一、（20分）選擇題：1、在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，機(jī)器語言程序員看到的機(jī)器屬性是（C）。A)計(jì)算機(jī)軟件所要完成的功能B)計(jì)算機(jī)硬件的全部組成C)編程要用到的硬件知識(shí)D)計(jì)算機(jī)各部件的硬件實(shí)現(xiàn)2、對(duì)匯編語言程序員透明的是（A）。A)I/O方式中的DMA訪問方式B)浮點(diǎn)運(yùn)算C)程序性中斷D)存取操作數(shù)3、用循環(huán)表示PM2-1的互連函數(shù)，應(yīng)該是（A）。A)（6420）（7531）B)（0246）（1357）C)（01234567）D)（76543210）4、在提高CPU性能的問題上，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度，可以（C）。P10A)提高時(shí)鐘頻率B)減少程序指令條數(shù)C)減少每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)D)減少程序指令條數(shù)和減少每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)5、能實(shí)現(xiàn)指令、程序、任務(wù)級(jí)并行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屬于（D）。A)SISDB)SIMDC)MISDD)MIMD6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不包括（A）。P4A)主存速度B)機(jī)器工作狀態(tài)C)信息保護(hù)D)數(shù)據(jù)表示7、"一次重疊"中消除"指令相關(guān)"最好的方法是(A)。A)不準(zhǔn)修改指令B)設(shè)相關(guān)專用通路C)推后分析下條指令D)推后執(zhí)行下條指令8、重疊寄存器技術(shù)主要用于解決在RISC系統(tǒng)中因（B）而導(dǎo)致的問題。P121A)JMP指令影響流水線B)CALL指令的現(xiàn)場保護(hù)C)只有LOAD和STORE指令帶來的訪問存儲(chǔ)器不便D)存儲(chǔ)器訪問速度10、推出系列機(jī)的新機(jī)器，不能更改的是（A）。A)原有指令的尋址方式和操作碼B)系統(tǒng)的總線的組成C)數(shù)據(jù)通路寬度D)存儲(chǔ)芯片的集成度11、在流水機(jī)器中，全局性相關(guān)是指（D）。A)先寫后讀相關(guān)B)先讀后寫相關(guān)C)指令相關(guān)D)由轉(zhuǎn)移指令引起的相關(guān)12、下列說法不正確的是（D）。A)線性流水線是單功能流水線B)動(dòng)態(tài)流水線是多功能流水線C)靜態(tài)流水線是多功能流水線D)動(dòng)態(tài)流水線只能是單功能流水線13、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是是（ A）。精選文庫A)線性陣列B)環(huán)網(wǎng)C)立方體網(wǎng)絡(luò)D)全連接網(wǎng)絡(luò)14、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提高軟件功能實(shí)現(xiàn)的比例會(huì)（C）。A)提高解題速度B)減少需要的存儲(chǔ)容量C)提高系統(tǒng)的靈活性D)提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比15、多處理機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的是（B）。P500A)指令級(jí)并行B)任務(wù)級(jí)并行C)操作級(jí)并行D)操作步驟的并行16、蟲蝕尋徑以流水方式在各尋徑器是順序傳送的是（C）。A)消息B)包C)片D)字節(jié)17、BSP計(jì)算機(jī)的并行處理機(jī)有16個(gè)處理單元，并行存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)體個(gè)數(shù)為（D）。P463A)16B)1C)32D)1720、ILLIACⅣ是一種（C）。A)流水線處理機(jī)B)指令重疊處理機(jī)C)陣列處理機(jī)D)多處理機(jī)二、（10分）判斷題：1、對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的基本單元功能，宜于用軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣可降低系統(tǒng)的成本。(F)2、由于RISC簡化了指令系統(tǒng)，因此，RISC上的目標(biāo)程序比CISC上的目標(biāo)程序要短一些，程序執(zhí)行的時(shí)間就會(huì)少一些。（F）3、流水線調(diào)度是看如何調(diào)度各任務(wù)進(jìn)入流水線的時(shí)間，使單功能線性流水線有高的吞吐率和效率。（T）4、無論采用什么方法，只要消除流水線的瓶頸段，就能提高流水線的吞吐率和效率。(F)5、在滿足Cache與主存的一致性方面，寫回比寫直達(dá)法好。（F）6、在多處理機(jī)上，各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不同時(shí)，在個(gè)處理機(jī)總的運(yùn)行時(shí)間均衡的前提下，取不均勻分配，讓各處理機(jī)所分配的任務(wù)數(shù)要么盡量的多，要么盡量的少，這樣，才可使總的運(yùn)行時(shí)間減少。（F）7、Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。（F）8、要使線性流水線的實(shí)際吞吐率接近于理想的最大吞吐率，應(yīng)將子過程數(shù)分得越多越好。（F）9、在系列機(jī)內(nèi)可以將單總線改為雙總線，以減少公共總線的使用沖突。(F)10、0-15共16個(gè)處理單元用Cube2單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)互連，第10號(hào)處理單元將連到第8號(hào)處理單元。（F）三、（10分）如果某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有3個(gè)部件可以改進(jìn)，則這三個(gè)部件經(jīng)改進(jìn)后的加速比分別為：S1=30，S2=20，S3=10。