計算機專業(yè)基礎(chǔ)綜合計算機組成原（并行組織與結(jié)構(gòu)模擬試卷1(分：44.00做題時間：分鐘)一、單項選擇題(總題數(shù)12，數(shù)24.00)1.下面的論述中，正確的是()A.線程技術(shù)在一顆處理機芯片內(nèi)設(shè)計多個邏輯上的處理機內(nèi)核B.線程技術(shù)能夠屏蔽線程的存儲器訪問延遲，增加系統(tǒng)吞吐率C.指令流單數(shù)據(jù)流(MISD)構(gòu)從來沒有實現(xiàn)過D.標量技術(shù)是同時多線程技術(shù)在英特爾系列處理機產(chǎn)品中的具體實現(xiàn)√2.下面的論述中，正確的是()A.令級并行處理(ILP)通過增加每個時鐘周期執(zhí)行的指令條數(shù)來提高處理機性能B.線程技術(shù)在一顆處理機芯片內(nèi)設(shè)計多個邏輯上的處理機內(nèi)核，這些邏輯上的內(nèi)核可以共享處理機內(nèi)的二級cache等源，但每個線程有自己獨立的運算器√C.特爾集成眾核處理機可作為中央處理機的協(xié)處理機工作D.處理機系統(tǒng)利用任務(wù)級并行的方式提高系統(tǒng)性能，既把任務(wù)并行化并分配到多個處理機中去執(zhí)行3.總線共cache構(gòu)的缺點是)。A.構(gòu)簡單B.信速度高C.擴展性較差

√D.據(jù)傳輸并行度高4.計算機系統(tǒng)中的行性是指()A.有一個事件發(fā)生B.個以上的事件不在同一時刻發(fā)生C.個以上的事件不在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生D.個以上的事件在同一時刻發(fā)生或同一時間間隔內(nèi)發(fā)生√5.從執(zhí)行程序的角看，并行性等級最高的是)。A.令內(nèi)部并行B.業(yè)或程序級并行C.令級并行D.務(wù)級或過程級并行

√6.按指令(I)數(shù)據(jù)流D)組織方式，多處理機系統(tǒng)屬于結(jié)構(gòu)。A.SISDB.SIMDC.MISDD.MIMD

√7.按指令(I)數(shù)據(jù)流D)組織方式，多核處理機系統(tǒng)屬于)結(jié)。A.SISDB.SIMDC.MISDD.MIMD

√8.多處理機實()并行。A.令內(nèi)部B.令C.理機內(nèi)部D.業(yè)或程序

√

9.在以下四種類型MIMI)計算機中，只有)不采用商品化的通用微機來構(gòu)成并行處理系統(tǒng)。A.SMP(稱多處理機)B.PVP(行向量處理機

√C.MPP(規(guī)模并行處理機D.DSM(布共享存儲器多處理機10.以描述中，概念正確的是)。A.群系統(tǒng)是由一組完整的計算機點)通過高性能的絡(luò)或局域網(wǎng)互聯(lián)而成的系統(tǒng)，它作為一個單獨的統(tǒng)一資源來使用，具有單一系統(tǒng)形象的特點

√B.群系統(tǒng)就是局域網(wǎng)C.群系統(tǒng)就是MPPD.群系統(tǒng)就是多臺異構(gòu)型計算機的互聯(lián)系統(tǒng)11.以陳述中不屬于機群系統(tǒng)特征的是()。A.群的每個結(jié)點上駐留有完整的操作系統(tǒng)B.群的各結(jié)點間通過共享磁盤實現(xiàn)信息交換√C.群的各結(jié)點通過低成本的商用網(wǎng)絡(luò)互連D.群的每個結(jié)點都是一個完整的計算機12.以關(guān)于多核技術(shù)的描述中，不正確的是)。A.理機片內(nèi)使用共享的

cache代各個核私有的L

cache夠獲得系統(tǒng)整體性能的提升B.核處理機核間耦合度高，可以在任務(wù)級、線程級和指令級等多個層次充分發(fā)揮程序的并行性C.形處理機(GPU)通用CPU集在一顆芯片上構(gòu)成異構(gòu)多核處理機D.交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)相比，總線結(jié)構(gòu)能夠有效提高核間數(shù)據(jù)交換的帶寬√二、計算題總數(shù)：5，數(shù)10.00)13.利下列公式，求流水線最大吞吐率

