系统的结构课上练习1

1、应用语言机器1、从使用语言的角度，计算机系统的层次结构分为六级，其中最高层为（ 级）,最低层（微程序机器级）。2、汇编语言程序经（ A ）的（）转换成机器语言程序。A. 汇编程序，翻译C微指令程序，解释3、软件和硬件在（BA. 概念 B、逻辑B. 编译程序，解释D.应用程序包，翻译 ）上是等效的C、算法D、指令4、透明性是指客观存在的事物或属性（ D ）看不到。A。从软件角度B。从硬件角度C。从任何角度D。从某种角度5、.用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为（ C）A、仿真B。翻译C.模拟D解释从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？（书本课后题）指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生

2、器；条件码寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁 盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器。假设高速缓存 Cache工作速度为主存的 5倍，且Cache被访问命中的概率为 90%，则采用Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比？解：r=5， f=0.9=3 571 0.9 + 0.9/5'1、标志符数据表示将（ A）直接联系在一起。A、数据类型与数据本身B、数据表示与数据结构C、计算机系统结构与计算机组成D、高级语言语句与计算机组成2、数据表示指的是能由（A ）直接识别和引用的数据类型A硬件B软件C机器语言D数据结构3、浮点数中的阶码位数主要影响（A）A. 可表示数的范围

3、B.可表示数的精度C.计算机系统结构D.计算机组成4、浮点数中的尾数的位数主要影响（D )A.可表示数的数轴上分布的离散程度B. 可表示数的范围和精度C. 可表示数的范围D可表示数的精度p位，尾数采用rm5、在非负阶，正尾数，规格化的条件下，若机器数中阶码采用二进制进位制，则表示的最小值是（A ）A.1*rm-1B.1-1*rm-m ' C.rm-1 D.rm（2p-1）*（1-rm-m '）指令使用频度指令使用频度指令使丿ADD30%JOM6%CIL3%SUB24%STO7%CLA20%JMP7%SHR2%STP1%某台处理机的各条指令使用频度如下所示：（课本63页）1）请分

4、别设计这9条指令操作码的哈夫曼编码2）设计两种码长的扩展操作码设主存由8个存储体按低位交叉编址方式组成，主存容量1MB，Cache 容量 4KB，要求一个主存周期从主存取得一个块。采用全相联地址映像,联目录表的行数，比较位数，宽度和总位数。用相联目录表实现地址变换,求出相1、对于总线的集中式独立请求方式，若在总线上连接 数为（B ）A 3， B3*N C 2 *N +1 D log2N+22、对于总线的集中式串行链接方式，若在总线上连接 数为（A ）A 3， B3*N C 2 *N +1 D log2N+23、通常并行主存系统包括（A）A，单体多字，多体单字，多体多字B多体单字，多体多字，单体

5、单字C Cache 、主存、辅存D 主存、辅存。磁带例1:各级中断屏蔽位设置如下：N个部件，则总线控制器的控制线总N个部件，则总线控制器的控制线总中断级屏蔽位1开发0屏蔽1 00 002 10 113 10 004 10 101）当中断响应次序 1-2-3-4时，处理次序为？2） 所有中断响应需要 3个单位时间，当机器运行用户程序时同时发生 2, 3级中断请求，过 2个单位时间又同时发生第1, 4级中断请求1）字节多路通道，数组多路通道，选择通道一般用什么数据宽度进行通信？2） 如果通道选择设备需9.8us,传送一个字节数据需 0.2us,某低速设备每隔500us发一个字节 请求，问至多可接几

6、台这样的设备？3） 如下6台高速设备，一次传送字节数不少于1024，问那些设备可以挂在此通道上？设备名A BCDEF申请间隔时间0.20.250.50.190.40.213. 7 通道型I/O系统由一个字节多路通道A（其中包括两个子通道 A1和A2）、两个数组多路通道B1和B2及一个选择通道c构成各通道所接设备和设备的数据传送速率如图所示。通道号|所接设备的数据传进速率（kB/s）|字节多路子通A1 | |503520 20T5035I20 20通道A1子通翻|503520 201503520 20 |数组多路通道B；|500400350250 |数组多路通道B；|500400350250 |