（1）如果部件1和部件2改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例都為30%，那么，部件3改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例為多少，才能使3個(gè)部件都改進(jìn)后的整個(gè)系統(tǒng)的加速比Sn達(dá)到10？（2）如果3個(gè)部件改進(jìn)前執(zhí)行時(shí)間占整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間的比例分別為30%、30%和20%，那么，3個(gè)部件都改進(jìn)后系統(tǒng)的加速比是多少？未改進(jìn)部件執(zhí)行時(shí)間在改進(jìn)后的系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？— 2精選文庫四、（10分）一臺(tái)模型機(jī)共有 7條指令，各指令的使用頻率分別為 35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器， 2個(gè)變址寄存器。1）要求操作碼的平均長度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長度。2）設(shè)計(jì)8字長的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長的寄存器-存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于±127。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指令格式，并給出各字段的長度和操作碼的編碼。解：（1）要使得到的操作碼長度最短，應(yīng)采用Huffman編碼，構(gòu)造Huffman樹如下：— 3精選文庫0.35 0.25 0.20 0.10 0.05 0.03 0.020.60 0.050.100.200.401.00由此可以得到7條指令的編碼分別如下：指令出現(xiàn)的頻率編碼135%00225%01320%10410%11055%111063%1111072%11111這樣，采用 Huffman編碼法得到的操作碼的平均長度為：H=2×(0.35+0.25+0.20)+3 ×0.10+4 ×0.05+5×(0.03+0.02)=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35— 4精選文庫2）設(shè)計(jì)8位字長的寄存器-寄存器型變址尋址方式指令如下，因?yàn)橹挥?個(gè)通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作碼只有兩位，設(shè)計(jì)格式如下：233操作碼OP源寄存器R1目的寄存器R2三條指令的操作碼分別為00，01，10設(shè)計(jì)16位字長的寄存器-存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令如下：4318操作碼OP通用寄存器變址寄存器偏移地址四條指令的操作碼分別為 1100，1101，1110，1111— 5精選文庫五、（10分）在頁式虛擬存儲(chǔ)器中，一個(gè)程序由 P1～P6共6個(gè)頁面組成，系統(tǒng)分配給這個(gè)程序的主存只有 4個(gè)頁面。在程序開始執(zhí)行之前， P1至P4已經(jīng)裝入主存。程序執(zhí)行過程中依次訪問到的頁面如下： P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2，P4，P1。采用LRU頁面替換算法對(duì)這 4頁主存進(jìn)行調(diào)度。畫出主存頁面替換和命中的情況表。計(jì)算兩種頁面替換算法的頁命中率。(3)假設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)平均被訪問 10次，采用 LRU頁面替換算法，為了使頁面失效率小于 10-5，計(jì)算頁面大小至少應(yīng)該為多少？六、（10分）有一個(gè)4段流水線，如下圖所示：S1S2S3S4其中，段S1和S3的執(zhí)行時(shí)間均為200ns,段S2和S4的執(zhí)行時(shí)間均為100ns。（1）分別使用公式和時(shí)空?qǐng)D求連續(xù)流入4條指令的實(shí)際吞吐率和效率。（2）若瓶頸段S1可使用細(xì)分方法改造，瓶頸段S3可使用并聯(lián)方法改造，對(duì)改造后的流水線，分別使用公式和時(shí)空?qǐng)D求連續(xù)流入4條指令的實(shí)際吞吐率和效率— 6精選文庫七、（10分）設(shè)向量長度均為64，在CRAY-1機(jī)上所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加6拍，相乘7拍，求倒數(shù)近似值14拍；從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動(dòng)功能部件各1拍，問下列各指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？哪些指令不可鏈接？不能鏈接的原因是什么：分別計(jì)算出各指令組全部完成所需要的拍數(shù)。(1) V0←存儲(chǔ)器 (2) V2←V0*V1 (3) V0←存儲(chǔ)器 (4) V0←存儲(chǔ)器V1←V2+V3 V3←存儲(chǔ)器 V2←V0*V1 V1←1/V0— 7精選文庫V4←V5*V6 V4←V2+V3 V3←V2+V0 V3←V1*V2V5←V3+V4 V5←V3+V4八、（10分）假定有128個(gè)處理器,采用PM2I多級(jí)網(wǎng)絡(luò)互連,若網(wǎng)絡(luò)中的i=2的1級(jí)損壞,擬用Cubei多級(jí)網(wǎng)絡(luò)代替損壞的這一級(jí),試說明最多需要幾級(jí)Cubei網(wǎng)絡(luò)?5— 8精選文庫九、（10分）A和B都是元素為浮點(diǎn)表示的 64×64的二維數(shù)組，一次浮點(diǎn)加法的計(jì)算過程可由取數(shù)、求階差、對(duì)階、尾數(shù)加、規(guī)格化和存數(shù)共 6個(gè)段組成，若每個(gè)段的執(zhí)行時(shí)間均為t，請(qǐng)分別求出在下列結(jié)構(gòu)不同的處理機(jī)上完成 C=A+B所需的時(shí)間及相對(duì)于順序處理的加速