系統(tǒng)分析師計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)

1、 參考答案： C第 20 題：481216參考答案： A浮點(diǎn)數(shù)加法流水線運(yùn)算器依次由減階、對(duì)階、 (21) 和尾結(jié)果規(guī)格化四 個(gè)部件組成。設(shè)每個(gè)部件處理時(shí)間 T相等， T=2ns。當(dāng)處理兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)向量和 Aiv/sub=Bvsubiv/sub+Civ/sub(i=O ，1，11)時(shí)，所需要的總 時(shí)間為 (22) ns，平均吞吐率為(23) 分量/ns，流水線加工效率為(24)。從開始算起，流水加工部件經(jīng)過(guò)(25)ns，就能得到前七個(gè)分量的結(jié)果。第 21 題：減尾移位尾加階加 參考答案： C第 22 題： TOC o 1-5 h z 1O2O3O4O第 23 題：0.10.20.30.4參考答案

2、： D第 24 題：0.10.20.30.8參考答案： D第 25 題：10203040參考答案： B第 26 題：下面關(guān)于超級(jí)流水線的論述中，正確的是 。超級(jí)流水線用增加流水線級(jí)數(shù)的方法縮短機(jī)器周期超級(jí)流水線是一種單指令流多操作碼多數(shù)據(jù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)超級(jí)流水線配置了多個(gè)功能部件和指令譯碼電路，采用多條流水線并行處理超級(jí)流水線采用簡(jiǎn)單指令以加快執(zhí)行速度參考答案： A采用流水線技術(shù)的CPU使用指令重疊的辦法，即在一條指令還沒(méi)有處理完時(shí)，就 開始處理下一條指令。 典型的流水線將每一條機(jī)器指令分成 5步，即取指、譯碼、 取操作數(shù) （或譯碼 2） 、執(zhí)行、回寫。在理想條件下，平均每個(gè)時(shí)鐘周期可以完成 一條

3、指令。而所謂“超級(jí)流水線處理”是將機(jī)器指令劃分為更多級(jí)的操作，以減 輕每一級(jí)的復(fù)雜程度， 增加流水線級(jí)數(shù)來(lái)提高頻率。 在流水線的每一步中， 如果 需要執(zhí)行的邏輯操作少一些，則每一步就可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成。 對(duì)于 超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，其中指令部件可以只有一套，也可以有多套獨(dú)立的執(zhí)行部件。 雖然每個(gè)機(jī)器周期只能流出一條指令，但它的周期比其他機(jī)器短。某計(jì)算機(jī)的cache采用相聯(lián)映像，cache容量為16千字節(jié)，每塊8個(gè)字，每 個(gè)字32位，并且將cache中每4塊分為一組。若主存最大容量為 4GB&按字節(jié) 編址，則主存地址應(yīng)為 (27) 位，組號(hào)應(yīng)為 (28) 位。若 cache 的命中 率為 0.95

4、 ，且 cache 的速度是主存的 5 倍，那么與不采用 cache 相比較，采用 cache 后速度大致提高到 (29) 倍。第 27 題： TOC o 1-5 h z 24323640參考答案： B第 28 題：5678參考答案： C第 29 題：3.333.824.174.52參考答案： C內(nèi)存地址從ACOOOH到C7FFFH共有 (30) K個(gè)地址單元，如果該內(nèi)存 地址按字 (16bit) 編址，由 28 片存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成。 已知構(gòu)成此內(nèi)存的芯片每片有 16K個(gè)存儲(chǔ)單元，則該芯片每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)(31) 位。第 30 題：96112132156參考答案： B第 31 題：481624參

5、考答案： AC7FFFFH-AC000H=1BFF,把 1BFFFH專換為 10 進(jìn)制數(shù)得到 114687,再化為 K, 即114687/1024=112已知是內(nèi)存地址按字(16bit)編址，則共有112KX 16位。 該內(nèi)存由28片存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，每片有16K個(gè)存儲(chǔ)單元，則該芯片每個(gè)存儲(chǔ)單 元存儲(chǔ)(112K X 16)/(28 X 16K)=4 位。計(jì)算機(jī)可以按照指令流和數(shù)據(jù)流來(lái)分為四類。 傳統(tǒng)的順序處理的計(jì)算機(jī)屬于 (32) 類。其余三類都是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中發(fā)展并行性的產(chǎn)物，在處理器操作 級(jí)并行的并行處理機(jī)屬于 (33) 類，在指令、任務(wù)級(jí)并行的多處理機(jī)系統(tǒng)屬 于 (34) 類。多處理機(jī)系