7、选择通道u（1| 500400350I250 |别求出各通道应具有多大设计流量才不丢失信息;(1)分（2）设I / O系统流量占主存流量的 1/ 2时才算流量平衡，则主存流量应达到多少1、存储器的总容量 S是指（BA、存储单元数C、CPU访存空间大小2、并行主存系统（）。A、必须有多个存储体C、可以是一个存储体）。B、存储器的地址线数D、存放二进制总位数B、只需一个存储体D、不允许多个存储体3、采用组相联映象的 cache存储器，为了提高等效访问速度应（ C ）。A.增加主存容量（cache大小不变）B. 减少组的大小（块的大小不变）C.增加cache的块数（块的大小不变）D. 减少块的大小（

8、组的大小不变）4、 最容易实现的替换算法（A ）。A、FIFOB、LRUC、OPTD、堆栈法5、 与虚拟存贮器的等效访问速度无关的是（D ）。A、页地址流B、页面调度策略C、主存的容量D、辅存的容量6、为扩充访存空间且具有高的性能价格比，采用（ D ）。A、两级存储器B、增加主存容量C、多体存储器D、虚拟存储器7、为提高访存速度而又提高性能价格比，采用（ A ）。A、弓I入cache存储器B、直接提高主存速度C、引入虚拟存储器D、主存采用多体结构例：某虚拟存储器共8个页面，每页为1024个字，实际主存为 4096个字，采用页表进行 地址映像。映像表的内容如下1）列出会发生页面失效的全部虚页号2

9、）按以下虚地址计算主存实地址：0,3728,1023,1024,2055,7800,4096,6800实页号装入位31112030211001003、 在一个页式虚拟存储器中，采用FIFO算法进行页面替换，发现命中率H太低。以下建议对命中率有什么影响？1）增大辅存容量2）增大主存容量3）增大主、辅存的页面大小4）FIFO 改为 LRU5）FIFO改为LRU,同时增大主存容量（页数）6）FIFO改为LRU,同时增大主存页面大小4、 有一个Cache主存存储层次，主存共8块，Cache共4块，采用组相联映像，每组2块，LRU替换算法。1） 画出主存、Cache地址的各字段对应关系。2）画出主存、C

10、ache块的映像对应关系图;3）对地址流 使用情况；4）指出块失效同时块争用的时刻5）求出命中率。一、选择题B 、对指令要划分过程段且时间要完全匹配D、有两条或两条以上指令在不同过程段上重 叠执行1. 重叠控制方式（D ）。A、将两条指令同时处理C、对指令不用划分过程段2. 动态流水线是（A ）。A 在不同时刻可组成数条流水线B 、标量流水线C 不同时刻只能组成一条不同的流水线 D 、向量流水线3. 能顺利流水的关键是（C ）B 、要有相关发生D、只处理一个结果D ）。A、 一条指令分为几个过程段C、各过程段时间要匹配4. 数相关是指相邻指令之间需要（A、同一个功能部件C、同一个目寄存器B、同

11、一个源寄存器D、等待结果5. 能进行向量链接的必要条件是各向量指令之间（ A ）A、有相关B、无相关C、有功能部件冲突 D、有寄存器冲突时钟周期8.下图所示的时空图对应的处理机为： AIs1234I:L2:h123斗123斗12341234A.标量处理机B. 超标量处理机C. 超流水处理机D. 超标量超流水处理机三计算题（）1、一条流水线连接图如下所示，画出 200条指令连续通过该流水线的时空图, 并计算该流水线的加速比。（其中 Al-lffi-）（8分）辆入输出t=AttAstt=Att-At1 有一个乘-加双功能静态流水线，“乘”由1-2-3-4完成，“加”由1-5-4完成，各段延时均为/

