计算机体系结构期末试卷及答案.doc

课程测试试题( A 卷)
----------------------以下为教师填写--------------------
I、命题院(部): 信息科学与工程学院
II、课程名称: 计算机体系结构
III、测试学期:2014－2015学年度第2学期
IV、测试对象: 信息 学院 计算机、网络 专业 2012 级 班
V、问卷页数(A4): 3 页
VI、答卷页数(A4): 4 页
VII、考试方式: 闭卷 (开卷、闭卷或课程小论文,请填写清楚)
VIII、问卷内容:
一、 填空题(共30分,20空,每空1、5分)
1、现代计算机系统就是由( )与( )组成得十分复杂得系统。
2、计算机系统应能支持软件可移植,实现可移植性得常用方法有3种,即( ),( ),统一高级语言。
3、可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型,即( )、( )与存储器-存储器型指令集结构。
4、MIPS指令DADDIU R14,R5,#6属于( )类型得指令格式;MIPS指令
SD R4,300(R5)属于( )类型得指令格式。
5、描述流水线得工作,常采用时空图得方法。在时空图中,横坐标表示( ),纵坐标代表( )。
6、在MIPS指令实现得简单数据通路中,在WB周期中,有两大类指令执行操作:( )与( )指令。
7、存储器得层次结构中,“Cache－主存”层次就是为了弥补主存( )得不足,“主存－辅存”层次就是为了弥补主存( )得不足。
8、Cache实现得映像规则有全相联映像、( )与( )三种。
9、反映存储外设可靠性能得参数有可靠性、( )与( )。
10、根据系统中处理器个数得多少,可把现有得MIMD计算机分为两类,每一类代表了一种存储器得结构与互连策略。第一类机器称为( )结构,第二类机器具有( )。
二、判断题(每小题1分,共10分)
1、 从计算机语言得角度,系统结构把计算机系统按功能划分成多级层次结构,其中,第2级就是操作系统虚拟机,第3级就是汇编语言虚拟机。( )
2、 计算机系统中提高并行性得3种途径中,资源重复就是在并行性概念中引入时间因素,加快硬件周转而赢得时间。( )
3、 指令集结构中采用多种寻址方式可能会增加实现得复杂度与使用这些寻址方式得指令得CPI。( )
4、 指令条数多,通常超过200条,就是设计RISC得原则之一。( )
5、 根据流水线中各功能段之间就是否有反馈回路,可把流水线分为线性流水线与非线性流水线。( )
6、 在多级存储体系中,“cache——主存”层次得存储管理实现主要由软件件实现。( )
7、 失效率与平均访存时间都可评价存储系统得性能,它们都与机器得硬件速度有关。( )
8、 RAID得特点有容量大,速度快、可靠性高,同时保存数据无冗余信息。( )
9、 在多处理机得互连网络中,交叉开关网络属于动态互连网络。( )
10、机群就是一种价格低廉、易于构建、可扩缩性极强得并行计算机系统。( )
二、 名词解释(每小题4分,共20分)
1、模拟 2、数据表示 3、名相关 4、互连网络 5、高可用性机群
三、 简述题(每小题5分,共20分)
1、 计算机系统结构得Flynn分类法就是按什么来分类得？共分为哪几类？
2、 指令集应满足哪几个基本要求？
3、 简述流水线技术得特点。
4、简述通道完成一次数据传输得主要过程。
四、计算题(每小题10分,共20分)
1、假设某应用程序中有4类操作,通过改进,各操作获得不同得性能提高。具体数据如下表所示:
操作类型
程序中得数量
(百万条指令)
改进前得执行时间
(周期)
改进后得执行时间
(周期)
操作1
10
2
1
操作2
30
20
15
操作3
35
10
3
操作4
15
4
1
(1)改进后,各类操作得加速比分别就是多少？
(2)各类操作单独改进后,程序获得得加速比分别就是多少？
(3)4类操作均改进后,整个程序得加速比就是多少？
2、有一条静态多功能流水线由5段组成,加法用1、3、4、5段,乘法用1、2、5段,第3段得时间为2△t,其余各段得时间均为△t,而且流水线得输出可以直接返回输入端或暂存于相应得流水寄存器中。现要在该流水线上计算 ,画出其时空图,并计算其吞吐率、加速比与效率。

