《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》練習(xí)題B

第第6頁共3頁《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》練習(xí)題B一、簡要回答下列各題1、軟件和硬件在什么意義上是等效的？在什么意義上是不等效的？2、透明性的概念？系列機(jī)的概念？3、列舉流水線的3種相關(guān)及2種解決辦法。4、列舉Cache-Memory存儲層次中2種寫策略方法、2種寫分配方法。5、列舉3種通道類型二、選擇題（請選擇一個最為準(zhǔn)確的答案）1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)按照由高到低的順序分別為（ 。A微程序機(jī)器級B微程序機(jī)器級C微程序機(jī)器級D機(jī)器語言機(jī)器級2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時遵循三個軟硬件取舍原則，但（ ）不在原則之中。A、系統(tǒng)在現(xiàn)有硬件條件下有高的性能價格比 B、不要限制組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采C、為軟件設(shè)計(jì)提供更多更好的硬件支持 D、盡量發(fā)揮軟件的優(yōu)勢3、指令系統(tǒng)的改進(jìn)以不刪除原有指令系統(tǒng)為前提，通過增加少量強(qiáng)功能新指令代替常用指令串，證了軟件（ ，提高了編程效率。A、向前兼容 B、向后兼容 C、向上兼容 D、向下兼容4I/O的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能，包括主存CPU利用率（ I/O速度和系的兼容性等。A、指令執(zhí)行速度 BI/O設(shè)備容量 、系統(tǒng)總線 D、系統(tǒng)吞吐5、衡量一個存儲器性能可從（ ）方面考慮。A、容量、速度、價格 、制造工藝、封裝、材料 、容量、速度、功DCache-主存存儲層次、主輔存存儲層次、輔磁帶存儲層次多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的并行主要是（ ）。B．C．D．多功能流水線的特征是（ ）。A．一次運(yùn)算中使用流水線中的多個段。B．流水線的各個功能段在不同運(yùn)算中可以有不同的連接C．一次運(yùn)算中要多次使用流水線中的某些功能段。D．流水線中某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同。與線性流水線最大吞吐率有關(guān)的是（ ）A．各個功能段的執(zhí)行時間。B．最快的那一段的執(zhí)行時間。C．最后功能段的執(zhí)行時間。D．最慢那一段的執(zhí)行時間。與全相聯(lián)映像相比，組相聯(lián)映像的優(yōu)點(diǎn)是（ ）。B．目錄表小C．命中率高D．當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過執(zhí)行通道程序完成輸入輸出工作時，執(zhí)行通道程序的是（ ）。A．CPUB．CPU利用時間重疊原理實(shí)現(xiàn)并行處理的是（）。A．流水處理機(jī)B．多處理機(jī)C．陣列處理機(jī)D．機(jī)群系統(tǒng)非線性流水線的特征是（）。一次運(yùn)算中使用流水線中的多個段一次運(yùn)算中要多次使用流水線中的某些功能段C．D．流水線中某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同在具有加、乘法雙功能的靜態(tài)流水線中，功能切換的時間是在（ ）前一個功能的第一個任務(wù)進(jìn)入流水線后前一個功能的第一個任務(wù)流出流水線后前一個功能的最后一個任務(wù)進(jìn)入流水線后前一個功能的最后一個任務(wù)流出流水線后容量和塊大小均相同的Cache，塊沖突概率由高到低的順序是（ ）。全相聯(lián)映像、直接映像、組相聯(lián)映像直接映像、組相聯(lián)映像、全相聯(lián)映像全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像、直接映像組相聯(lián)映像、直接映像、全相聯(lián)映像磁盤存儲器適合于連接到（ ）。字節(jié)多路通道或者選擇通道字節(jié)多路通道或數(shù)組多路通道選擇通道或數(shù)組多路通道任意一種通道三、填空題1計(jì)算機(jī)組成指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指的是計(jì)算機(jī)組成。2、各機(jī)器級的實(shí)現(xiàn)主要，或者是這兩者的結(jié)合。3、程序的局部性包兩個方面。4、CISC的設(shè)計(jì)途徑是增的功能以及設(shè)置更為復(fù)雜取代原先由軟件子程序完成的功能，實(shí)的硬化的設(shè)計(jì)途徑是通降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高指令的執(zhí)行速度。5、在全相聯(lián)映像、直接映像和組相聯(lián)映像中，塊沖突最小的。Cache存儲器的地址映像規(guī)則一般不能，否則，主存Cache的地址映像表太大，查表速度太慢，硬件難實(shí)現(xiàn)。6、存儲系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)通常包等3種存儲結(jié)構(gòu)。7、衡量流水線的主要性能指標(biāo)N個子過程組成的流水線中，其果的輸出速度取決于處理時的子過程。輸入階加尾數(shù)乘規(guī)格化積若一個動態(tài)浮點(diǎn)乘法流水線（如下圖所示端或暫存于相應(yīng)緩存器中。請畫出實(shí)現(xiàn)ABCD的時空圖，并求出該流水線的吞吐率TP、加速比輸入階加尾數(shù)乘規(guī)格化積Ts9.8μs0.2μs500μs1）該通道最多可連接多少臺這種外設(shè)？另有一通道，數(shù)據(jù)傳送期間，選擇一次設(shè)備為1μs，傳送一個字節(jié)也需要1μs?，F(xiàn)采用數(shù)組多路通道，定長塊為512B，要掛接的各設(shè)備要求傳送信息的工作速率如下表，求：數(shù)組多路通道工作的極限流量是多少？哪些設(shè)備可掛接此數(shù)組多路通道上？為什么？設(shè)備號D1D2D3D4D5D6D7D8工作速率（kB/s）1000480200150100802820六、有一條靜態(tài)多功能流水線由5段組成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的時2△2△t△t△t12345△t △t乘法，畫出其時空圖，并計(jì)算其吞吐率、加速間為2△t，其余各段的時間均為△t，而且流水線的輸出可以直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)的，畫出其時空圖，并計(jì)算其吞吐率、加速流水寄存器中?，F(xiàn)要在該流水線上計(jì)算