12、 t,输出可直接返回输入或存入缓冲器缓冲，现要求计算 长度均为8的A,B两个向量逐对元素求和的连乘积8S=n （Ai+Bi）i=11）画出流水线完成此运算的时空图2）完成全部运算所需多少/ t，此期间流水线的效率是多少？2在下列不同类型的处理机上做向量运算：D=（A+B）*C,向量长度均为4,每个周期的时间为10ns。分别计算所需的最短时间，写出简要计算过程。（15分）1）.SISD单处理机，有一个通用运算部件，每 3个周期做完一次加法，或每4个 周期做完一次乘法。（5分）2）.流水线处理机，有一条两功能静态流水线，加法经过其中的3段，乘法经过其中的4段，每段的延迟时间均为一个周期。（5分）3

13、）.向量处理机，有独立的加法器和乘法器，加法器采用 3段流水线，乘法器采用4段流水线，每段的延迟时间均为一个周期，采用向量链接方式工作。（5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，在存储器读数 6拍，打入寄存器及启动功能部件各 1拍，问 下列各指令组内的那些指令可以链接？那些指令不可链接，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的拍数。1) V0 J存储器V1 J V2+V3V4 J V5*V62)V2 J V0*V1V3 J存储器V4 J V0+V33)V0 J存储器V2 J V0*V1V3 J V2+

14、V0V5 J V3+V44)V0 J存储器V1 J1/VOV3 J V1*V2V5 J V3+V4虚铝机器第3级虚拟机器第2级虚锁机器第T级实厢机器第0级实际器应用语言程席经应 包翻译成高级语言高级语言程序经漏锋程序翻译 粛汇编语言（或是某种中间语 言程序，或是机器语言程序）汇编语言程序经汇编程序 翻译咸机器语言程序般用机誥语言程序解释 作业控制语句由徵指令程序解释机器指令微指令由锁件盲接执行用程序程序系统结构、组成和实现三者的相互关系计算机体统结构是传统机器级的系统结构 组成是计算机系统结构的逻辑实现 实现是计算机组成的物理实现。1具有相同系统结构的计算机可以采用不同的组成，一种计算机组成可

15、以采用多种不同的 计算机实现；2采用不同的系统结构会使可以 采用的组成技术 产生差异，计算机组成也会影响系统结构；3种计算机系统结构，可以采用不同的组成4计算机组成的设计，其上决定于计算机系统结构，其下又受限于所用的实现技术，它的发 展促进了实现技术的发展，也促进了结构的发展；5计算机实现，特别是器件技术的发展是计算机系统结构和组成的基础，促进了组成与结构 的发展；6随着技术的发展，三者关系融合于一体，难以分开，在相互促进中发展。软件移植技术：统一高级语言，采用系列机，模拟和仿真。模拟是机器语言程序解释实现软件移植的方法仿真是微程序直接解释另一种机器指令系统的方法。可以同时进行运算或操作的特性

16、为并行性执行程序角度：指令内部，指令之间，任务或进程之间，作业或程序之间处理数据：位串字串，位并字串，位片串字并，全并行步鄹阶段：存储器操作并行（相联处理机），处理器操作步骤并行（流水线处理机），处理器操作并行（阵列处理机），指令任务作业并行（多处理机）途径：时间重叠，资源重复，资源共享计算机系统弗林分类：单指令流单数据流SISD （流水方式的单处理计算机），单指令流多数 据流SIMD （阵列处理机和相联处理机），多指令流单数据流 MISD （宏流水和脉动阵列流水 机），多指令流多数据流 MIMD （多处理机）复杂指令系统计算机 CICS是增强原有指令的功能以及设置更为复杂的新指令，取代原先由

17、软件子程序完成的功能。精简指令系统计算机 RISC减少指令种数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂程度，提高指令执行速度并行主存系统：单体多字和多体单字，多体多字中断系统需按事先确定的中断响应优先次序对优先级高的中断予以响应中断分类：机器校验中断，访管中断，程序性中断，外部中断，10中断，重新启动中断中断分级：机器校验第一级，程序性和管理程序调用为第二级，外部第三级，输入输出第四 级，重新启动最低级只有比它高一级的中断请求才能中断其处理，等响应和处理完后再继续处理原先的那个中断请求总线控制方式：串行链接需要 3根线，优先级线连固定，不能被程序改变，不灵活。，定时查询需要2+logN根，优先级可用