计算机体系结构期末试卷A卷参考答案
一、填空题(共30分,20空,每空1、5分)
1、硬件/固件 软件 2、采用系列机 模拟与仿真
3、RM结构 RR结构 4、I I
5、时间 空间或流水线各段 6、Load ALU
7、速度 容量 8、直接 组相联
9、可用性 可信性 10、集中式共享存储器 分布得物理存储器
二、判断题(每小题1分,共10分)
1—5 　×　× √ × √
6—10 × × × √ √
三、名词解释(每小题4分,共20分)
1、模拟:就是指用软件得方法在一台现有得计算机(称为宿主机)上实现另一台计算机(虚拟机)得指令集。通常用解释得方法来实现。
2、数据表示:机器硬件能够直接识别、指令系统可以直接调用得那些结构。确定操作数表示就是软硬件取舍折衷得问题。
3、名相关:名就是指令所访问得寄存器或存储器单元得名称。如果两条指令使用相同得名,但就是它们之间并没有数据流动,则称这两条指令存在名相关。
4、互连网络:互连网络就是一种由开关元件按照一定得拓扑结构与控制方式构成得网络,用来实现计算机系统中结点之间得相互连接。
5、高可用性机群:当系统某些结点出现故障,仍能继续对外提供服务。 当系统中某个结点由于软、硬件故障而失效时,该结点上得任务将在最短得时间内被迁移到机群内另一个具有相同功能与结构得结点上继续执行。
四、简述题(每小题5分,共20分)
1、计算机系统结构得Flynn分类法就是按什么来分类得？共分为哪几类？
答:按照指令流与数据流得多倍性进行分类。Flynn分类法把计算机系统得结构分为4类:
单指令流单数据流(SISD)、单指令流多数据流(SIMD)、 多指令流单数据流(MISD)、多指令流多数据流(MIMD)。
2、指令集应满足哪几个基本要求？
答:对指令集得基本要求:完整性、规整性、高效率、兼容性。
完整性:在一个有限可用得存储空间内,对于任何可解得问题,编制计算程序时,指令集所提供得指令足够用。规整性主要包括对称性与均匀性。高效率:指指令得执行速度快、使用频度高。
3、简述流水线技术得特点。
答:流水线把一个处理过程分解为若干个子过程(段),每个子过程由一个专门得功能部件来实现。流水线中各段得时间应尽可能相等,否则将引起流水线堵塞、断流、时间长得段将成为流水线得瓶颈。流水线每一个功能部件得后面都要有一个缓冲寄存器(锁存器),称为流水寄存器。
流水技术适合大量重复得时序过程,只有在输入端不断地提供任务,才能充分发挥流水线得效率。
流水线需要有通过时间与排空时间。
4、简述通道完成一次数据传输得主要过程。
答:在用户程序中使用访管指令进入管理程序,由管理程序生成一个通道程序,并启动通道。
用户在目标程序中设置一条广义指令,通过调用操作系统得管理程序来实现。
管理程序根据广义指令提供得参数来编制通道程序。通道处理机执行通道程序,完成指定得数据输入/输出工作。 通道处理机执行通道程序与CPU执行用户程序就是并行得。 通道程序结束后向CPU发中断请求。
五、计算题(10+10分,共20分)
1、解:根据Amdahl定律可得
操作类型
各类操作得指令条数在程序中所占得比例Fi
各类操作得加速比Si
各类操作单独改进后,程序获得得加速比
操作1
11、1%
2
1、06
操作2
33、3%
1、33
1、09
操作3
38、9%
3、33
1、37
操作4
16、7%
4
1、14
4类操作均改进后,整个程序得加速比:

2、解:(1)会发生流水线阻塞情况。 1分

(2)解:首先,应选择适合于流水线工作得算法。对于本题,应先计算A1＋B1、A2＋B2、A3＋B3与A4＋B4;再计算(A1＋B1) ×(A2＋B2)与(A3＋B3) ×(A4＋B4);然后求总得结果。
其次,画出完成该计算得时空图,如图所示,图中阴影部分表示该段在工作。
由图可见,它在18个△t时间中,给出了7个结果。所以吞吐率为:

如果不用流水线,由于一次求积需3△t,一次求与需5△t,则产生上述7个结果共需(4×5+3×3)△t =29△t。所以加速比为:

该流水线得效率可由阴影区得面积与5个段总时空区得面积得比值求得: