考試時間填寫：年月日考試用中南林業(yè)科技大學(xué)課程考試試卷裝訂線(答題不得超過此線)學(xué)院專業(yè)班級年級姓名學(xué)號裝訂線(答題不得超過此線)課程名稱：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；試卷編號：A卷；考試時間：120分鐘題號一二三四五總分應(yīng)得分實得分一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題1分，共10分）在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在題后的括號內(nèi)。錯選、多選或未選均無分。得分評卷人復(fù)查人1、SIMD是指（B）。A、單指令流單數(shù)據(jù)流 B、單指令流多數(shù)據(jù)流C、多指令流單數(shù)據(jù)流 D、多指令流多數(shù)據(jù)流2、對輸入輸出系統(tǒng)的組織產(chǎn)生決定性影響的基本要求為（B）1)異步性2)同步性 3)分時性 4)實時性 5)設(shè)備相關(guān)性 6)設(shè)備無關(guān)性A) 2,3,5 B)1,4,6 C)2,4,6 D)1,3,53、下面（D）的頁面替換算法實際上是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。A）隨機頁面替換算法B）先進先出替換算法C）最久沒有使用算法D）最優(yōu)替換算法4、在早期馮·諾依曼計算機特征中，機器以（C）為中心。A)存儲器 B)輸入輸出設(shè)備C)運算器 D)控制器5、對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列（D）是透明的。A)浮點數(shù)據(jù)表示B)指令系統(tǒng)C)訪問方式保護D)陣列運算部件6、結(jié)構(gòu)不對稱的靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是（ A）。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)7、有關(guān)半性能向量長度，下面說法是正確的是（C）。A)該值是最大性能的一半B)該值越大說明向量計算機性能越好C)該值是為達到一半最大性能所需要的向量長度D)該值必須是整數(shù)，計算的時候應(yīng)該向下取整8、多處理機主要實現(xiàn)的是（B ）。A)指令級并行 B)任務(wù)級并行 C)操作級并行 D)操作步驟的并行9．間接二進制n方體網(wǎng)絡(luò)是一種（A）。 A)多級立方體網(wǎng)絡(luò) B)多級全排列網(wǎng)絡(luò) C)單級立方體網(wǎng)絡(luò) D)多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)10．多端口存儲器適合于連接（A）。A)緊耦合多處理機 B)松耦合多處理機C)機數(shù)很多的處理機 D)機數(shù)可變的多處理機

二、名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）得分評卷人復(fù)查人Amdahl定律加快某部件執(zhí)行速度所能獲得系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件的執(zhí)行時間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時間的百分比。2．存儲器帶寬存儲器帶寬為存儲器在連續(xù)訪問時的數(shù)據(jù)吞吐速率。帶寬的單位通常是每秒鐘傳送的位數(shù)或字節(jié)數(shù)3．動態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)動態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是指由交換開關(guān)構(gòu)成、可運行程序的要求動態(tài)地改變連接狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。4．靜態(tài)流水線在同一段時間內(nèi)，多功能流水線中的各段只能按同一種功能的鏈接方式工作，當要按另一種鏈接實現(xiàn)其他功能時，必須等按原來方式處理的所有任務(wù)都流出流水線之后，才能改變鏈接。5.機群機群式一種價格低廉、易于構(gòu)建、可擴縮性極強的并行計算機系統(tǒng)。它由多臺同構(gòu)或異構(gòu)的獨立計算機通過高性能網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)連接在一起，協(xié)同完成特定的并行計算任務(wù)。從用戶角度看，機群就是一個單一、集中的計算機資源。（書上的）機群系統(tǒng)是利用高速通用網(wǎng)絡(luò)將一組高性能工作站或高檔PC機，按某種結(jié)構(gòu)連接起來，并在并行程序設(shè)計以及可視化人機交互集成開發(fā)環(huán)境支持下，統(tǒng)一調(diào)度，協(xié)調(diào)處理，實現(xiàn)高效并行處理的系統(tǒng)。三、填空題（本大題共10小題，每小題2分，共20分） 請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。得分評卷人復(fù)查人1．衡量流水線性能通常有三種主要指標，它們是吞吐率、__加速比___和__效率___。2．按照Flynn分類法，把計算機系統(tǒng)分成單指令流單數(shù)據(jù)流(SISD)、單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)、__多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）___和__多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）____等4類。3．RISC思想的精華是___減少指令平均執(zhí)行周期數(shù)___，我們通常用___時空圖____來描述流水線的工作過程。這些分支指令占用2個時鐘周期，而剩下的75%的指令占用1個時鐘周期，因此：CPIB=0.25×2+0.75×1=1.25因為CPUB不執(zhí)行比較，故：ICB=0.8×ICA因此CPUB性能為：總CPU時間B=ICB×CPIB×時鐘周期B=0.8×ICA×1.25×(1.25×時鐘周期A)=1.25×ICA×時鐘周期A在這些假設(shè)之下，盡管CPUB執(zhí)行指令條數(shù)較少，CPUA因為有著更短的時鐘周期，所以比CPUB快。2．在下列不同類型的處理機上做向量運算：D=(A+B)*C，向量長度均為4，每個周期的時間為10ns。分別計算所需的最短時間，寫出簡要計算過程。 （1）SISD單處理機，有一個通用運算部件，每3個周期做完一次加法，或每4個周期做完一次乘法。 （2）流水線處理機，有一條兩功能靜態(tài)流水線，加法經(jīng)過其中的3段，乘法經(jīng)過其中的4段，每段的延遲時間均為一個周期。 （3）向量處理機，有獨立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水線，乘法器采用4段流水線，每段的延遲時間均為1個周期，采用向量鏈接方式工作。(1)10ns×4×（3＋4）＝280ns，4次加法和4次乘法串行執(zhí)行

(2)10ns×（6＋7）＝130ns，流水線執(zhí)行4次加法需要6個周期，流水線執(zhí)行4次乘法需要7個周期

(3)10ns×（7＋3）＝100ns，得到第1個結(jié)果需要7個周期，另外3個結(jié)果需要3個周期

3.計算直接映象Cache和2路組相聯(lián)Cache對CPU的性能有何影響？先求平均訪存時間，然后再計算CPU性能。分析時請用以下假設(shè)： （1）理想Cache（命中率為100%）情況下的CPI為2.0，時鐘周期為2ns，平均每條指令訪存1.3次。 （2）兩種Cache容量均為64KB，塊大小都是32字節(jié)。 （3）對于組相聯(lián)Cache，由于多路選擇器的存在而使CPU的時鐘周期增加到原來的1.10倍。 （4）這兩種結(jié)構(gòu)Cache的失效開銷都是70ns。 （5）命中時間為1個時鐘周期，64KB直接映象Cache的失效率為1.4%，相同容量的2路組相聯(lián)Cache的失效率為1.0%。解：平均訪存時間為：平均訪存時間＝命中時間＋失效率×失效開銷因此，兩種結(jié)構(gòu)的平均訪存時間分別是：平均訪存時間1路＝2.0＋（0.014×70）＝2.98ns平均訪存時間2路＝2.0×1.10＋（0.010×70）＝2.90ns2路組相聯(lián)Cache的平均訪存時間比較低。CPU時間＝IC×(CPIexe＋每條指令的平均存儲器停頓周期數(shù))×時鐘周期時間

＝IC×(CPIexe×時鐘周期時間＋每條指令的