2023年电子科技大学成都学院计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷A(含答案)

2023构》科目期末试卷A〔有答案〕一、选择题1、块冲突概率最高的Cache地址映象方式是( A.段相联B.组相联C.直接2、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是〔〕“执行”指令“访管”指令D“测试与置定”指令3、对系统程序员不透亮的应当是〔〕A.CACHE存储器B.系列机各档不同的数据通路宽度C.指令缓冲存放器D.虚拟存储器4、流水机器对全局性相关的处理不包括( A.猜测法B.提前形成条件码C.加快短循环程序的执行D.设置相关专用通路5、从计算机系统构造上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是( A.计算机软件所要完成的功能B.计算机硬件的全部组成C.编程要用到的硬件组织D.计算机各部件的硬件实现6、利用时间重叠概念实现并行处理的是( 。A.流水处理机B.多处理机C.并行〔阵列〕处理机D.相联处理机7、传统机器语言机器级，是用〔〕来〔〕机器指令。硬件，翻译编译程序，翻译C.微指令程序，解释D.微指令程序，翻译8、推出系列机的机器，不能更改的是〔〕。原有指令的寻址方式和操作码系统总线的组成C.数据通路宽度D.存储芯片的集成度9、在系统构造设计中，提高软件功能实现的比例会( A.提高解题速度B.削减需要的存贮容量C.提高系统的灵敏性D.提高系统的性能价格比10、除了分布处理、MPP和机群系统外，并行处理计算机按其根本构造特征可分为流水线计算机，阵列处理机，多处理机和〔〕四种不同的构造。A.计算机网络B.把握流计算机C.机群系统D.数据流计算机11、微指令由〔〕直接执行。A.微指令程序B.硬件C.汇编程序D.编译程序12、浮点数尾数基值rm=8，尾数数值局部长6位，可表示的规格化最小正尾数为( A.0.5B.0.25C.0.125D.1/6413、以下关于标量流水机的说法不正确的选项是〔〕A.可对标量数据进展流水处理B.没有向量数据表示C.不能对向量数据进展运算D.可以对向量、数组进展运算14、Cache存贮器常用的地址映象方式是( A.全相联映象B.页表法映象C.组相联映象15、非线性流水线是指()一次运算中使用流水线中的多个功能段一次运算中要屡次使用流水线中的某些功能段C.流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同D.流水线的各个功能段在各种运算中有不同的组合二、填空题16、浮点数阶码位数影响数的可表示 大小，尾数位数影响数的可表示 小。17、直接网络可分为3类： 和 、超立方体网络。18、就目前的通用机来说，计算机系统构造的属性主要包括数据表示， 存放器组织， ，存储系统。19、解决Cache与主存不全都性的方法有 和 20、向量指令可分为 和 21、Amdah1等人在1964年把系统构造定义为：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即 和 。22、三级存储系统是 、 、磁盘存储器。23、Cache存贮器承受组相联的映象规章是组间 映象，组内各块间 映象。24、多功能流水线各功能段同时可按不同运算或功能联接工作，称此流水线为 水线。25、Cache存贮器是为解决主存 满足不了要求进展出来的。三、推断题26RAND。〔〕27、计算机仿真用微程序解释，计算机模拟用机器语言解释。〔〕28、多处理机中，两个程序段之间假设有先写后读的数据相关，则不能并行，但任何状况下可以交换串行。〔〕29、指令的重叠解释，既可加快程序的解释，又能加快指令的解释。〔〕30、Cache组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。〔〕31、系统是否设浮点运算指令，对计算机系统构造是透亮的。〔〕32、超长指令字〔〕VLIW〕构造是将水平型微码和超标量处理两者相结合。〔〕33LRUCacheCache容量确定时，块的大小增大，Cache的命中率将先上升，到确定时候又会渐渐降低。〔〕34、CacheCacheCache容量来解决。