系统分析师计算机组成与体系结构

1、 参考答案： C第 20 题：481216参考答案： A浮点数加法流水线运算器依次由减阶、对阶、 (21) 和尾结果规格化四 个部件组成。设每个部件处理时间 T相等， T=2ns。当处理两个浮点数向量和 Aiv/sub=Bvsubiv/sub+Civ/sub(i=O ，1，11)时，所需要的总 时间为 (22) ns，平均吞吐率为(23) 分量/ns，流水线加工效率为(24)。从开始算起，流水加工部件经过(25)ns，就能得到前七个分量的结果。第 21 题：减尾移位尾加阶加 参考答案： C第 22 题： TOC o 1-5 h z 1O2O3O4O第 23 题：0.10.20.30.4参考答案

2、： D第 24 题：0.10.20.30.8参考答案： D第 25 题：10203040参考答案： B第 26 题：下面关于超级流水线的论述中，正确的是 。超级流水线用增加流水线级数的方法缩短机器周期超级流水线是一种单指令流多操作码多数据的系统结构超级流水线配置了多个功能部件和指令译码电路，采用多条流水线并行处理超级流水线采用简单指令以加快执行速度参考答案： A采用流水线技术的CPU使用指令重叠的办法，即在一条指令还没有处理完时，就 开始处理下一条指令。 典型的流水线将每一条机器指令分成 5步，即取指、译码、 取操作数 （或译码 2） 、执行、回写。在理想条件下，平均每个时钟周期可以完成 一条

3、指令。而所谓“超级流水线处理”是将机器指令划分为更多级的操作，以减 轻每一级的复杂程度， 增加流水线级数来提高频率。 在流水线的每一步中， 如果 需要执行的逻辑操作少一些，则每一步就可以在较短的时间内完成。 对于 超级流水线结构，其中指令部件可以只有一套，也可以有多套独立的执行部件。 虽然每个机器周期只能流出一条指令，但它的周期比其他机器短。某计算机的cache采用相联映像，cache容量为16千字节，每块8个字，每 个字32位，并且将cache中每4块分为一组。若主存最大容量为 4GB&按字节 编址，则主存地址应为 (27) 位，组号应为 (28) 位。若 cache 的命中 率为 0.95

4、 ，且 cache 的速度是主存的 5 倍，那么与不采用 cache 相比较，采用 cache 后速度大致提高到 (29) 倍。第 27 题： TOC o 1-5 h z 24323640参考答案： B第 28 题：5678参考答案： C第 29 题：3.333.824.174.52参考答案： C内存地址从ACOOOH到C7FFFH共有 (30) K个地址单元，如果该内存 地址按字 (16bit) 编址，由 28 片存储器芯片构成。 已知构成此内存的芯片每片有 16K个存储单元，则该芯片每个存储单元存储(31) 位。第 30 题：96112132156参考答案： B第 31 题：481624参

5、考答案： AC7FFFFH-AC000H=1BFF,把 1BFFFH专换为 10 进制数得到 114687,再化为 K, 即114687/1024=112已知是内存地址按字(16bit)编址，则共有112KX 16位。 该内存由28片存储器芯片构成，每片有16K个存储单元，则该芯片每个存储单 元存储(112K X 16)/(28 X 16K)=4 位。计算机可以按照指令流和数据流来分为四类。 传统的顺序处理的计算机属于 (32) 类。其余三类都是计算机体系结构中发展并行性的产物，在处理器操作 级并行的并行处理机属于 (33) 类，在指令、任务级并行的多处理机系统属 于 (34) 类。多处理机系

6、统可以由多个处理机通过互联网络与共享存储器连 接构成，这类系统的互联网络的基本形式按其结构和设备由简到繁排序是 (35) ，按其系统传输率由高到低排序是 (36)。第 32 题： TOC o 1-5 h z MIMDMISDSIMDSISD参考答案： D第 33 题：MIMDMISDSIMDSISD参考答案： C第 34 题：MIMDMISDSIMDSISD参考答案： A第 35 题：多级互联网络、交叉开关结构、总线结构交叉开关结构、多级互联网络、总线结构总线结构、交叉开关结构、多级互联网络总线结构、多级互联网络、交叉开关结构参考答案： D第 36 题：多级互联网络、交叉开关结构、总线结构交叉

