2009-2010学年度第一学期2007级《计算机系统结构》期末考试试卷（A）（闭卷）姓名：学号：专业：（注：①考试时间为120分钟；②所有解答必须写在答题纸上。
）一、单项选择题（每小题3分，共30分）1．在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列（）设想是不行的?【A】新增加字符数据类型和若干条字符处理指令【B】将中断分级由原来的4级增加到5级【C】在CPU和主存之间增设Cache存贮器【D】将浮点数的下溢处理法由原来的恒置“1”法，改为查表舍入法2.对计算机系统结构来说，不透明的是（）。
【A】存储器采用交叉存取还是并行存取【B】CPU内部的数据通路的宽度是8位还是16位【C】采用浮点数据表示还是标志符数据表示【D】指令采用硬联逻辑实现还是微程序实现3．一个平衡的计算机系统，应该是（）。
【A】1MIPS的CPU速度【B】1MB的主存容量【C】1Mb/s的I/O吞吐率【D】A、B和C4、（）设计是现代计算机系统设计所采用的方法。
【A】由上往下【B】由下往上【C】由中间开始【D】上下同时开始5．当今微型机中实现软件移植最好的方法是（）。
【A】系列机【B】兼容机【C】仿真技术【D】统一高级语言6、不能够对向量数据结构提供直接支持的是（）数据表示。
【A】向量【B】堆栈【C】描述符【D】A和C7、采用整数边界存储技术，其主要目的是（）。
【A】节约主存空间【B】提高数据的访问速度【C】一个主存周期可取多条指令【D】一个主存周期至少可取到一条指令8、在指令的操作码编码方式中，优化实用的编码是（）。
【A】Huffman编码【B】等长编码【C】Huffman扩展编码【D】BCD码9、流水计算机中将指令Cache和数据Cache分开，主要是为了（）。
【A】提高存储系统的速度【B】增加主存容量【C】解决功能部件冲突【D】解决访存冲突10、当N=16时，能描述4组4元交换的函数是（）。
【A】C1+C2 【B】C0+C1 【C】C0+C2 【D】C2+C3二、（10分）在采用通用寄存器指令集结构的计算机上得到了如下所示的数据：假若编译器优化后能去掉50%的ALU指令，但不能去掉其它三类指令。
求优化后的MIPS 与优化前的MIPS速率比。
三、（10分）设某机器系统指令字长12位，每个操作码和地址均占3位，试提出一种分配方案，使该指令系统有4条三地址指令，8条二地址指令和180条单地址指令。
四、（10分）设通道在数据传送期中，选择设备需4.9μS，传送一个字节数据需0.lμS。
（1）其低速设备每隔250μS发出一个字节数据传送请求，问最多可接多少台这种设备？（2）若有A～E共5种高速设备，要求字节传送的间隔时间如下表所示，其时间单位为μS。
若一次通信传送的字节数不少于1024个字节，问哪些设备可挂在此通道上？哪些则不能？五、（10分）有一非线线性流水线预约表如下。
（1）求平均延迟最小的最佳调度方案；（2）画出按最佳方案之一连续输入3个任务的时空图。
六、（10分）有一四段线性流水线,每功能段延时时间分别是：△t1=△t3=△t4=△t0, △t2=3△t0。
若在这个流水线上执行40个任务。
求实际吞吐率、效率和加速比。
七、（10分）N=8个结点的三级立方体网络如下图所示。
当K1=0时，试说明输入4号结点不能实现和哪些输出结点相连？12 0 12八、（10分）在8个PE 构成的双向环互连的并行处理机中，计算点积 S=∑=⨯ni iib a 1(n=8)所需要的时间。
设初始化时将A,B 各分量已分配到各PE 中，且设相邻处理单元之间传送一次数据需要时间△t ，完成一次加法需要时间2△t ，完成一次乘法需要时间4△t 。
（全部试题完）武汉大学计算机学院2009-2010学年度第二学期2007级 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ）参考答案一、（每小题3分，共30分） [解]：1-10：BCDCA BDCDB 二、（10分） [解]：K 0K 1K 2C 0C 2C 1C 39.01.73.571101066≈==⨯⨯⨯=new old c old new c old newCPI CPI R CPI CPI R MIPS MIPS三、（10分） [解]：000 ××× ××× ××× 011 ××× ××× ××× 100 000 ××× ××× 100 111 ××× ××× 101 000 000 ××× 101 111 111 ××× 110 000 000 ××× 111 110 011 ×××四、（10分） [解]：（1）低速设备应接字节多路通道所以，n ≤50台，即最多可接50台 （2）根据题意，此通道为选择通道其中，n ≥1024，应使¦select ·i≤¦max·select，由此可得出通道工作周期为：T≈0.1014(us) 所以，只有A 、C 、D 、E 可挂在此通道上，B 则不行。
五、（10分）64+116=18025011.09.411.max ⨯≥+=+=n T T f D s byte nnS T D Tselect f 9.41.011.max ++==[解]：（1）状态图略。
最佳调度方案为（3）和（1，5） （2）输入3个任务时空图略。
六、（10分） [解]：七、（10分）[解]：不能与输出的2、3、6、7结点相连。
