中南民族大学计算机系统结构试卷

2010年A卷 计算机系统的多层结构从高到低可以分为应用语言虚拟，操作系统机器级，传统机器级并行性包二重含义。系列机软件必须保证 兼容。20倍，而系统运行某一程序的整体性能提高到原来的5倍，则该程序中浮点操所占的比例。系统加速比。由软件实现的机器称。在一个计算机系统中，低层机器的属性高层机器的程序员往往是。1、高级语言虚拟机，汇编语言虚拟机，微程序机器级；2、 同时性， 并发性 ；3、向后；4、 84.2%5；5、虚拟机， 透明的 ；三、计算机系统有三个部件可以改进，这三个部件的加速比如下：部件1加速比＝6； 部件2加速比＝4； 部件3加速比 123020%3的可改2？（9分） 301012.5那么系统加速比是多少？（6分）（1）S

1)fii Si i i （3分） f

f 1S[1(f f f )] 1 2 3 1 2

S S S1 2 3

（1分） 0.3 0.2 f12(0.30.2f 3 （2分） 3 6 4 5f312.5% （3分）1S 1（2） f f f1(1fff) 2 31

（2分）1 2 31S1

S S S1 2 3

（1分）(10.30.10.125)0.30.10.1256 4 51S 0.5751四、假设某应用程序中有4类操作，通过该进，各操作获得了不同的性能提高。具体数据如下表所示：操作类型程序中的数量（百万条指令）该进前的执行时（周期）该进后的执行时（周期）操作11021操作2202010操作32041该进后，各类操作的加速比分别是多少？（3分）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？（6分）（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少（用加速比的定义求解）？（6分）该进后，各类操作的加速比分别是：2 20S 2 S1 1 4

10S 4 （1分）3 111单独改进后，程序获得的加速比是：1S 1f1

f/S1 1 1 （2分）10.040.04/21.02操作2单独改进后，程序获得的加速比是：1S 11f2

f/S2 2 1 （2分）10.80.8/21.67操作3单独改进后，程序获得的加速比是：1S 11f3

f/S3 3 1 （2分）10.160.16/41.1434（0分：1022020204S1012010201 （6分）2.17五、现有3段流水线，各段经过的时间依次为△t，3△t，△t，330（5分）330条（5分）通过对（1）,（2）两小题的计算比较可得出什么结论？（5分）TP n

（

为瓶颈段时间）mi1

t(n1)t ji jinmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]j当连续输入3条指令时3 3TP2

（1分）35t45%311t30条指令时30 15

（1分）TP 29305t392t

46t （1分）（1分）3个子段，每个子段均为tTP nmi1

t(n1)ti iinmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]i当连续输入3条指令时TP 3 32t 7t （1分）35t43%57t30条指令时

（1分）TP 30 155t29t 17t （1分）305t88%534t

（1分）结论：在流水线中，无论瓶颈段是否被消除2分线的指令越多时，流水线的实际吞吐率和效率才会提高。分）64CRAY-1机上所用浮点功能部件的执行时间分别为：6拍，相乘7拍，求倒数146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？哪些指令不能链接？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。V0←存储器V1←V2+V3V4←V5*V6 （7）V0←存储器V1←1/V0V3←V1*V2V5←V4+V3 （8）（1）3Vi冲突，也没有Vi的先写后读相关分（1分3分3需要最多的拍数即可。16163711616371 17163 7272拍。（4分）2）4Vi的先写后读相关（1分Vi功能部件的使用冲突（1分4水（2分。（1+6+1）+（1+14+1）+（1+7+1）+（1+6+1）+63=104（拍）（4分）Cache8个块组成0－7Cache4块。假设Cache1,24。如果CacheLRU1Cache（3）表1全相联映象的Cache使用过程Cache块0Cache块1Cache块2Cache3

3 1 5 2 6 5 4CacheH。（2）Cache2CacheCache用过程，并标出命中时刻。（3）表2直接映象的Cache使用过程访存块地址流3152654Cache0Cache1Cache2Cache3CacheH。（2）（1）表1全相联映象的Cache使用过程 （3分）访存块地址流3152654Cache01111114Cache12222222Cache23333666Cache3中55中55中5（2）H=3/7=43%（2分）（3）表2直接映象的Cache使用过程访存块地址流3152654Cache04Cache11155555Cache22222666Cache333中33中33中3（4）H=3/7=43%