7、开关结构、多级互联网络、总线结构总线结构、交叉开关结构、多级互联网络多级互联网络、总线结构、交叉开关结构参考答案： B计算机可以按照指令流和数据流来分为 4 类，详细情况请参考试题 1 的分析。 传统的顺序处理的计算机是单指令流单数据流的，属于SISD类。有多个处理器可并行操作的并行处理机， 仍为单指令流， 但可有多数据流， 多个处理器由单 指令部件按照同一指令流的要求对分配给它们的不同数据进行操作，属于 SIMD 类。在指令、 任务级并行的多处理机系统则可同时执行多条指令流， 对多种数据 进行操作，属于MIMD类。多处理机系统中多个处理机间的互联网络可有多种不同的形式。 其中利用总线结构互联

8、设备最简单， 但因要分时使用总线， 所以 系统传输率最低。 多级互联网络的结构和设备相对于总线结构来说要复杂， 但其 系统传输率较高。 还有一种交叉开关结构， 相对前两种来说所需结构和设备最复 杂，但系统传输率最高。某流水线浮点加法器分为 5 级，若每一级所需要的时间分别是6ns、7ns、8ns、9ns和6ns,则此流水线的最大加速比为(37)。若每一级的时间均为7ns,则最大加速比为(38)。第 37 题：2.04.04.55.2参考答案： B第 38 题：4.15.05.66.2参考答案： B流水线技术把一件任务分解为若干顺序执行的子任务, 不同的子任务由不同的执 行机构负责执行, 而这些

9、机构可以同时并行工作。 在任一时刻, 任一任务只占用 其中一个执行机构,这样就可以实现多个任务的重叠执行,以提高工作效率。(1) 指令流水线计算机中一条指令的执行需要若干步,通常采用流水线技术来实现指令的执行，以提高CPU生能。典型的指令执行共分7个阶段：计算 指令地址，修改程序计数器PC取指，即从存储器中取出指令；指令译码： 计算操作数地址；取操作数：执行指令：保存结果。对指令执行阶段的 划分也可以把取指作为第一阶段, 其他阶段顺序前移, 而在最后一个阶段计算下 一条指令的地址。若假定指令执行的各个阶段的执行时间相同，都是一个周期。 执行一条指令就需要花费 7 个周期的时间。采用流水线技术以

10、后，当满负荷时， 每个周期都能从流水线上完成一条指令， 生能约改善到原来的 7 倍。实际上， 流 水线技术对生能的提高程度取决于其执行顺序中最慢的一步。 例如，在指令执行 的 7 个阶段中， 如果访问存储器需要 4个周期， 而其他操作只需一个周期， 一条 指令的执行共需访存三次再加上 4 个单周期的执行段，所以共需要 16 个周期。 采用流水线以后，由于受限于访存操作， 4 个周期才能完成一条指令的执行，因 此生能提高到原来的 4 倍。(2) 运算操作流水线 计算机在执行各种运算操作时也可以应用流水线技术来提高运算速度。 例如执行浮点加法运算， 可 以把它分成 3 个阶段： 对阶、尾数相加和结

11、果规格化。 流水线的 3 个阶段用锁存 器进行分割， 锁存器用来在相邻两段之间保持处理的中间结果， 以供下一阶段使 用。这样在满负荷时，该流水线可以同时处理 3 条浮点加法指令。流水线的关键之处在于重叠执行。 为了得到高的生能表现， 流水线应该满负荷工作， 即 各个阶段都要同时并行地工作。 但是在实际情况中， 流水线各个阶段可能会相互 影响，阻塞流水线，使其生能下降。阻塞主要由以下两种情形引起：执行转移指令和共享资源冲突。 (1) 转移指令的影响 通常在顺序执行指令的情况 下，当CPU取一条指令时，流水线的地址计算部件可以独立地把当前PC值加上当前指令长度来计算下一条指令的地址， 从而可以并行

12、地工作， 但是当流水线执 行一条转移指令时， 就会引起流水线的阻塞。 因为在该转移指令完成之前， 流水 线都不能确定出下一条指令的地址。 所以为了保证指令的正确执行， 必须把取指 段和指令地址计算段互锁。 在取出转移指令后， 立即锁住指令地址计算段， 直到 转移指令执行完成。 互锁阶段流水线处于等待状态， 不能满负荷工作， 因而性能 下降。 (2) 共享资源访问冲突 当多条指令以流水线方式重叠执行时， 由于可能会引起对共享的寄存器或存储器资源访问次序的变化， 因此将导致冲突， 这种情况又称为数据相关。为了避免冲突，就需要把相互有关的指令进行阻塞， 这样就会引起流水线效率的下降。 一般说来指令流