6、統(tǒng)可以由多個(gè)處理機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與共享存儲(chǔ)器連 接構(gòu)成，這類系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基本形式按其結(jié)構(gòu)和設(shè)備由簡(jiǎn)到繁排序是 (35) ，按其系統(tǒng)傳輸率由高到低排序是 (36)。第 32 題： TOC o 1-5 h z MIMDMISDSIMDSISD參考答案： D第 33 題：MIMDMISDSIMDSISD參考答案： C第 34 題：MIMDMISDSIMDSISD參考答案： A第 35 題：多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)、交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)參考答案： D第 36 題：多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)交叉

7、開關(guān)結(jié)構(gòu)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)、交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、總線結(jié)構(gòu)、交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)參考答案： B計(jì)算機(jī)可以按照指令流和數(shù)據(jù)流來(lái)分為 4 類，詳細(xì)情況請(qǐng)參考試題 1 的分析。 傳統(tǒng)的順序處理的計(jì)算機(jī)是單指令流單數(shù)據(jù)流的，屬于SISD類。有多個(gè)處理器可并行操作的并行處理機(jī)， 仍為單指令流， 但可有多數(shù)據(jù)流， 多個(gè)處理器由單 指令部件按照同一指令流的要求對(duì)分配給它們的不同數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，屬于 SIMD 類。在指令、 任務(wù)級(jí)并行的多處理機(jī)系統(tǒng)則可同時(shí)執(zhí)行多條指令流， 對(duì)多種數(shù)據(jù) 進(jìn)行操作，屬于MIMD類。多處理機(jī)系統(tǒng)中多個(gè)處理機(jī)間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可有多種不同的形式。 其中利用總線結(jié)構(gòu)互聯(lián)

8、設(shè)備最簡(jiǎn)單， 但因要分時(shí)使用總線， 所以 系統(tǒng)傳輸率最低。 多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備相對(duì)于總線結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)要復(fù)雜， 但其 系統(tǒng)傳輸率較高。 還有一種交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)， 相對(duì)前兩種來(lái)說(shuō)所需結(jié)構(gòu)和設(shè)備最復(fù) 雜，但系統(tǒng)傳輸率最高。某流水線浮點(diǎn)加法器分為 5 級(jí)，若每一級(jí)所需要的時(shí)間分別是6ns、7ns、8ns、9ns和6ns,則此流水線的最大加速比為(37)。若每一級(jí)的時(shí)間均為7ns,則最大加速比為(38)。第 37 題：2.04.04.55.2參考答案： B第 38 題：4.15.05.66.2參考答案： B流水線技術(shù)把一件任務(wù)分解為若干順序執(zhí)行的子任務(wù), 不同的子任務(wù)由不同的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)執(zhí)行, 而這些

9、機(jī)構(gòu)可以同時(shí)并行工作。 在任一時(shí)刻, 任一任務(wù)只占用 其中一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu),這樣就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的重疊執(zhí)行,以提高工作效率。(1) 指令流水線計(jì)算機(jī)中一條指令的執(zhí)行需要若干步,通常采用流水線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)指令的執(zhí)行，以提高CPU生能。典型的指令執(zhí)行共分7個(gè)階段：計(jì)算 指令地址，修改程序計(jì)數(shù)器PC取指，即從存儲(chǔ)器中取出指令；指令譯碼： 計(jì)算操作數(shù)地址；取操作數(shù)：執(zhí)行指令：保存結(jié)果。對(duì)指令執(zhí)行階段的 劃分也可以把取指作為第一階段, 其他階段順序前移, 而在最后一個(gè)階段計(jì)算下 一條指令的地址。若假定指令執(zhí)行的各個(gè)階段的執(zhí)行時(shí)間相同，都是一個(gè)周期。 執(zhí)行一條指令就需要花費(fèi) 7 個(gè)周期的時(shí)間。采用流水線技術(shù)以

10、后，當(dāng)滿負(fù)荷時(shí)， 每個(gè)周期都能從流水線上完成一條指令， 生能約改善到原來(lái)的 7 倍。實(shí)際上， 流 水線技術(shù)對(duì)生能的提高程度取決于其執(zhí)行順序中最慢的一步。 例如，在指令執(zhí)行 的 7 個(gè)階段中， 如果訪問(wèn)存儲(chǔ)器需要 4個(gè)周期， 而其他操作只需一個(gè)周期， 一條 指令的執(zhí)行共需訪存三次再加上 4 個(gè)單周期的執(zhí)行段，所以共需要 16 個(gè)周期。 采用流水線以后，由于受限于訪存操作， 4 個(gè)周期才能完成一條指令的執(zhí)行，因 此生能提高到原來(lái)的 4 倍。(2) 運(yùn)算操作流水線 計(jì)算機(jī)在執(zhí)行各種運(yùn)算操作時(shí)也可以應(yīng)用流水線技術(shù)來(lái)提高運(yùn)算速度。 例如執(zhí)行浮點(diǎn)加法運(yùn)算， 可 以把它分成 3 個(gè)階段： 對(duì)階、尾數(shù)相加和結(jié)

