计算机系统结构综合题

计算机系统结构综合题1.一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下表：(1)采用最优Huffman编码法（信息熵）计算这10条指令的操作码最短平均长度。(2)采用Huffman编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法（信息熵）相比的操作码信息冗余量。将得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(3)采用2/8扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(4)采用3/7扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。[解答]0.020.030.020.030.040.050.080.080.10.150.200.250.050.090.130.170.230.320.430.571.0001000000011111111指令序号出现的概率Huffman编码法2/8扩展编码法3/7扩展编码法I10.25000000I20.20100101改进的百分比：5.在一台单流水线多操作部件的处理机上执行下面的程序，取指令、指令译码各需要一个时钟周期，MOVE、ADD和MUL操作各需要2个、3个和4个时钟周期。每个操作都在第一个时钟周期从通用寄存器中读操作数，在最后一个时钟周期把运算结果写到通用寄存器中。k： MOVER1，R0 ；(R1)←(R0)k十1： MULR0，R2，R1 ；(R0)←(R2)×(R1)k十2： ADDR0，R2，R3 ；(R0)←(R2)十(R3)⑴就程序本身而言，可能有哪几种数据相关?⑵在程序实际执行过程中，有哪几种数据相关会引起流水线停顿?⑶画出指令执行过程的流水线时空图，并计算执行完这三条指令共使用了多少个时钟周期。[解答]（1）k,k+1之间在R1上发生RAW，在R0上发生WAR；

k+1,k+2之间在R2上发生RAR，在R0上发生WAW；

k,k+2之间在R0上发生WAR（2）k,k+1之间在R1上发生RAW有冲突，在R0上发生WAR无冲突；

k+1,k+2之间在R2上发生RAR无冲突，在R0上发生WAW有冲突；

k,k+2之间在R0上发生WAR无冲突。（3）写R1写R0写R0取R0取R1R2取R2，R3t1t2t3t4t5t6t7t8 流水线中使用了7个周期。加上取指令、指令译码各需要的一个时钟周期，共使用了9个时钟周期。6.某机有16个向量寄存器，其中V0→V5中分别存放有向量A、B、C、D、E、F，向量长度均为8，向量各元素均为浮点数；处理部件采用两个单功能流水线，加法功能部件时间为2拍，乘法功能部件时间为3拍。采用链接技术，先计算(A＋B)×C。在流水线不停流的情况下，接着计算(D＋E)×F。求此链接流水线的流过时间为多少拍?(设寄存器入、出各需1拍)假如每拍时间为50ns，完成这些计算并把结果存进相应寄存器，此处理部件的实际吞吐率为多少MFLOPS?[解答]（1）(A＋B)与×C链接，流水线流过时间：（1+2+1+1+3+1）=9拍；(D＋E)可以在（A+B）完成时进入加法流水线，和×C并行工作，×F可以和（D+E）链接，但是必需在×C完成之后才能进入乘法流水线。（D+E）得到第一个结果是在：（1+2+1）+（8-1）+（1+2+1）=15拍时；×C完成是在：（1+2+1+1+3+1）+（8-1）=16拍时。因此是在17拍时开始计算×F，第一个结果出现的时间是：16+（1+3+1）=21拍。（2）计算全部完成所化的时间是：21+（8-1）=28拍*50ns/拍=1400ns。总共进行的浮点运算是16次加法和16次乘法，实际吞吐率为：32/1400ns=32/1.4MFLOPS=22.85MFLOPS。7.画出16台处理器仿I11iacIV的模式进行互连的互连结构图，列出PE0分别只经一步、二步和三步传送就能将信息传送到的各处理器号。[解答]答：见下图，其中0表示PE0，1表示PE1…PE0经过一步可到达：1,4,12,15；经过二步可到达：2，5，13，8，3，11，14；经过三步可到达：6，7，9，10。8.画出用2×4交叉开关组成一个2级的4×16交叉开关网络，其设备量比单级4×16的交叉开关节省多少设备？并说明它是一个阻塞型