18、程序改变，灵活，独立请求方式需要2N+1，优先级可用程序改变，灵活存储体系是在构成存储系统的几种不同的存储之间，配上辅助，硬件或辅助硬件，使之从应用程序员来看，在逻辑上是一个整体。通道类型：字节多路通道，数组多路通道，选择通道二、each亡与虚存的比较基本原理相同（地址的映像、变换、替换算法）C ache虚存目标握髙主存速度扩大主存容量等效存储容量主存虚存等效存储速度Cache主存彌方法全硬件软件为主 硬件位辅透明性系统程序员和应用程序员应用程序员速度差距心倍不命中处理法等待主存任务切换分块大小快1几十B页 1-16KB'耳址映橡方法全相联，亶接相联*组相 联全相联影响命中率的因素有下

19、列几方面：（一）页面大小（二）主存容量（三）页面调度方式（四） 程序在执行过程中的页地址流分布情况（程序本身决定）（五） 所采用的页面替换算法（LFU）并行处理机（阵列处理机）:通过重复设置大量相同的处理单元PE,将它们按一定方式互连成阵列,在单一控制部件 CU控制下,对各自所分配的不同数据并行执行同一指令规定的操作性能阵列处理机流水线处理机1.冗余状况资源重复时间重叠2、程序处理同时性并发性3.设备利用率低高提高速度措施增大处理单元数缩短时钟周期5单兀连接方法简单规整的互 联网络一般连接6、归属机型专用计算机通用计算机7.与算法关系与并行算法关 系密切关系一般（二）Flynn分类法：单指令流

20、，单数据流（SISD）这就是一个单处理器；单指令流，多数据流（SIMD ）同一指令由多个处理器执行，这些处理器使用不同数 据流，有各自的数据内存（因此多数据），但共享一个指令内存和控制处理器（负责存取和发送指令）。处理器通常是专用的，不要求通用性；多指令流，单数据流（MISD）这种类型的商用机器目前尚未出现，今后也许有可能;多指令流，多数据流（MIMD ）每个处理器存取自己的指令，操作自己的数据。它们 通常就是普通的微处理器。3. 阵列处理机按看芝陽的组成方式可分为两种恂卅.分别为：分布式存urn 和棒中共享式*23,2指令系统发展的两种途径CISC,RISC()复杂指令集计算机(CISC)指

21、令系统庞大 硬件复杂、庞大= 执行速度低=编译程序复杂、长部分指令使用效率低(二)精简指令系统计算机(RISC)通过减少指令总数和简化指令的功能来降低硬件设计的复 杂程度，提高指令执行速度，使指令简单，有效可行.FENTIUM处理器二RISC特征：某些指令以硬连线来实现，并能在一个时钟周期执 tr完；CISC特征：用微代码实现，需要23个时钟周期的执行时间，有 多种寻址方式，多种指令长度,为数不多的通用寄存器。并行性开发的途径：时间重叠，资源重复，资源共享K孜据通踣寛度就是_JR掲总线上一次并行传送的信息位数2. 计算机仿翦用微程序_解释，计算机横拟用机器语官解秤3、降列处理机按存E醫的組咸肓

22、式可分为两种构形”分别为:_分布式存储器和_集中共拿或.4v按弗袜的观点计算机慕统可分为$ISD、 SIW、MISO和 MIMD四天类5.浮点数噩敷的下港处理方济有* JR斷海會入温恒畫1就誉褰會入济S流水喘消除速度瓶颈的方法有瓶颈子过程拆分_和瓶颈子过程_井两种.7. 具有相同杯系统结构押(如掏曹系统相同)的计掠机可以因为速度要求等因耒 的不同而来用_计算8在非罐性流水拔机器中，可能发生前議据相关有：先读后写相关.写写相关 和先写后读相关“8、互连网络的交换方法主要有瞬交换r包交换、綬路/包交换，SIMD互连网给塞采用_务处理机常采甬_包交换.範Cach臼存储器写損作时'只写入C&#