八、（10分）[解]：需要8次乘法，7次加法； 共14△t计算机系统结构姓名： 学号：一、名词解释（每题3分，共15分）1. Cache 2:1 经验规则 3. 同构型多处理机 5. 堆栈型机器2. 计算机体系结构 4. 通道处理机)(175ns540355ns8)43(5384TP MIPS =⨯=⨯⨯+++⨯=tt t t t TP j ∆=∆⨯+∆=∆-+∆=12340339640)140(640%8.481234640≈∆⨯∆⨯=ttE 95.1123640≈∆∆⨯=ttS P二、填空（每空1分，共20分)1.设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。
2.存储器层次结构设计技术的基本依据是程序的（）。
3.相联度越高，（）失效就越少；（）失效不受Cache容量的影响，但（）失效却随着容量的增加而减少。
4.在虚拟存储器中，一般采用（）地址映象方法和（）更新策略。
5.计算机系统中提高并行性的技术途径有（）、（）和（）三种。
在高性能单处理机的发展中，起主导作用的是（）。
6.在处理机中，若指令序列完成的顺序总是与它们开始执行的顺序保持一致，则只可能出现（）相关,否则就有可能出现（）、（）和（）相关。
7.对向量的处理有（）方式、（）方式、（）方式。
三、简答题（每题6分，共24分）可编辑1.任写出三种Cache的优化技术，并简述其基本思想。
2.在指令集结构设计中，应该考虑哪些主要问题？3.数据相关有哪几种类型？解决数据相关有哪些主要方法？4.试以系列机为例，说明计算机体系结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。
四、计算题1. 给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。
由计算结果能得出什么结论？（1）理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2 ns，平均每条指令访存1.4次。
（2）两者Cache容量均为128 KB，块大小都是32字节。
（3）组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10%。
（4）这两种Cache的失效开销都是80 ns。
（5）命中时间为1个时钟周期。
（6）128 KB直接映象Cache的失效率为1.0%，128 KB两路组相联Cache的失效率为0.7%。
（15分）可编辑2. 计算机系统字长64位，包含三个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接了两台磁盘机和三台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机、10台终端，假定各设备的传输率如下：磁盘机：600 KBps，磁带机：200 KBps，行打机：6.6 KBps，读卡机：1.2 KBps，终端：1 KBps。
计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。
（6分）3. 某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。
（5分）4. 动态多功能流水线由6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，各个功能段时间为：s1、s3、s4、s6为△t，s2、s5为2△t，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够地缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∏（Ai＋Bi）（其中i＝1..4，∏为连乘符号）（1）画出其处理过程的时空图。
可编辑（2）计算其实际的吞吐率和效率。
（15分）2003~2004学年度第2学期《计算机系统结构》试题A答案一、填空题：（）1．由软件实现的机器称为虚拟机器；由硬件和微程序（固件）实现的机器称为实际机器。
2．软件和硬件在逻辑上是等效的。
3．由于软、硬件紧密相关，软硬界面常常是模糊不清的。
4．计算机组成设计主要是围绕：1.提高速度，2.提高操作的并行度、重叠流水，3.分散功能，4.设置专用功能部件来进行。
5．具有相同“系统结构”（如指令系统相同）的计算机可以因为速度要求等因素的不同而采用不同的组成。
6．一种“计算机组成”可以采用多种不同的“计算机实现”。
7．“计算机组成”反过来也会影响“系统结构”。
8．计算机系统结构设计的主要任务是：进行软、硬件的功能分配。
可编辑9．计算机系统设计，从多级层次结构出发，可以分为：由上往下、由下往上和从中间开始三种不同的设计思路。
10．计算机应用可以归纳为向上升级的四类它们分别是：（1）数据处理（Data Processing）。
（2）信息处理（Information Processing）。
（3）知识处理（Knowledge Processing）。
（4）智能处理（Intelligence Processing）。
二、简答题：1 ．计算机实现（Computer Implementation）？:是指计算机组成的物理实现，包括：处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。