11、果規(guī)格化。 流水線的 3 個(gè)階段用鎖存 器進(jìn)行分割， 鎖存器用來(lái)在相鄰兩段之間保持處理的中間結(jié)果， 以供下一階段使 用。這樣在滿負(fù)荷時(shí)，該流水線可以同時(shí)處理 3 條浮點(diǎn)加法指令。流水線的關(guān)鍵之處在于重疊執(zhí)行。 為了得到高的生能表現(xiàn)， 流水線應(yīng)該滿負(fù)荷工作， 即 各個(gè)階段都要同時(shí)并行地工作。 但是在實(shí)際情況中， 流水線各個(gè)階段可能會(huì)相互 影響，阻塞流水線，使其生能下降。阻塞主要由以下兩種情形引起：執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令和共享資源沖突。 (1) 轉(zhuǎn)移指令的影響 通常在順序執(zhí)行指令的情況 下，當(dāng)CPU取一條指令時(shí)，流水線的地址計(jì)算部件可以獨(dú)立地把當(dāng)前PC值加上當(dāng)前指令長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算下一條指令的地址， 從而可以并行

12、地工作， 但是當(dāng)流水線執(zhí) 行一條轉(zhuǎn)移指令時(shí)， 就會(huì)引起流水線的阻塞。 因?yàn)樵谠撧D(zhuǎn)移指令完成之前， 流水 線都不能確定出下一條指令的地址。 所以為了保證指令的正確執(zhí)行， 必須把取指 段和指令地址計(jì)算段互鎖。 在取出轉(zhuǎn)移指令后， 立即鎖住指令地址計(jì)算段， 直到 轉(zhuǎn)移指令執(zhí)行完成。 互鎖階段流水線處于等待狀態(tài)， 不能滿負(fù)荷工作， 因而性能 下降。 (2) 共享資源訪問(wèn)沖突 當(dāng)多條指令以流水線方式重疊執(zhí)行時(shí)， 由于可能會(huì)引起對(duì)共享的寄存器或存儲(chǔ)器資源訪問(wèn)次序的變化， 因此將導(dǎo)致沖突， 這種情況又稱為數(shù)據(jù)相關(guān)。為了避免沖突，就需要把相互有關(guān)的指令進(jìn)行阻塞， 這樣就會(huì)引起流水線效率的下降。 一般說(shuō)來(lái)指令流

13、水線級(jí)數(shù)越多， 越容易導(dǎo)致數(shù) 據(jù)相關(guān)，阻塞流水線。 在流水線中，因?yàn)樵谕粫r(shí)刻，有多個(gè)任務(wù)在重疊 地執(zhí)行，雖然完成一個(gè)任務(wù)的時(shí)間與單獨(dú)執(zhí)行該任務(wù)相近 (甚至由于分段的緣故， 可能更多一些 ) ，但是從整體上看完成多個(gè)任務(wù)所需的時(shí)間則大大減少。由給定條件可知，如 果 不采用 流 水線方 式，則平均 一條指 定的執(zhí)行時(shí) 間為 6+7+8+9+6=36ns而采用了流水線后，平均一條指定的執(zhí)行時(shí)間為9ns(取五級(jí)中時(shí)間最長(zhǎng)的那一級(jí) ) ，因此最大加速比為 36/9=4。 若每一級(jí)的時(shí)間均為 7ns,則加速比為7X 5/7=5。編號(hào)為0、1、1、3、15的16個(gè)處理器，采用單級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)互 聯(lián)函數(shù)

14、為Cube3時(shí)，11號(hào)處理器連接到(39) 號(hào)處理器上。若采用Shuffle互聯(lián)函數(shù)，則 11 號(hào)處理器應(yīng)連接到 (40) 號(hào)處理器上。第 39 題：2 TOC o 1-5 h z 379參考答案： B第 40 題：25711參考答案： C目前，除了傳統(tǒng)的串口和并口外，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備連接的標(biāo)準(zhǔn)接口越來(lái)越多。例如， (41) 是一種連接大容量存儲(chǔ)設(shè)備的并行接口， 數(shù)據(jù)寬度一般為32 位，且允許設(shè)備以雛菊鏈形式接入； (42) 是一種可熱插拔的高速串行 設(shè)備接口， 也可允許設(shè)備以雛菊鏈形式接入；(43) 則用來(lái)連接各種卡式設(shè)備，已廣泛使用于筆記本電腦。第 41 題：VESAUSBSCSIPCI參