23、171;he,仅当需要块替换时，才将其写回主 存,称这种修改空存块内客的方法回法°6. 忡么捷软件的可移植性？软件不修改戒牙经少*改就可由一台机鶴移植到另一台机(B上运行7. 谓解課说明常用的4种基本单级互联网搐.立方协单扱网络PM2i网络.混洗交换单an». «i整单扱财蜡8. 什么噩中斷响应次序和处理决序？中斷响应次序是在同时发生峯彷不同种类的中斷请求时*中謝响应礙杵中排队瞬所决定 的响应次序.址理次序是各牛中斷悄求实际被处理完毕的耳序.«.隋tm存储廉魏和存帰体忝的区别.存储系«««爹种不同工艺的存储话粗织在一起，但从

24、逻辑上还不寵或为一个整体. 而存储体来就是从程隊员角度来各种不同工艺的存AHS在体.10.请说明一次重中靈用寄存看俎相关的处理办法.处理办法有推后读和设相关通踣r计尊机垂统结恂研宛的是什么？抵、件之间的功鏡分配取及对传城机级界直的孺定2. 计算机组成和计算机实现有什么关JS?计鼻机坦成指的是计算机系»a构的逻辑冥现.计算机实现抱的是计鼻机俎成的镇理实 现.卄算机组咸初计尊机实理关系密切有人将它们和秣为计鼻机实现.3. 件的发对系统结构的影响？語件的:WI!改娈了注辑设计的传统方法*需件的霞廉也使系统结构的-T«WM加快. 褂件的发IK还促进了算法"语盲和敦件的发N

25、L4. 解决计*41圭存与CPU曲速度差灣机性能的診前可采用轟些解抉方廉？设aCKhe.采用井行主存系统5. 简逑设计RISC结构楼用的墓本技术。（1）»«计和昶的一矗原则来设計（2）覆实現上釆用理联和（ft程序相皓合大工作寄存并采用直奇存HU口（4）措令用溉水和廷迟转移（5果用Cm血（6）优化设计12. 对系统程序员枣透明的应当星(B )扎Oaohe存储 B.虎拟存储E &冲寄存 D.敷据通踣贯度13. 全相联地址映是摘(A)扎任甸虎页都可羹入主存中任何实页的血乩一个虚页只羹进阖定的生芳实页世C.ffl±间固毎 组内任何虚贡可豪入任何实页位 D.组间可任

26、组内是固定爰入14. ( C 于MIWM统结构A.备处理单元同时受一节控制单元的管理B.各楚理单元同时受同单元送来的甫令 G禮轉合需处理机和备计算机系姣皿海列抵理机15，务辿理机上两C程序般之向若有先写后读的敷揖相关，Rl (B )人可以井行执行&不可能并行G任何Mt况均可交換車杼D.必須桁执行16. 惡列机就件必锁保证(G )扎甸前兼帛 井向上農窖飢向前兼部 并甸下嫌客G间后H毎 力耶向上第容D.向后聲容，力聲向下幕容17. 掃令执行结果出理异嶽引起的中範是(C )人入/軸出中斯 氐机寿校峻中斷 G程序性中斷D.井部中務 伯、在Cehe存储器中常用的地址映方式是(C )丸 全相联映敘

27、 氐 页喪法嗓象 G俎相联映象D,段页表映桑19. 组相联映CL LRUttft的Gh存护不證响 Ze命中率的是伯)A,增大块的大小乩增犬主#«B C,増大殂的大小D.増加3如中的块做20, 渣水处理机对金局性相关的扯理不包括(D)A.摘测法 艮提前舷成無件码G加快短窗环程序的执标D.设相芸童用連路10.I f O设取 I ! O嵐嫌后所传送数掲的静Vm 卄算序_解鼻计Kviwm用机器语有12. 固件皿量 - » A fl tt ft功儀的理悴13. 点，计鼻机系St可分为 £1 3_SIM)、MISD 和 KIND EQ 大类14. 譚点IMft的下港蛀理右法*h IK購法，會入冻恒1法，誉聚會入 法is,实耀软件務植的at*技术有 同一高虽齒宫，采相系列机横拟颍仿1