量提高存儲系統(tǒng)的速度擴大存儲系統(tǒng)的容量和提高存儲系統(tǒng)的速度便于程序的訪存操作5.組相聯(lián)映象，LRU替換的Cache存儲器，不影響Cache命中率的是（C）增長Cache中的塊數(shù)增大組的大小增大主存容量增大塊的大小二、計算題設有一道程序，有1至5共五頁，執(zhí)行時的頁地址流（即執(zhí)行時依次用到的程序頁頁號）為：2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2若分派給該道程序的主存有3頁，分別采用FIFO，LRU和最優(yōu)替換算法。畫出這3頁的使用和替換過程，并計算命中率。解：FIFO算法：替換最早裝入主存的頁；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)簡述評價I/O系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。評價I/O系統(tǒng)性能的參數(shù)重要有連接特性、I/O系統(tǒng)容量、響應時間和吞吐量。解釋I/O系統(tǒng)的可靠性、可用性和可信性及其衡量指標。可靠性：系統(tǒng)從初始狀態(tài)開始一直提供服務的呢能力。可用性：系統(tǒng)正常工作時間再連續(xù)兩次正常服務間隔時間中所占的比率?？尚判裕悍盏馁|(zhì)量，即再多大限度上可以合理地認為服務是可靠的。衡量指標：平均故障間隔時間MTBF、故障率（FailureRate）、平均修復時間（MTTR.）簡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。字節(jié)多路通道：通道每連接一臺外圍設備，只傳送一個字節(jié)，然后又與另一臺設備連接，并傳送一個字節(jié)。數(shù)組多路通道：通道每連接一臺外圍設備，傳送一個數(shù)據(jù)塊，傳送完畢后，又與另一臺高速設備連接，再傳送一個數(shù)據(jù)塊。選擇通道：通道每連接一個外圍設備，就把這個設備的多有待傳字節(jié)所有傳送完畢，然后再與另一臺設備相連接。4、一個字節(jié)多路通道連接有6臺設備，它們的數(shù)傳率（單位：B/ms）如下表所示：設備名稱D1D2D3D4D5D6數(shù)傳率505040252510計算該通道的實際工作流量（單位：B/ms）。若通道的最大流量等于實際工作流量，求通道的工作周期。第7章作業(yè)1.設16個解決器編號分別為0，1，…，15，要用單級互連網(wǎng)絡。當互連函數(shù)分別為（1）Cube3（2）PM2+3（3）PM2-0（4）Shuffle（5）Shuffle（Shuffle）時，指出第13號解決器與哪個解決器連接。答：1）52）53）124）145）132.(1)畫出8個解決單元（編號0～7）互連的3級Omega網(wǎng)絡。(2)采用終端標記尋徑法（即用被規(guī)定連接的網(wǎng)絡終端號D的二進制為di來決定開關級Ki的相應開關輸入端與該開關的哪一個輸出端連接：若di=0，則與開關的上輸出端連接；若di=1，則與開關的下輸出端連接），標出使5號解決單元的數(shù)據(jù)播送給0，2，4，6號解決單元，同時，4號播送給1，3，5，7號解決單元時各開關的狀態(tài)。綜合作業(yè)1第一次綜合作業(yè)一、單選題1.計算機系統(tǒng)多級層次中，從上層到下層，各級相對順序?qū)Φ牡膽斒牵˙）.A.高級語言機器級，匯編語言機器級，微程序機器級B.微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機器級C.傳統(tǒng)機器語言機器級，高級語言機器級，匯編語言機器級D.匯編語言機器級，應用語言機器級，高級語言機器級2.系列機在軟件兼容上應做到（B）.A.向前兼容，并向上兼容B.向后兼容，力爭向上兼容C.向前兼容，并向下兼容D.向后兼容，力爭向下兼容3.操作碼優(yōu)化的重要目的是（D）A.縮短指令字長B.減少程序總位數(shù)C.增長指令字表達的信息D.ABC都是4.軟件和硬件在（A）意義上是等效的。A.系統(tǒng)結構B.功能C.性能D.價格5.RISC執(zhí)行程序的速度比CISC要快的因素是（C）A.RISC的指令系統(tǒng)中指令條數(shù)較少B.程序在RISC上編譯生成的目的程序較短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、計算題用一臺40MHz解決機執(zhí)行標準測試程序，它含的混合指令數(shù)和相應的時鐘周期數(shù)如下：指令類型指令數(shù)時鐘周期數(shù)整數(shù)運算450001數(shù)據(jù)傳送320002浮點150002控制傳送80002計算：有效CPIMIPS程序的執(zhí)行時間T綜合作業(yè)2第2次綜合作業(yè)（3-5章）一、單選題1.下列關于虛擬存儲器的說法，錯誤的是（A）.

A.相應用程序員透明，對系統(tǒng)程序員不透明B.其目的重要是為了增長存儲系統(tǒng)的容量C.由cache和主存組成D.其訪問速度與主存接近2.靜態(tài)流水線是指（B）.A.功能不能改變的流水線B.同時只能完畢一種功能的多功能流水線C.可同時執(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.LRUB.LFUC.FIFOD.最優(yōu)替換算法4.設通道數(shù)據(jù)傳送過程中，選擇一次設備的時間為，傳送一個字節(jié)的時間為，則字節(jié)多路通道最大流量等于（D）.A.B.C.D.5.假設一條指令的執(zhí)行過程可以分為“取指令”、“分析”和“執(zhí)行”三段，每一段的執(zhí)行時間分別為、和，順序執(zhí)行10條指令至少需要花費的時間為（C）B.C.D.二.四段單功能流水線，各個功能段執(zhí)行時間相等，均為，求輸入到流水線中的任務是連續(xù)的抱負情況下完畢10個任務時的吞吐率。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）進行分類的。解決機級別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局部性相關，也不存在全局性相關，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3.通道方式輸入輸出系統(tǒng)中，對優(yōu)先級高的磁盤等高速設備，適合于連接(

B

)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)絡采用的是（C）A.二功能2×2開關，單元控制方式B.二功能2×2開關，級控制方式C.四功能2×2開關，單元控制方式D.四功能2×2開關，級控制方式5.關于Cray1中下列兩條向量指令說法對的的是（B）V1←V2+V3V4←V1*V5A.沒有功能部件沖突和源向量沖突，可以并