计算机系统结构(有详细答案)

(仅供参考，不作为考试标准)，一个选择题(30分，每题2分)计算机系统架构设计者关心_ _ _ _ _ _ _ _所看到的计算机架构。a)硬件设计师b)逻辑设计师c)机器语言或汇编语言程序员d)高级语言程序员设计计算机系统时，为了提高系统性能，应注意_ _ _ _ _ _。a)加速执行常用指令b)应特别仔细地设计少量功能强大的指令。c)减少占指令数量一小部分的指令数量。d)加快几条指令的速度重叠寄存器技术主要用于解决RISC系统中_ _ _ _ _ _引起的问题。JMP指令影响管道B)呼叫指令的现场保护c)只有LOAD和STORE指令对访问内存造成不便d)存储器访问速度为了使自来水计算机的运行效率更高_ _ _ _ _ _ _ _ _a)每个过程周期的持续时间应该不同；b)要连续处理的任务类型应该不同c)要连续处理的任务类型应该相同d)要连续处理的任务数量应该尽可能少5不属于堆栈替换算法的是_ _ _ _ _ _ _ _。a)最近最少使用的方法b)最近最少使用的方法先进先出页面失效频率法与全联想映射相比，群联想映射具有_ _ _ _ _ _ _ _的优点。a)小目录表b)低块冲突概率c)高命中率d)高主存利用率消除“一个重叠”中“指令相关性”的最佳方法是_ _ _ _ _ _ _ _。a)不允许修改指令b)设置相关的专用通道c)推迟下一条指令的分析；d)推迟下一条指令的执行8当流水线操作中出现数据关联时，采用的解决方案是_ _ _ _ _ _。a)使用优化的编译器来检测和重新排序指令b)数据重定向技术c)延迟转让技术d)提前加速并形成条件码9要通过多级网络串联实现全排列网络，只能使用_ _ _ _ _ _ _。a)多级立方网络b)多级PM2I网络多级混洗交换网络10虫洞路由以流水方式在每个寻路器中依次传输，即_ _ _ _ _ _。a)消息b)分组c)切片d)字节11超标量处理器_ _ _ _ _ _ _ _ _a)以分时方式在一个时钟周期内发出多个指令c)在一个时钟周期内同时发送多个指令d)仅一个手指抓取组件12装配线的技术指标不包括_ _ _ _ _ _ _ _ _a)响应比b)吞吐量c)加速比d)效率向量处理器属于_ _ _ _ _ _ _ _ _MIMD14 _ _ _ _ _ _ _ _ _属于MIMD体系结构。a)每个处理单元由同一控制单元同时管理b)每个处理单元同时接收同一控制单元发送的指令c)多处理器和多计算机d)阵列处理器15 BSP计算机的并行处理器有16个处理单元，并行存储器中的存储体数量为_ _ _ _ _ _。A)16B)1C)32D)17两个对错问题(对错打勾，10分，每题1分)(16)对于计算机系统中常用的基本单元功能，宜用软件来实现，这样可以降低系统成本。17 ()处理器级流水线也称为指令流水线。因为RISC简化了指令系统，所以RISC上的目标程序比CISC上的目标程序短，并且程序的执行时间更短。19()在存储系统中，地址映射和地址转换之间没有区别。20()回写方法在满足缓存和主内存之间的一致性方面优于直写方法。21()缓存组关联图像的块冲突概率高于直接图像。22 ()高速缓存被LRU取代。当分配给程序的缓存容量不变时，块大小会增加，缓存命中率会先增加，然后逐渐降低。23()阵列处理器由多个处理器组成。24 ( )SIMD计算机的算法在很大程度上取决于机器的系统结构。25()解决多处理器缓存不一致的问题是基于链目录协议具有限制的优点(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是多少，这样三个部件改进后整个系统的加速比Sn可以达到10？(2)如果三个部件改进前的执行时间与整个系统的执行时间之比分别为30%、30%和20%，那么三个部件改进后系统的加速比是多少？未改进的组件执行时间在改进的系统执行时间中所占的比例是多少？27 (10分)一台模型机有7条指令，每条指令的频率分别为35%、25%、20%、10%、5%、3%和2%。(1)操作码的平均长度要求最短。请设计操作代码的代码，并计算设计操作代码的平均长度。(2)设计3条8字长的寄存器-寄存器型指令和4条16位字长的寄存器-存储器型索引寻址指令，索引范围不小于127。请设计指令格式，并给出每个字段的长度和操作码的代码。解决方案：因此，通过霍夫曼编码方法获得的操作码的平均长度是：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=2.3528 (10分钟)有一个4级管道，如下图所示：S1和S3段的执行时间为200纳秒，s 2和S4段的执行时间为100纳秒。如果S1瓶颈路段可以用细分法修正，S3瓶颈路段可以用平行法修正。对于修改后的流水线，分别用公式和时空图计算了连续流入的4条指令的实际吞吐量和效率。29 (10点)将向量长度设置为64，Cray-1机上使用的浮点功能组件的执行时间分别为：加6拍，乘7拍，得到14拍的倒数近似值；从存储器中读取6拍，在寄存器中输入1拍，在启动功能中输入1拍。询问以下每个指令组，该组中的哪些指令可以链接？哪些指令不可链接？无法链接的原因是什么？计算每个指令组需要完成的节拍数。解决方案：(1)三个向量指令之间既没有源Vi冲突，也没有Vi读前写相关，也没有功能组件使用冲突，因此三个向量指令可以同时流水线化。向量指令集需要完全完成。最大(1 6(内存访问)1 64-1)，(1 6(浮点)1 64-1)，(1 7(浮点)164-1)=72拍。(2)在三个向量指令之间的功能组件的使用中没有冲突，但是在第一和第二向量指令与第三向量指令之间存在V2和V3的先写后读的相关性。只要第一向量指令比第二向量指令早一拍开始，第一和第二向量指令的第一结果元素可以同时链接到第三向量指令。(1 7(浮动)1) (1 6(浮动)1 64-1)=80(拍)。(3)第一向量指令和第二向量指令具有读前写V0相关性，这可以被链接。第三矢量指令和第二矢量指令之间的有效矢量寄存器V0的冲突只能是串行的。第三向量指令和第四向量指令在加法函数的使用上有冲突，它们只能是串行的。(1 6(内存访问)1 1 7(浮点乘法)1 64-1) (1 6(内存访问)1 64-1) (1 6(浮点乘法)1 64-1)=222(拍)。(4)四个向量指令依次具有先写后读的Vi相关性，但被动Vi冲突，在功能组件的使用上没有冲突。因此，这四个向量指令可以全部链接在一起用于流水线操作。(1 6(内存访问)1) (1 14(倒数)1) (1 (7浮点乘法)1) (1 6(浮点加法)1) 64-1=104拍在30 (10分钟)有一个5阶段流水线，每个阶段的执行时间为t，其保留表如下表所示。(1)列出禁止表F和冲突向量C(2)绘制管道调度状态图。(3)分别得到允许不等时间间隔调度和等时间间隔调度的两种最优调度策略，以及这两种调度策略的流水线最大吞吐率。(4)如果连续输入10个任务，找出实际吞吐率和加速率31 (10分钟)阵列机共有8个处理单元，从0到7相互连接