湘潭大学计算机系统结构课堂习题

1、11.模拟模拟a.用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统b.指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器列不同型号的机器2.仿真仿真a.用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法b.每条指令的平均时钟周期数每条指令的平均时钟周期数3.MIPSa.它表示每秒百万指令条数它表示每秒百万指令条数b.每秒百万次浮点操作次数每秒百万次浮点操作次数4.MFLOPSa.每秒百万次浮点操作次数每秒

2、百万次浮点操作次数b.计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现（请（请计算机计算机1班班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（一）单选题业（一）单选题21.想在系列机中发展一种新型号机器，你认为将想在系列机中发展一种新型号机器，你认为将CPU与主存之间的数据通路宽度由与主存之间的数据通路宽度由16位扩到位扩到32位，以加快主机内部信息的传送。可以考虑的，位，以加快主机内部信息的传送。可以考虑的，还是不行的？为什

3、么？还是不行的？为什么？ （请（请计算机计算机2班班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（二）业（二）31.假定我们将某一执行部件改进后速度提高假定我们将某一执行部件改进后速度提高10倍。改进后被改进部件执行时间占系统倍。改进后被改进部件执行时间占系统总运行时间的总运行时间的50%。则改进后，获得的加。则改进后，获得的加速比速比Sp是多少？是多少？（请（请计算机计算机1班班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交的同学，将本题答案写在纸条上，下

4、课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（三）业（三）41.假定我们将一执行部件的假定我们将一执行部件的40%改进后速度改进后速度提高提高10倍。则改进后，获得的加速比倍。则改进后，获得的加速比Sp是是多少？多少？（请（请计算机计算机2班班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（三）业（三）5 尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数字长p=6（不包括符号位

5、），阶码字长q=6（不包括符号位），为数基值rm=16，阶码基值re=2。对于规格化浮点数，用十进制表达式写出如下数据（还要写出16进值编码）。（1）最大尾数 （2）最小正尾数 （3）最小尾数 （4）最大负尾数 (请请计算机五班计算机五班的同学，将本题答案写在纸条的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名）名） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（四）业（四）6 尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数字长p=6（不包括符号位），阶码字长q=6（不包括符号位），为数基值rm=16，阶码基值re=2。对于规格化浮

6、点数，用十进制表达式写出如下数据（还要写出16进值编码）。 （5）最大阶码 （6）最小阶码 （7）最大正数 （8）最小正数 （9）最大负数 （10）最小负数 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（五）业（五）7 尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数字长p=6（不包括符号位），阶码字长q=6（不包括符号位），为数基值rm=16，阶码基值re=2。对于规格化浮点数，用十进制表达式写出如下数据（对于11项，还要写出16进值编码）。（11）浮点零 （12）表数精度（13）表数效率 （14）能表示的规格化浮点数个数 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（六）业（六）8 证明在浮点数的

7、字长和表数范围一定时，尾数基值rm 取2或4具有最高的表精度。（请（请计算机计算机5班班的同学，将本题答案写在纸条上，下的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（六业（六*）9 一台模型机共有7条指令，各指令的使用频度分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%，2%， (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。 (请请计算机五班计算机五班的同学，将本题答案写在纸的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、条上，下课

8、后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）学号、姓名，） 2006.3.16 课课 堂堂 作作 业（七）业（七）10课课 堂堂 作作 业（八）业（八） 一台模型机共有7条指令，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。设计8位字长的寄存器-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，变址范围不小于正、负127。请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。 (请请计算机五班计算机五班的同学，将本题答案写在的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名）学号、姓名） 2006.3.1911 一台计算机系统要求浮点

9、数的精度不低于10-7.2，表数范围正数不小于1038，且正、负数对称。尾数用原码、纯小数表示，阶码用移码、整数表示。(1) 设计这种浮点数的格式(2) 计算（1）所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。 课课 堂堂 作作 业（九）业（九）121、请回答下列问题:在许多早期处理机中,为什么采用微程序设计方法?为什么现代处理机较少采用该方法?2、按Cache地址映像的块冲突概率从高到低的顺序是( ).A、全相联映像 、直接映像、组相联映像B、组相联映像、直接映像、全相联映像C、直接映像、组相联映像、全相联映像D、全相联映像、组相联映像、直接映像（请（请计算机全体计

10、算机全体的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（十）业（十）13一、对于一个采用组相联映象方式和一、对于一个采用组相联映象方式和FIFO替换算替换算法的法的Cache，发现它的等效访问时间太长；为此，发现它的等效访问时间太长；为此，提出如下改进建议：提出如下改进建议： (1)增大主存的容量。增大主存的容量。(2)提高主存的速度。提高主存的速度。(3)增大增大Cache的容量。的容量。 (4) Cache的总容量和块大小不变，增大组的大小。的总容