〔〕35、主存空间数相关是相间隔的两条指令之间消灭对主存同一单元要求先写而后读的关联。〔〕四、名词解释36、耦合度：37、资源共享：38、细粒度多线程技术：39、部件级流水线：40、写后读冲突：41、强制性失效：五、简答题42Tomasulo算法的根本思想。43CacheI/O操作时，会产生哪些数据不全都问题？如何抑制？44、试用实例说明计算机系统构造、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。45、机群系统有什么特点？46、指令的执行可承受挨次执行、重叠执行和流水线三种方式，它们的主要区分是什么？各有何优缺点。六综合题47CRAY-14条向量指令〔括号中给出了相应功能部件的执行时间〕，假设向量存放器和功能部件之间的数据传送需要1拍，试求此链接流64，则需多少拍才能得到全部结果？V0←存储器 中取数：7拍〕V2←V0+V1 〔向量加：3拍〕V3←V2<A3 〔按〔A3〕左移：4拍〕V5←V3∧V4 〔向量规律乘：2拍〕4816V0~V5中分别放有向量A、B、C、D、E、F8，向量各元素均为浮点数；处理部件承受两条单功能流水线，加法功23CARY-1的链接技术，先计算〔A+B〕*C，在流水线不停流的状况下，接着计算〔D+E〕*F。求此链接流水线的通过时间？〔设存放器入、出各需1拍〕50ns，完成这些计算并把结果存进相应存放器，此处理部件的实际MFLOPS？49N=8Omega8个处理机〔P0~P7〕，8个处理机的输出端Omega80~7，8个处理机的输入端分别依序连接Omega80~7P6要把数据播送给处理机P0~P4，处理机P3要把数据播送给处理机P5~P7，那么，Omega网络能否同时为它们的播送要求实现连Omega网络的开关状态图。50、在伪相联中，假设在直接映象位置没有觉察匹配，而在另一个位置才找到数据〔伪命中〕时，不对这两个位置的数据进展交换。这时只需要1个额外的周期。假设失效开销为50个时钟周期，2KBCache9.8%，27.6%；128KBCache1.0%，20.7%。推导出平均访存时间的公式。利用〔1〕2KBCache128KBCache，计算伪相联的平均访存时间。参考答案一、选择题、【答案】C、【答案】C3、【答案】D4、【答案】D、【答案】C6、【答案】A、【答案】C8、【答案】A、【答案】C10、【答案】D、【答案】B、【答案】C、【答案】C、【答案】C、【答案】B二、填空题1617181920、【答案】基于存放器--存储器的向量指令21222324、【答案】动态25、【答案】速度三、推断题26、【答案】对27、【答案】对28、【答案】错29、【答案】错30、【答案】错31、【答案】错32、【答案】对33、【答案】错34、【答案】对35、【答案】错四、名词解释36、答：反映多机系统中各计算机之间物理连接的严密程度和交互作用力气的强弱。37、答：这是一种软件方法，它使多个任务按确定时间挨次轮番使用同一套硬件设备。38、答：细粒度多线程技术是一种实现多线程的技术。它在每条指令之间都能进展线程的切换，从而使得多个线程可以交替执行。通常以时间片轮转的方法实现这样的交替执行，在轮转的过程中跳过处于停顿的线程。39、答：把处理机中的部件进展分段，再把这些部件分段相互连接而成。它使得运算操作能够按流水方式进展。这种流水线也称为运算操作流水线。40ij，且ij之前进入流水线，指令j用到指令i的计算结果，i将结果写入存放器之前就去读该存放器，因而得到的是旧值。41Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。五、简答题42、答：核心思想是：RAW冲突的可能性减小到最少；WARWAW冲突。存放器换名是通过保存站来实现，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作数。根本思想：只要操作数有效，就将其取到保存站，避开指令流出时才到存放器中取数据，这就使得马上执行的指令从相应的保存站中取得操作数，而不是从存放器中。指令的执行结果也是直接送到等待数据的其它保存站中去。因而，对于连续的存放器写，只有最终一个才真正更存放器中的内容。一条指令流出时，存放操作数的存放器名被换成为对应于该存放器保存站的名称〔编号〕。