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武汉大学计算机学院《计算机系统结构》08级A卷B卷及答案

武汉大学计算机学院2010-2011学年度第一学期2008级《计算机系统结构》期末考试试卷(A)(开卷)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2分,共20分)1.设计一个计算机系统时,以下对系统结构透明的选择是()。

【A】数据总线是64位还是32位【B】指令的寻址方式是否由操作码指明【C】是否设置堆栈数据表示【D】I/O系统是采用通道还是外围处理机2.在有通道处理机的I/O系统中,用户通过()来向系统提出访问I/O设备的申请?【A】通道指令【B】中断指令【C】无链通道指令【D】广义指令3.RISC不采用的实现技术是()。

【A】重叠寄存器窗口【B】以微程序为主解释指令【C】优化延迟转移【D】以硬联逻辑为主解释指令4、编号为0—F的16个处理器采用PM2+3单级网络互连,第13号处理器连至第()号处理器。

【A】4 【B】5 【C】6 【D】75.流水计算机中采用“旁路技术”,可以解决()。

【A】RAR相关【B】WAR相关【C】RAW相关【D】WAW相关6、某I/O系统有两个选择通道,每个通道上都接有速率分别为500、450、600和500(KB/S)的四台设备。

则I/O系统的实际流量为()KB/S。

【A】450 【B】500 【C】600 【D】都不是7、“直接用微程序去解释另一台系统结构不同的机器的指令系统、以实现软件的移植”方法,这种技术是()。

【A】向前兼容【B】向后兼容【C】仿真【D】模拟8、在Pentium处理器中,流水线对转移指令的猜测技术是()。

【A】BHT 【B】BTB 【C】BTIB 【D】都不是9、在N个结点的混洗交换网络中,结点间的最大距离是()。

【A】n次交换【B】n次混洗【C】n次交换,n-1次混洗【D】n-1次交换,n次混洗10、德国时间2010年5月31日公布的第35届全球超级计算机TOP500排行榜中,我国星云超级计算机系统排名是()。

【A】第一【B】第二【C】第三【D】第四二、(10分)假设在一台40MHz处理机上运行180 000条指令的目标代码,程序主要由4种指令组成。

根据程序跟踪实验结果,已知指令混合比和每种指令所需的指令数如下表所示:(1)计算在单处理机上用上述数据运行程序的平均CPI。

(2)根据(1)所得CPI,计算相应的MIPS速率。

三、(10分)某模型计算机有7条指令,各指令使用频度分别为0.40,0.26,0.15,0.06,0.05,0.04,0.04。

试求出操作码的Huffman编码和扩展编码,并求其平均码长和信息冗余量。

(H=2.27)四、(10分)若某机要求有:三地址指令4条,单地址指令255条,零地址指令16条。

设指令字长为12位,每个地址码长3位。

问能否以扩展操作码为其编码?如果其中单地址指令为254条呢?说明其理由。

五、(10分)有一字节多路通道连接磁盘、磁带、打印机三个设备。

磁盘以20μs的间隔向控制器发DMA请求,磁带以25μs的间隔发DMA请求,打印机以40μs间隔发DMA请求。

字节多路通道选择设备的时间为4.5μs,传送一个字节需要的时间为0.5μs。

试问该通道能否正常工作?六、(10分)在如下图所示的流水线上依次输入5条指令,求其实际吞吐率和效率。

七、(10分)有一5功能段非线性流水线,预约表如下:(1)写出其禁止表和冲突向量,画出流水线调度状态有向图;(2)分别写出不等间隔调度和等间隔调度两种方案中的最优调度方案,平均延迟各是多少?(3)按不等间隔最佳调度方案连续输入5个任务,画出时空图。

八、(10分) 图(A)和(B)分别是N=8个结点的间接二进制n 方体多级网络和多级混洗交换网络。

分别在(A)、(B)图中要求同时实现PE5到PE0、PE7到PE1的连接,描述其路径。

如有阻塞则指明其路径上的开关号。

九、(10分)对于4×4矩阵 A 和B ,要求矩阵C=A ×B 。

试分析这一运算在以下不同结构的计算机上执行过程,如有必要,请描述数据存储分配情况。

(1)标量非流水线结构计算机 (2)CRAY-1型向量计算机 (3)ILLICA-Ⅳ阵列计算机 (全部试题完)0 1 2 3 4 5 6 7输出端0 1 23 4 5 6 7输入端 A BC DE FG HI LJK (A)AB CD EF GH ILJ K输入端0 1 2 34567 输出端 0 1 2 3 4 5 6 7(B)武汉大学计算机学院2010-2011学年度第一学期2008级《计算机系统结构》期末考试试卷(A )参考答案一、(每小题2分,共20分) [解]:1-10:ADDBC DCBCB 二、(10分)(评分:5+5) [解]: (1)CPI=2.22(2)MIPS ≈18.02三、(10分)(评分:4+3+3) [解]:编码和树(4分) L 哈=2.32(3分)R=(2.32-2.27)/2.32≈2.2%(3分) 四、(10分)(评分:4+3+3)[解]:不能。