11、量和块大小不变，增大组的大小。 请分析以上改进建议对等效访问时间有何影请分析以上改进建议对等效访问时间有何影响，其影响的程度如何？响，其影响的程度如何？ （请（请计算机六班计算机六班的同学，将本题答案写在纸条上，的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 课课 堂堂 作作 业（十一）业（十一）141、不属于堆栈算法的是( )A、FIFO算法 B、LFU 算法C、OPT算法 D、LRU算法2、与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（ ）A、访存页地址流 B、页面替换算法C、主存的容量 D、辅存的容量（请（请计算机三班计算机三

12、班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 2022-4-29 课课 堂堂 作作 业（十二）业（十二）15一、对于一个采用组相联映象方式和一、对于一个采用组相联映象方式和FIFO替换算法替换算法的的Cache，发现它的等效访问时间太长；为此，提，发现它的等效访问时间太长；为此，提出如下改进建议：出如下改进建议： (1)Cache的总容量和组大小不变，增大块的大小。的总容量和组大小不变，增大块的大小。(2)提高提高Cache的速度。的速度。 (3)Cache的总容量和块大小不变，增加组数。

13、的总容量和块大小不变，增加组数。 (4)替换算法由替换算法由FIFO该为该为LFU。 请分析以上改进建议对等效访问时间有何影响，请分析以上改进建议对等效访问时间有何影响，其影响的程度如何？其影响的程度如何？ （请（请计算机六班计算机六班的同学，将本题答案写在纸条上，的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，） 课课 堂堂 作作 业（十三）业（十三）16课课 堂堂 作作 业（十四）业（十四）1有有4个中断源个中断源D1、D2、D3和和D4，它们的中断优先级从高，它们的中断优先级从高到低分别是到低分别是1级、级、2级、级、3

14、级和级和4级。这些中断源的正常中断级。这些中断源的正常中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码见下所示，每个中断源屏蔽码和改变后的中断屏蔽码见下所示，每个中断源1位，位，共共4位屏蔽码（位屏蔽码（1表示该中断源被屏蔽，表示该中断源被屏蔽，0表示该中断源开表示该中断源开放）。当放）。当D1、D2、D3、D4这这4个中断源同时发出中断请求个中断源同时发出中断请求时，试画出处理机响应中断源的中断服务请求和实际运行时，试画出处理机响应中断源的中断服务请求和实际运行中断服务程序过程的示意图。中断服务程序过程的示意图。 （请（请计算机四班计算机四班同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班同学，将本题答

15、案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）级、学号、姓名，） 2022-4-29171、一个字节多路通道连接、一个字节多路通道连接D1、D2、D3、D4、D5共共5台，这些设备分别每台，这些设备分别每10s、30s、30s、50s和和75s向通道发出一次数据传送的服务请求。回答下向通道发出一次数据传送的服务请求。回答下列问题：列问题： (1)计算这个字节多路通道的实际流量和工计算这个字节多路通道的实际流量和工作周期。作周期。 (2)如果设计字节多路通道的最大流量正好如果设计字节多路通道的最大流量正好等于实际流量，并假定对数据传输率高的设备，通等于实际流量，并假定对数据传输率高的

16、设备，通道响应它的数据传送请求的优先级也高。道响应它的数据传送请求的优先级也高。5台设备在台设备在0时刻同时向通道发出第一次传送数据的请求，并在时刻同时向通道发出第一次传送数据的请求，并在以后的时间里按照各自的数据传输率连续工作。画以后的时间里按照各自的数据传输率连续工作。画出通道分时为各台设备服务的时间关系图，并计算出通道分时为各台设备服务的时间关系图，并计算这个字节多路通道处理完各台设备的第一次数据传这个字节多路通道处理完各台设备的第一次数据传送请求的时刻。送请求的时刻。(3)从时间关系图上发现什么问题？从时间关系图上发现什么问题？如何解决这个问题？如何解决这个问题？ 课课 堂堂 作作 业

17、（十五）业（十五）（请（请计算机五班计算机五班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名）学号、姓名） 2022-4-2918课课 堂堂 作作 业（十六）业（十六）1.设有下列流水线预约表：设有下列流水线预约表： 分别写出禁止表分别写出禁止表F、冲突向量、冲突向量C、画出状、画出状态转换图，求出最小平均延迟及流水线的最态转换图，求出最小平均延迟及流水线的最大吞吐率（假设流水线的时钟周期为大吞吐率（假设流水线的时钟周期为=20ns）。）。 1 2 3 4 S1 X X S2 X S3 X（请（请计算机六班计算

