1、计算机系统结构试题（A ）（计 02 级本科 2005 年 1 月）班别_ _姓名_学号_ _总分_一、 （20 分）选择题：1、在计算机系统结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ C ） 。A)计算机软件所要完成的功能 B)计算机硬件的全部组成C)编程要用到的硬件知识 D)计算机各部件的硬件实现2、对汇编语言程序员透明的是（A ） 。 A)I/O 方式中的 DMA 访问方式 B)浮点运算C)程序性中断 D)存取操作数3、用循环表示 PM2-1 的互连函数，应该是（ A ） 。A)（6 4 2 0） （7 5 3 1） B)（0 2 4 6） （1 3 5 7）C)（0 1 2 3 4 5
2、 6 7） D)（7 6 5 4 3 2 1 0）4、在提高 CPU 性能的问题上，从系统结构角度，可以（C ） 。P10A)提高时钟频率 B)减少程序指令条数 C)减少每条指令的时钟周期数 D)减少程序指令条数和减少每条指令的时钟周期数5、能实现指令、程序、任务级并行的计算机系统属于（ D） 。A)SISD B)SIMD C)MISD D)MIMD6、计算机系统结构不包括（A ） 。P4A)主存速度 B)机器工作状态 C)信息保护 D)数据表示7、“一次重叠“中消除“ 指令相关“最好的方法是(A)。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8、重叠寄存器
3、技术主要用于解决在 RISC 系统中因（ B ）而导致的问题。P121A)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10、推出系列机的新机器，不能更改的是（A ） 。A)原有指令的寻址方式和操作码 B)系统的总线的组成 C)数据通路宽度 D)存储芯片的集成度11、在流水机器中，全局性相关是指（ D） 。A)先写后读相关 B)先读后写相关 C)指令相关 D)由转移指令引起的相关12、下列说法不正确的是（ D） 。A)线性流水线是单功能流水线 B)动态流水线是多功能流水线C)静态流水线是多功能流水线 D)动态
4、流水线只能是单功能流水线13、结构不对称的静态互联网络是是（ A） 。A)线性阵列 B)环网 C)立方体网络 D)全连接网络14、在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会（ C） 。A)提高解题速度 B)减少需要的存储容量 C)提高系统的灵活性 D)提高系统的性能价格比15、多处理机主要实现的是（ B） 。P500A)指令级并行 B)任务级并行 C)操作级并行 D)操作步骤的并行16、虫蚀寻径以流水方式在各寻径器是顺序传送的是（C ） 。A)消息 B)包 C)片 D)字节17、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（ D ） 。P463A)16 B)1 C)
5、32 D)1720、ILLIAC 是一种（C ） 。A)流水线处理机 B)指令重叠处理机 C)阵列处理机 D)多处理机二、 （10 分）判断题：1、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。( F )2、由于 RISC 简化了指令系统，因此，RISC 上的目标程序比 CISC 上的目标程序要短一些，程序执行的时间就会少一些。 （F ）3、流水线调度是看如何调度各任务进入流水线的时间，使单功能线性流水线有高的吞吐率和效率。 （ T ）4、无论采用什么方法，只要消除流水线的瓶颈段，就能提高流水线的吞吐率和效率。( F )5、在满足 Cache 与主存的一致性方面
6、，写回比写直达法好。 （ F ）6、在多处理机上，各个任务的执行时间不同时，在个处理机总的运行时间均衡的前提下，取不均匀分配，让各处理机所分配的任务数要么尽量的多，要么尽量的少，这样，才可使总的运行时间减少。 （ F ）7、Cache 组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。 （ F ）8、要使线性流水线的实际吞吐率接近于理想的最大吞吐率，应将子过程数分得越多越好。（F）9、在系列机内可以将单总线改为双总线，以减少公共总线的使用冲突。( F )10、0-15 共 16 个处理单元用 Cube2 单级互连网络互连，第 10 号处理单元将连到第 8 号处理单元。 （ F ）三、 （10 分）如果某计
7、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=20，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？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时间中占的比例是多少？四、 （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%，2
8、0%，10%，5%，3% 和 2%，有 8 个通用数据寄存器， 2 个变址寄存器。（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。（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 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。三三三1三三三三三三三三三三三三三三三三三Hufman三三三三三Hufman三三三三0.35 0.25 0.20 0.10 0.05 0.03 0.020.050.100.200.400.601.00三三三三三三7三三三三三三三三三三三三三 三三三三三
9、三三1 35% 02 25% 013 20% 104 10% 105 5% 1106 3% 1107 2% 111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) + 30.10 + 4 0.05+ 5(0.03 + 0.02)=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35三三三三三三三三三三三0三01三10三三16三三三三三三三-三三三三三三三三三三三三三三三4 3 1 8三2三三三8三三三三三三三-三三三三三三三三三三三三三三三三三三三8三三三三三三三三三三三三三三三3三三三三三三三三三三三三三三三三三2 3 3三三三OP 三三三三R1
10、三三三三三R2三三三OP 三三三三三 三三三三三 三三三三三三三三三三三三三三三10三101三110三11五、 （10 分）在页式虚拟存储器中，一个程序由 P1P6 共 6 个页面组成，系统分配给这个程序的主存只有 4 个页面。在程序开始执行之前，P1 至 P4 已经装入主存。程序执行过程中依次访问到的页面如下：P1，P2，P3，P4，P5 ，P3，P6，P5，P2，P1 ，P5，P2，P4 ，P1。采用 LRU 页面替换算法对这 4 页主存进行调度。(1)画出主存页面替换和命中的情况表。(2)计算两种页面替换算法的页命中率。(3)假设每个数据平均被访问 10 次，采用 LRU 页面替换算法，
11、为了使页面失效率小于 10-5，计算页面大小至少应该为多少？六、 （10 分）有一个 4 段流水线，如下图所示： 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。（1）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。（2）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七、 （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
12、；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 (2) V2V0*V1 (3) V0存储器 (4) V0存储器V1V2+V3 V3存储器 V2V0*V1 V11/V0V4V5*V6 V4V2+V3 V3V2+V0 V3V1*V2V5V3+V4 V5V3+V4八、 （10 分）假定有 128 个处理器,采用 PM2I 多级网络互连,若网络中的 i=2 的 1 级损坏,拟用 Cubei 多级网络代替损坏的这一级 ,试说明最多需要几级 Cubei 网
13、络?5九、 （10 分）A 和 B 都是元素为浮点表示的 6464 的二维数组，一次浮点加法的计算过程可由取数、求阶差、对阶、尾数加、规格化和存数共 6 个段组成，若每个段的执行时间均为 t，请分别求出在下列结构不同的处理机上完成 C=A+B 所需的时间及相对于顺序处理的加速比。（1）顺序处理方式的处理机。（2）具有浮点加法流水线的流水线处理机，且浮点加法流水线分为 6 个段，各段执行时间均为 t。（3）88 的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器只能顺序处理浮点加运算。（4）88 的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器均能流水处理浮点加运算。（5）6464 的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器均能流水处理浮点加运算。