(4分)当单地址指令为254时,可行。

(3分) 000 ××× ××× ××× 011 ××× ××× ××× 100 000 000 ××× 111 111 101 ××× 111 111 110 000 111 111 111 111(3分)五、(10分)(评分:4+3+3)[解]:T=4.5μs+0.5μs=5μs ,f max =200(KB /S )(4分)f byte =(1/20+1/25+1/40)×106=115(KB /S )(3分)< f max =200(KB /S )(3分)所以,该通道能正常工作。

六、(10分)(评分:时空图4+TP3+E3) [解]:(时空图略)tTP ∆=265%1.48264015≈∆⨯∆⨯=tt E七、(10分)(评分:4+3+3) [解]:(1)F={1,3,6},C=(100101),状态图略。

(2)最佳调度方案为(2,2,5)和(4),平均延迟分别为3、4 (3)输入5个任务时空图略。

八、(10分)(评分:5+5) [解]:(1) 间接二进制n 方体多级网络:PE5(101)→PE0(000),控制量为101,即第0级和第2级路径上的开关交换、第1级直连。

路径为: PE5→C 上→G 上→I 上→PE0 同理PE7(111)→PE1(001) 的控制量为110, 路径为: PE7→D 下→H 上→J 上→PE1。

无阻塞。

(2) 对于多级混洗交换网络:采用终端地址控制寻径算法,同时实现PE5到PE0、PE7到PE1的连接,路径如下: PE5→B 上→G 上→I 上→PE0PE7→D 上→G 上→I 下→PE1。

在开关G 上发生了阻塞。

九、(10分)(评分:4+3+3) [解]:(1)标量非流水线结构计算机乘法4×4×4=64次,加法4×4×3=48次。

(2)CRAY-1型向量计算机第一步:将A 、B 矩阵元素向量化成64个分量值。

第二步:用向量指令乘,结果存于某一向量寄存器中。

第三步:采用递归(累加)方法求C 矩阵的各分量值。

(数据分配存储略) (3)ILLICA-Ⅳ阵列计算机第一步: 将A 、B 矩阵元素分别广播给64个PE 的相同单元α和α+1单元。

第二步:所有PE 用指令乘,结果存于累加器中。

第三步:采用递归(累加)方法求C 矩阵的各分量值。

(数据分配存储略))(175ns 540355ns 8)43(5384TP MIPS =⨯=⨯⨯+++⨯=武汉大学计算机学院2010-2011学年度第一学期2008级《计算机系统结构》期末考试试卷(B)(开卷) 姓名:学号:专业:(注:①考试时间120分钟;②所有解答必须写在答题纸上。

)1.(15分)在时钟速率为40MHz的标量处理机上执行一个典型测试程序。

它的指令类型,指令条数和每条指令的时钟周期数如下表:试计算这个程序执行时的CPI,MIPS和Tcpu。

2.(10分)将IEEE754单精度浮点数3F880000H、C0A00000H转换成十进制数。

3.(15分)设一模型机有8条指令,它们的使用频度如下表所示。

请设计出指令的Huffman编码和只有两种码长的扩展操作码编码,求其平均码长和信息冗余量。

(已知H=2.35)4.(15分)设某程序包含5个虚页,其页地址流为4,5,3,2,5,1,3,2,2,5,1,3。

(1)为获得最高的命中率,至少应该分配给该程序几个虚页?其可能的最高命中率为多少?(2)假设在程序执行过程中每访问一个虚页,平均要对该虚页所在主存实页位置内的存储单元访问1024次,求访问主存存储单元的命中率。

5.(15分)现有3段流水线,各段经过时间依次为Δt,3Δt,Δt。

连续输入6个任务时,流水线的实际吞吐率、效率和加速比为多少?6.(15分)在三种类型(字节多路、数组和选择)的通道上各接有5台设备,每台设备需完成1024B数据传输。

请分别求出这三种通道完成所有数据传输的总时间。

(设T S=9.8us,T D=0.2us, K=512B。

其中,T S为通道选择设备的时间,T D为通道完成一个字节的传送时间,K为定长数据块大小)7.(15分)在一个5功能段的流水线处理机上需经9△t才能完成一个任务,各段执行时间均为△t,任务处理过程对各段使用时间的预约表如下所示。

(1)画出流水线的状态有向图,并由状态图得出流水线的最优调度策略。

(2)按最优调度策略输入6个任务,求流水线的实际吞吐率。

(全部试题完)武汉大学计算机学院2010-2011学年度第一学期2008级《计算机系统结构》期末考试试卷(B )参考答案1.(15分)解:()条5108000150003200045000=+++=N I55.108.0215.0232.0245.01)(1=⨯+⨯+⨯+⨯=⨯=∑=ni Ni i I I CPI CPI (5分)8.251055.1104010666≈⨯⨯=⨯=CPI R MIPS C (5分))(875.31040155.11065ms T CPI I T C N CPU =⨯⨯⨯=⨯⨯=(5分)2.(10分)解:3F880000H=1.0625(5分) C0A00000H=-5(5分) 3.(15分)%6.96.235.26.26.252.028.0%26.138.235.238.238.211=-=-==⨯+⨯==-=-==l H l R l l H l R l E E H H4.(15分) 解:(1)当主存的页面数n=4时,其命中率达到最大值。

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