18、机六班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）级、学号、姓名，） 2022-4-2919 课课 堂堂 作作 业（十六业（十六*）1 设有设有5段流水线处理机的预约表如下：段流水线处理机的预约表如下：(1) 列出禁止等待时间和冲突向量集。列出禁止等待时间和冲突向量集。(2) 画出状态画出状态转换图，说明不引起流水线冲突的所有可能的启动转换图，说明不引起流水线冲突的所有可能的启动序列（循环）。序列（循环）。(3) 根据状态图列出所有简单循环。根据状态图列出所有简单循环。(4) 从简单循环中找出迫切循环。从简单

19、循环中找出迫切循环。(5) 使用此流水线使用此流水线时，列出可允许的最小恒定循环。时，列出可允许的最小恒定循环。(6) 该流水线的最该流水线的最大吞吐率是多少？大吞吐率是多少？(7) 如果使用最小恒定循环，则吞如果使用最小恒定循环，则吞吐率是多少？吐率是多少？ 1 2 3 4 5 6 S1 X X S2 X X S3 X S4 X S5 X X 请请计算机全体计算机全体同学，将本题答案同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名）写好班级、学号、姓名） 2022-4-2920课课 堂堂 作作 业（十七业（十七*）2.设有两个向量设有两个向

20、量A和和B,各有各有5个元素个元素,要在如下图所示的要在如下图所示的静态双功能流水线上静态双功能流水线上,计算向量积计算向量积 ,其中其中,1 2 3 5组成加法流水线组成加法流水线,1 4 5组成乘法组成乘法.又设每个流水线所经过的时间均为又设每个流水线所经过的时间均为 , 并设每并设每个部件的输出有足够寄存器存放中间结果个部件的输出有足够寄存器存放中间结果.请算出实请算出实际的加速比际的加速比.吞吐率和效率吞吐率和效率.iiiicbaxf)()(51t12354Xy21课课 堂堂 作作 业（十七业（十七*）1.设有两个向量设有两个向量A和和B,各有各有5个元素个元素,要在如下图所示的要在如

21、下图所示的静态双功能流水线上静态双功能流水线上,计算向量积计算向量积 ,其其中中,1 2 3 5组成加法流水线组成加法流水线,1 4 5组成乘法组成乘法.又设每个流水线所经过的时间均为又设每个流水线所经过的时间均为 , 并设每个并设每个部件的输出有足够寄存器存放中间结果。请算出实部件的输出有足够寄存器存放中间结果。请算出实际的加速比、吞吐率和效率。际的加速比、吞吐率和效率。iiibaBA51t12354Xy22课课 堂堂 作作 业（十七）业（十七） 一动态动态多功能流水线由个功能段组成，如下图所示。其中：S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，各个功能段时间

22、均为50ns。假定该流水线的输出结果可以直接返回流水线输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器。若按照最快的方式用该流水线计算： （1）请画出其处理过程的时空图。 （2）计算其实际吞吐率，加速比和效率。S1S2S3S4S5S612151iiiizyxf23课课 堂堂 作作 业（十八）业（十八）1、假设一条指令的执行过程分为、假设一条指令的执行过程分为取指令取指令、分析分析和和执行执行三段，每一段的时间分别为三段，每一段的时间分别为t、2t和和3t。在下列各种情况下，分别。在下列各种情况下，分别写出连续执行写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。条指令所需要的时间表达式。 (1) 顺序执行方式。顺序执

23、行方式。 (2) 取指令取指令、分析分析和和执行执行重叠。重叠。 请请计算机四班计算机四班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名）好班级、学号、姓名） 2022-4-2924课课 堂堂 作作 业（十九）业（十九） 1.写出写出16台处理机由台处理机由ILLIAC互连函数互联网络的互连函数互联网络的互联函数互联函数.给出任何处理机给出任何处理机PUi 与其它与其它处理机直接互连的处理机的编号的一般表达式。处理机直接互连的处理机的编号的一般表达式。 简答题简答题 (1)什么是什么是 MIPS (2)什么是什么是 虫

24、蚀寻径虫蚀寻径(wormhole) (3)向量处理机的结构有哪几种向量处理机的结构有哪几种?向量处理机性能向量处理机性能的常用技术有哪几种的常用技术有哪几种? 向量处理的方式有哪几种向量处理的方式有哪几种? (4)并行处理机的基本结构是什么？并行处理机的并行处理机的基本结构是什么？并行处理机的特点是什么？特点是什么？（5）多处理机的基本结构是什么？多处理机的主要）多处理机的基本结构是什么？多处理机的主要特点是什么？特点是什么？ (6) 什么是机群计算机系统什么是机群计算机系统 ？)150(i25课课 堂堂 作作 业（二十）业（二十） Pentium5的的CPU为为3.0G。 指令执行速指令执行速度为度为多少多少GIPS？，则？，则CPU取指令多少取指令多少GW/s,如果按一条指令平均需要两个数据如果按一条指令平均需要两个数据计算