（3分）（2分）2010年B卷存储器层次结构设计技术的基本依据是程序原理，它包含 两方面。伪相联既能获得 cache的命中率，又能保持 的命中速度。CPU中用来存储操作数的存储单元主要有寄存器。将计算机系统中某一功能的处理速度提高到原来的20倍但该系统的处时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此提高性能的方法后，能使整个系统的性能提高到原来倍。虚拟存储器采映像规则，写策略采。1、 局部性 ，时间局部性空间局部性；2、 多路组相联， 直接映像；3、 堆栈， 累加器 ；4、 1.61；5、 全相联，写回策略 ；三、计算机系统有三个部件可以改进，这三个部件的加速比如下：部件1加速比＝30； 部件2加速比＝20； 部件3加速比＝10； 1230310？（9分） 30％、30203少？（6分）（1）1S fi

)fiSi i i （3分） f f fS[1(fff)]123 1 2

S S S1 2 3 0.30.3ff 3 （3分） 3 30 20f 6536% （3分）3 180（2）[1(0.30.30.2)]Tp0.3T0.3T0.2T0.2T30 20 10 0.20.30.30.2

0.230 20 10 0.20.60.91.21260 60 60 60

0.82147 （6分）3具体数据如下表所示：操作类型程序中的数量（百万条指令）该进前的执行时（周期）该进后的执行时（周期）操作11021操作2202010操作32041该进后，各类操作的加速比分别是多少？（3分）各类操作的可改进比例分别是多少？（4分）（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少（用加速比的公式求解）？（8分）该进后，各类操作的加速比分别是：2S 2 （1分）2020S 2 （1分）S 4 （1分）3 1各类操作的可改进比例分别是：121f10220202012020

4% （1分）f 80% （1分）2 1022020204 20 f 16% （2分）3 102202020434（0分：1S

（3分）(1i

f)i Si i 114%16%80%4%80%16%2 2 4

（2分） 10.020.40.04 （3分）2.17五、现有3段流水线，各段经过的时间依次为△3t，△t，△2t，330（5分）采用重复设置瓶颈段的方式改进该流水线，改进后同时输入330条指令时分别计算其吞吐率和效率。（5分）通过对（1）,（2）两小题的计算比较可得出什么结论？（5分）TP n

（

为瓶颈段时间）mi1

t(n1)t ji jinmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]j当连续输入3条指令时3 3 1TP

6t2

12t

4t （1分）36t50%312t30条指令时30 10

（1分）TP

6t29

（1分）306t332个。TP n

（1分）mi1

t(n1)ti inmti i1

（1分）m[mtii1

(n1)t]i当连续输入3条指令时TP 38t

36t2t （1分）36t68t （1分）38%当连续输入30条指令时TP 306t29t 6

（1分）7t306t635t （1分）86%结论：在流水线中，无论瓶颈段是否被消除2分线的指令越多时，流水线的实际吞吐率和效率才会提高。64CRAY-1相加6拍，相乘7146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？哪些指令不能链接？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V2←V0*V1V3←V2+V0V5←V3+V4 （8）（2）V2←V0*V1V3←存储器V4←V2+V3 （7）（1）12V0（2分32V0突，它们之间只能串行（1分34功能部件的使用冲突，它们之间也只能串行（1分。（1+6+1）+（1+7+1）+63+（1+6+1）+63+（1+6+1）+63=222（拍）（4分）23条向量指令之间没有功能部件的使用冲突1分，但是第123V2V3的先写后读相关（1分211，213条向量指令中（1分。 711616380（拍） （4 61Cache8个块组成0－7Cache4块。假设Cache4,24。如果CacheLRU1Cache（3）表1全相联映象的Cache使用过程Cache块0Cache块1Cache块2Cache3

5 1 5 2 6 3 4CacheF。（2）Cache2Cache使用过程，并标出命中时刻。（3）表2直接映象的Cache使用过程访存块地址流 5152634Cache0Cache1Cache2Cache