13、水线级数越多， 越容易导致数 据相关，阻塞流水线。 在流水线中，因为在同一时刻，有多个任务在重叠 地执行，虽然完成一个任务的时间与单独执行该任务相近 (甚至由于分段的缘故， 可能更多一些 ) ，但是从整体上看完成多个任务所需的时间则大大减少。由给定条件可知，如 果 不采用 流 水线方 式，则平均 一条指 定的执行时 间为 6+7+8+9+6=36ns而采用了流水线后，平均一条指定的执行时间为9ns(取五级中时间最长的那一级 ) ，因此最大加速比为 36/9=4。 若每一级的时间均为 7ns,则加速比为7X 5/7=5。编号为0、1、1、3、15的16个处理器，采用单级互联网络连接。当互 联函数

14、为Cube3时，11号处理器连接到(39) 号处理器上。若采用Shuffle互联函数，则 11 号处理器应连接到 (40) 号处理器上。第 39 题：2 TOC o 1-5 h z 379参考答案： B第 40 题：25711参考答案： C目前，除了传统的串口和并口外，计算机与外部设备连接的标准接口越来越多。例如， (41) 是一种连接大容量存储设备的并行接口， 数据宽度一般为32 位，且允许设备以雏菊链形式接入； (42) 是一种可热插拔的高速串行 设备接口， 也可允许设备以雏菊链形式接入；(43) 则用来连接各种卡式设备，已广泛使用于笔记本电脑。第 41 题：VESAUSBSCSIPCI参

15、考答案： C第 42 题：PCMCIAUSBSCSIEISA参考答案： B第 43 题： A.PCMCIAVESAEISAPCI参考答案： A根据外部设备与 I/O 模块交换数据的方式可以分为串行和并行接口两种。 串行接 口一次只能传送 1 位信息，而并行接口一次就可传送多位信息 ( 一般为 8 的倍 数) 。串行通信又可分为异步通信方式和同步通信方式两种。并行接口数据传输 率高，控制简单，通常用于高速数据通道接口；但是所需连线很多，不适于远距 离传送。串行通信连线少，适于长距离传送；但是控制复杂而且传输速度较慢。 常见的设备接口有以下几种： (1)ST506 接口 主要用于温盘， 结构简单，

16、 只完成磁盘信息的读写放大， 把数据的编码解码、 数据的格式转换等功能都留给 I/O模块处理。其传输速率为5Mb/s7Mb/s,最多可支持2个硬盘，最大支持盘 空间为 150MB。(2)ESDI 接口 一种通用的标准接口，不仅适用于小型温盘，还适用于磁带机和光盘存储器。 该接口除了完成信息的读写放大外， 还要完 成数据的编码解码。数据传输率 5Mb/s10Mb/s，最多可支持4个硬盘，硬盘空 间最大可达600MB(3)IDE接口分为普通IDE和增强型IDE(EIDE)接口。普通1DE数据传输率不超过1.5Mb/s，数据传输宽度为8位，最多可连接4个 IDE 设备，每个 IDE 硬盘容量不超过

17、528MB。 EIDE 接口数据传输率可达 12Mb/s18Mb/s，数据传输宽度32位，最多可连接4个IDE设备，每个IDE硬 盘可超过 528MB。(4)SCSI 接口 数据宽度为 8 位、16 位和 32 位，是大容量存储设备、音频设备和 CD-RO驱动器的一种标准。SCSI接口通常被看作是 一种总线，可用于连接多个外设，这些 SCSI设备以雏菊链(Mode daisy chain) 形式接入，并被分配给惟一的ID号(07)，其中7号分配给SCSI控制器。某些 SCSI控制器可以提供多达35个SCSI通道。SCSI设备彼此独立运作，相互之间 可以交换数据，也可以和主机进行交互。数据以分组

18、消息的形式进行传输。 (5)PCMCIA接口PCMCIA是一种广泛用于笔记本电脑的接口标准，体积小，扩展较方便灵活。最初PCMCIA要用于笔记本电脑扩展内存，目前常用作一种存 储器卡接口或进行fax/modem功能扩展接口。现在用PCMCIA弋表个人计算机储 器卡国际协会，而PCMCIA口更名为PC card接口。PC card接口具有以下特 点：电源管珲服务，允许系统控制 PC card 的工作状态 (开/ 关) ，支持 3.3V/5V 电压，可降低功耗，支持多功能卡、扩充卡的信息结构，以提高其兼容性，规定 了直接内存访问规范，增加了一个 32 位的 card bus 接口。 (6)P1394 串行 接口 是一种高速的串行总线，用以连接众多的外部设备。 P1394 有许多优于 SCSI等其他外设接口的特点：数据传输率高、价格低且容易实现，所以不仅应用 于计算