43、答：〔1〕CPUI/O系统从存储器中取出来的是陈旧数据。〔2〕I/OCacheCPU使用的可能就会是陈旧数据。Cache解决。I/OcacheCache中相应的数据。44、答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统构造。确定主存周期、规律上是否承受并行主存、规律设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。计算机组成是计算机系统构造的规律实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系构造可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。45、答：〔1〕系统开发周期短。由于机群系统大多承受商品化的PC机、工作站作为结点，并通过商用网络连接在一起，系统开发的重点在于通信子系统和并行编程环境上，这大大节约了研制时间。PC机或工作站，某个结点的失效并不会影响其它结点的正常工作，而且它的任务还可以传递给其它结点完成，从而有效地避开由于单结点失效引起的系统牢靠性降低的问题。可扩放性强。机群的计算力气随着结点数量的增加而增大。这主要是得益于机群构造的灵敏性，由于结点之间以松耦合方式连接，机群的结点数量可以增加到成百上千。另外，机群系统的硬件简洁扩大和替换，可以灵敏配置。性能价格比高。由于生产批量小，传统并行计算机系统的价格均比较昂贵，往往要几百万到上千万美元。而机群的结点和网络都是商品化的计算机产品，能够大批量生产，本钱相对较低，因而机群系统的性能价格比更好。与一样性能的传统并行计算机系统相比，1～2个数量级。用户编程便利。机群系统中，程序的并行化只是在原有的C、C++Fortran串行程需适用的环境。46、答：指令的挨次执行是指指令与指令之间挨次串行。即上一条指令全部执行完后，才能开头执行下一条指令。优点：把握简洁，节约设备。缺点：执行指令的速度慢，功能部件的利用率低。指令的重叠指令是在相邻的指令之间，让第kk+l条指令同时进展。重叠执行不能加快单条指令的执行速度，但在硬件增加不多的状况下，可以加快相邻两条指令以及整段程序的执行速度。与挨次方式相比，功能部件的利用率提高了，把握变简洁了。指令的流水执行是把一个指令的执行过程分解为假设干个子过程，每个子过程由特地的功能部件来实现。把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，每个子过程与其它的子过程并行进展。依靠提高吞吐率来提高系统性能。流水线中各段的时间应尽可能相等六综合题47、解：通过时间就是每条向量指令的第一个操作数执行完毕需要的时间，也就是各功能流水线由空到满的时间，具体过程如以以下图所示。要得到全部结果，在流水线布满之后，向量中后继操作数连续以流水方式执行，直到整组向量执行完毕。访存访存存储器V0V1V2V3V4V5向量加左移辑乘A3T通过＝〕＋〕＋〕＋〕3拍〕T T ＋6〕266拍〕总共48、解：〔1〕A＋BV6中，〔A＋B〕×C地最终结果V7中，D＋EV8中，〔D＋E〕×FV9中。具体实现参考以以下图：V0AV0AV1BV6V2CV7向量加向量乘V3DV4EV8V5FV9通过时间应当为前者〔〔A＋B〕×C〕通过的时间：T(1+2+1)+(1+3+19〔拍〕〔2〕在做完〔A＋B〕×C之后，作〔C＋D〕×E就不需要通过时间了。V6←A＋BV7←V6×CV8←D＋ETT＋84拍1200(ns)TP

3226.67MFLOPSTV9←V8×F49、解：Omega2×24种状态：直送、穿插、上播、下播。置换连接只使用直送和穿插状态，播送连接还需要使用上播和下播状态。分别画出实现处理机P6P3的播送连接要求使用的开关状态，假设没有开关状态和开关输出端争用冲突，就可以使用播送连接。实际上，它们的播送要求没有冲突，因此，可以同时实现，同时实现的Omega网络开关状态图如下所示。001122334455667750、解：不管作了何种改进，失效开销一样。不管是否交换内容，在同一“伪相联”组中的两块都是用同一个索引得到的，因此失效率一样，即：失效率 ＝失效率2 。伪相联 路cachecache的命中时间加上伪相联查找过程中的命中时间*该命中所需的额外开销。1命中时间 ＝命中时间 ＋