、最大加速比S

、最高效率E

，并說明它們的物理意義。吞吐P為／T

=

加速比S的式為S=T

／

=

流水線效率E的式為__________________________________________________________________________________________正確答案(確答案：題干三個公式是在k個流水段中行n條指令時的吞吐率、加速比和效率，n∞時，分別得到最大值。P

=

=n／nt=1／eq\o\ac(△,t)eq\o\ac(△,)也即當n∞時，流水線在每個時鐘周期t)內(nèi)有一條指令下線。S

=

=n．kn=k即當n∞時，流水線的最大加速比等于流水線的段數(shù)。當n∞時，分子分母兩部分的時空區(qū)面積接近于相等，流水線有最高效率。

=

=n／n=1也即當n∞時，分子分母兩部分的時空區(qū)面積接近于相等，流水線有最高效率。14.某構(gòu)多核處理機由C到共個處理機核組成，采用總線共cache構(gòu)連接在同一條總線上。在某個給定的時間段里，任何一個處理機核使用總線的概率都是請分別求出總線空閑、只有一個核請求總線和多于一個核請求總線三種情況出現(xiàn)的概率。__________________________________________________________________________________________正確答案(確答案：某一個處理機核提出總線請求的概率p故其不發(fā)出總線請求的概率1p因此，所有處理機核均不提出總線請求的概率是(1－

，即總線空閑的概率為(1p)

。類似地，處理機核C

提出總線請求的概率是處理機核C

到C

均不發(fā)出總線請求的概率是1－p)

。故處理機核C

提出總線請求而處理機核

到C

均不發(fā)出總線請求的概率是p(1－p)

。由于各個核使用總線的概率是相等的，所以只有一個核請求總線的概率為p)

。由于總線被使用的情況必定是總線空閑、只有一個核請求總線或多于一個核請求總線三種情況之一，故多于一個核請求總線的概率為1－(1p)

－mp(1－)15.假使用100臺多處理機系統(tǒng)獲得加速比為80，求原計程序中串行部分所占的比例是多少__________________________________________________________________________________________

正確答案：(確答案：設(shè)加速比為，可加速部分比例為F，理論加速比為S。根據(jù)Amdahl定律，有

為簡單化，假設(shè)程序只在兩種模式下運行：①使用所有處理機的并行模式；②只用一個處理機的串行模式。假設(shè)并行模式下的理論加速比

即為多處理機的臺數(shù)，加速部分的比例F

即并行部分所占的比例，代入上式，有

求得并行比例F

=09975=99．75％串行比例1－F

=0．25％)16.某構(gòu)多核處理機由Core

、Core

、Core

、Core

四個核組成，四個核各自完成一次平方運算所需的時間分別為TT／2、T／3和T現(xiàn)需計算一個256整數(shù)的數(shù)組的每個整數(shù)的平方值，分別按以下兩種方案分配計算任務(wù)：方案Core

計算32個數(shù)Core

計算128個整數(shù)，Core

計算64個整數(shù)、Core

計算32個整數(shù)；案2Core

計算48個數(shù)，Core

計算128個整數(shù)，Core

計算80個整數(shù)、Core

執(zhí)行其他任務(wù)參與計算)。忽略訪存延遲的影響。(1)求兩種方案下完成任務(wù)所需的時間(2)定義各個處理機核不空閑的時間總和與各個處理機核總執(zhí)行時間總和之比為處理機的利用率，求該處理機執(zhí)行以上任務(wù)時的利用率。__________________________________________________________________________________________正確答案：確答案：(1)完成任務(wù)所需的時間為各個核運行時間的最大值方案1完成任務(wù)所的時間為max(32×128×／2，×T332×T)=max(32T，64T，，32T)=64T案2完成任務(wù)需的時間為max(48×128×／280T／0×，64，26．7T，處理機的利用率：方案1處機的利用率為(32×T+128×2+64×T／×T)／(64T4)=(32+64+21+32)／256=58．2％方案2處機的利用率為(Core不計算在內(nèi))(48×T+128T2+80×T3)／(64T×3)=(48+64+26．7)／192=722％17.某構(gòu)雙核處理機結(jié)構(gòu)如圖9所處理機采用兩級cache構(gòu)個核都有自己私有的Lcache兩個核共享L