15、考答案： C第 42 題：PCMCIAUSBSCSIEISA參考答案： B第 43 題： A.PCMCIAVESAEISAPCI參考答案： A根據(jù)外部設(shè)備與 I/O 模塊交換數(shù)據(jù)的方式可以分為串行和并行接口兩種。 串行接 口一次只能傳送 1 位信息，而并行接口一次就可傳送多位信息 ( 一般為 8 的倍 數(shù)) 。串行通信又可分為異步通信方式和同步通信方式兩種。并行接口數(shù)據(jù)傳輸 率高，控制簡(jiǎn)單，通常用于高速數(shù)據(jù)通道接口；但是所需連線很多，不適于遠(yuǎn)距 離傳送。串行通信連線少，適于長(zhǎng)距離傳送；但是控制復(fù)雜而且傳輸速度較慢。 常見的設(shè)備接口有以下幾種： (1)ST506 接口 主要用于溫盤， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

16、 只完成磁盤信息的讀寫放大， 把數(shù)據(jù)的編碼解碼、 數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換等功能都留給 I/O模塊處理。其傳輸速率為5Mb/s7Mb/s,最多可支持2個(gè)硬盤，最大支持盤 空間為 150MB。(2)ESDI 接口 一種通用的標(biāo)準(zhǔn)接口，不僅適用于小型溫盤，還適用于磁帶機(jī)和光盤存儲(chǔ)器。 該接口除了完成信息的讀寫放大外， 還要完 成數(shù)據(jù)的編碼解碼。數(shù)據(jù)傳輸率 5Mb/s10Mb/s，最多可支持4個(gè)硬盤，硬盤空 間最大可達(dá)600MB(3)IDE接口分為普通IDE和增強(qiáng)型IDE(EIDE)接口。普通1DE數(shù)據(jù)傳輸率不超過(guò)1.5Mb/s，數(shù)據(jù)傳輸寬度為8位，最多可連接4個(gè) IDE 設(shè)備，每個(gè) IDE 硬盤容量不超過(guò)

17、528MB。 EIDE 接口數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá) 12Mb/s18Mb/s，數(shù)據(jù)傳輸寬度32位，最多可連接4個(gè)IDE設(shè)備，每個(gè)IDE硬 盤可超過(guò) 528MB。(4)SCSI 接口 數(shù)據(jù)寬度為 8 位、16 位和 32 位，是大容量存儲(chǔ)設(shè)備、音頻設(shè)備和 CD-RO驅(qū)動(dòng)器的一種標(biāo)準(zhǔn)。SCSI接口通常被看作是 一種總線，可用于連接多個(gè)外設(shè)，這些 SCSI設(shè)備以雛菊鏈(Mode daisy chain) 形式接入，并被分配給惟一的ID號(hào)(07)，其中7號(hào)分配給SCSI控制器。某些 SCSI控制器可以提供多達(dá)35個(gè)SCSI通道。SCSI設(shè)備彼此獨(dú)立運(yùn)作，相互之間 可以交換數(shù)據(jù)，也可以和主機(jī)進(jìn)行交互。數(shù)據(jù)以分組

18、消息的形式進(jìn)行傳輸。 (5)PCMCIA接口PCMCIA是一種廣泛用于筆記本電腦的接口標(biāo)準(zhǔn)，體積小，擴(kuò)展較方便靈活。最初PCMCIA要用于筆記本電腦擴(kuò)展內(nèi)存，目前常用作一種存 儲(chǔ)器卡接口或進(jìn)行fax/modem功能擴(kuò)展接口?，F(xiàn)在用PCMCIA弋表個(gè)人計(jì)算機(jī)儲(chǔ) 器卡國(guó)際協(xié)會(huì)，而PCMCIA口更名為PC card接口。PC card接口具有以下特 點(diǎn)：電源管琿服務(wù)，允許系統(tǒng)控制 PC card 的工作狀態(tài) (開/ 關(guān)) ，支持 3.3V/5V 電壓，可降低功耗，支持多功能卡、擴(kuò)充卡的信息結(jié)構(gòu)，以提高其兼容性，規(guī)定 了直接內(nèi)存訪問(wèn)規(guī)范，增加了一個(gè) 32 位的 card bus 接口。 (6)P1394 串行 接口 是一種高速的串行總線，用以連接眾多的外部設(shè)備。 P1394 有許多優(yōu)于 SCSI等其他外設(shè)接口的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸率高、價(jià)格低且容易實(shí)現(xiàn)，所以不僅應(yīng)用 于計(jì)算