cache。L

cache大小為2KB采用2兩路組相聯(lián)映射，訪問延遲為30ns／字。L

共享cache行小為4KB采用直接映射方式，訪問延遲為80ns字。主存的訪問延遲為200ns字。處理機字長為32位已知該處理機上運行的進程含兩個線程，代碼如下：線程1：intA[1024]；intsa=0；for(i=0；1024；i++){；}線程B[1024]int；；i＜1024；i++){sb=sb+B[i]}已知int字為32，初始狀態(tài)下數(shù)組A和數(shù)組B均放在主存中，運算結(jié)果存放在處理機內(nèi)的寄存器中。(1)若主存中的數(shù)組和數(shù)組映到L

cache中的不同行，且在

cathe中從該行0地開始存放數(shù)組元素。請計算在最壞的情況下，進程執(zhí)行完畢所需要的時間。(2)若主存中的數(shù)組A和組B映射到L

cache中的同一行，且在L

cache從該行0地址開始存放數(shù)組元素。請計算在最壞的情況下，進程執(zhí)行完畢所需要的時間。__________________________________________________________________________________________正確答案：(確答案：初始狀態(tài)下數(shù)組和數(shù)組B均存放在主存中，故兩個線程分別從和B[0]開始計算時，L

cache和

cache均缺失。此時將訪問主存取數(shù)，并分別將數(shù)A和數(shù)組B所在的主存塊調(diào)入L

cache的不同行緩存，同時將每個數(shù)組的前2K／4=512字調(diào)入L

cache此后511字的計算均命中L

cache。在個線程分別計算B[512]時，L

cache缺失。此時將每個數(shù)組的后2K／4=512字從Lcache調(diào)Lcache后的511個的計算均命中Lcache對每個線程而言，其訪問數(shù)組所需的時間為：200+30×511+80+30×在最壞的情況下，線程1和線程將順序執(zhí)行。假設(shè)處理機運算足夠快，則進程運行的時間取決于訪問數(shù)組所需的時間，故進程執(zhí)行完畢所需要的時間為：30940=61880ns初狀態(tài)下數(shù)組和數(shù)組B存放在主存中當線程A開始計算時，L

cache和

cache均缺失。此時將訪問主存取數(shù)，并將數(shù)組A在的主存塊調(diào)入L

cache的一行緩存，同時將該數(shù)組的前／4=512個字調(diào)入

cache最壞的情況下，線程線程2替執(zhí)行并交替訪問數(shù)組A和數(shù)B線程1取A[0]之，線程2立即讀取B[0]，此L

cache和L

cache均缺失。線程2將問主存取數(shù)，并將數(shù)組所的主存塊調(diào)入L

cache的同一行緩存，同時將該數(shù)組的前2K4=512個字調(diào)入L

cache，而L

cache中緩存的數(shù)組A數(shù)據(jù)將被換出

cache。故線程1和線程2每訪問數(shù)組A或數(shù)組B均將訪問主存，并將行完畢所需要的時間為：22001024=409600ns)三、分析題總數(shù)：5，數(shù)10.00)

中的數(shù)據(jù)替換。因此，在最壞的情況下，進程執(zhí)

18.如一條指令的執(zhí)行過程分為取指令指令分析指令執(zhí)行三個子過程，且這三個子過程的延遲時間都相等。請分別畫出指令順序執(zhí)行方式、指令流水執(zhí)行方式的時空圖。__________________________________________________________________________________________正確答案：(確答案：時空圖如圖2所示。)19.設(shè)k=4指令流水線，各功能段分別為取指令、指令譯碼、指令執(zhí)行和結(jié)果寫回，分別S、S、S

和S

表示，各段延遲時間均為eq\o\ac(△,t)eq\o\ac(△,)。若連續(xù)輸入n條指令，請出指令流水線的時空圖。__________________________________________________________________________________________正確答案確答案指連續(xù)輸入流水線的理想情況下k流水線能夠在k+n1個鐘周期t)內(nèi)完成n條指令，如圖．3所。)20.如一臺SIMD計算機和一臺流水處理機具有相同的計算性能構(gòu)成它們的主要部件分別有什么要求__________________________________________________________________________________________正確答案：(確答案：一臺具有個處理單元的SIMD計算機與一臺具有一n流水線并且時鐘周期為前者1n的流水處理機的計算性能相當，兩者均是每個時鐘周期產(chǎn)生n個計算結(jié)果。但是，計機需要數(shù)量為流水處理機n倍的硬件部(n個處理單)而流水處理機中流水線部件的時鐘速率要求比SIMD計機快n倍，