(AB)比和效率。

i ii1cache168B12824式的具體形式并給出分析過程。標(biāo)識標(biāo)識索引塊內(nèi)位移《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》練習(xí)題B答案一．簡要回答下列各題軟件和硬件在什么意義上是等效的？在什么意義上是不等效的？能也可用軟件模擬完成。不等效性：軟件和硬件實(shí)現(xiàn)的性能價格比不同，實(shí)現(xiàn)的難易程度不同。透明性的概念？系列機(jī)的概念？透明性是指某一事物或?qū)傩詫?shí)際存在，但從某種角度來看好象不存在，或者說看不出來。系列機(jī)是指具有相同體系結(jié)構(gòu)、但具有不同組織和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號的機(jī)器。32數(shù)據(jù)相關(guān)：P86控制相關(guān)：P86氣泡（延遲）法，直接通路（定向）法列舉Cache-Memory22寫回法：P1833種通道類型字?jǐn)?shù)選二．選擇題（請選擇一個最為準(zhǔn)確的答案）（C）。級，微程序機(jī)器級級，微程序機(jī)器級級，微程序機(jī)器級統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級（D）不在原則之中。系統(tǒng)在現(xiàn)有硬件條件下有高的性能價格比 B．不要限制組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用C．為軟件設(shè)計(jì)提供更多更好的硬件支持 D．盡量發(fā)揮軟件的優(yōu)勢3．指令系統(tǒng)的改進(jìn)以不刪除原有指令系統(tǒng)為前提，通過增加少量強(qiáng)功能新指令代替常用指令串，證了軟（B），提高了編程效率。A．向前兼容B．向后兼容C.向上兼容D．向下兼容I/OCPU（D）、I/O的兼容性等。指令執(zhí)行速度B．I/O．系統(tǒng)總線(A)方面考慮。容量、速度、價格B．制造工藝、封裝、材料CD．Cache-磁帶存儲層次多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的并行主要是（A）。B．C．D． 多功能流水線的特征是（B）。A．一次運(yùn)算中使用流水線中的多個段。B．流C．一次運(yùn)算中要多次使用流水線中的某些功能段。D．流水線中某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同。 與線性流水線最大吞吐率有關(guān)的是（D）A．各個功能段的執(zhí)行時間。B．最快的那一段的執(zhí)行時間。C．最后功能段的執(zhí)行時間。D．最慢那一段的執(zhí)行時間。與全相聯(lián)映像相比，組相聯(lián)映像的優(yōu)點(diǎn)是（B）。B．目錄表小C．命中率高D．當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過執(zhí)行通道程序完成輸入輸出工作時，執(zhí)行通道程序的是（C ）。A．CPUB．CPU利用時間重疊原理實(shí)現(xiàn)并行處理的是（A）。B．多處理機(jī)C．D．機(jī)群系統(tǒng)非線性流水線的特征是（B）。一次運(yùn)算中使用流水線中的多個段一次運(yùn)算中要多次使用流水線中的某些功能段C．D．流水線中某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同在具有加、乘法雙功能的靜態(tài)流水線中，功能切換的時間是在前一個功能的第一個任務(wù)進(jìn)入流水線后前一個功能的第一個任務(wù)流出流水線后前一個功能的最后一個任務(wù)進(jìn)入流水線后前一個功能的最后一個任務(wù)流出流水線后容量和塊大小均相同的Cache，塊沖突概率由高到低的順序是（B）。全相聯(lián)映像、直接映像、組相聯(lián)映像直接映像、組相聯(lián)映像、全相聯(lián)映像全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像、直接映像組相聯(lián)映像、直接映像、全相聯(lián)映像磁盤存儲器適合于連接到（C）。字節(jié)多路通道或者選擇通道字節(jié)多路通道或數(shù)組多路通道選擇通道或數(shù)組多路通道三．填空題計(jì)算機(jī)組成指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指的是計(jì)算機(jī)組成。邏輯實(shí)現(xiàn)，物理實(shí)現(xiàn)各機(jī)器級的實(shí)現(xiàn)主要，或者是這兩者的結(jié)合翻譯，解釋程序的局部性包兩個方面時間局部性和空間局部性CISC的設(shè)計(jì)途徑是增的功能以及設(shè)置更為復(fù)雜取代原先由軟件子程序完成的功能，實(shí)的硬;RISC的設(shè)計(jì)途徑是通來降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，高指令的執(zhí)行速度。原有指令，新指令，軟件功能，減少指令種數(shù)，簡化指令功能在全相聯(lián)映象、直接映象和組相聯(lián)映象中，塊沖突最小的Cache存貯器的地址映象則一般不能，否則，主存Cache的地址映象表太大，查表速度太慢，硬件難以實(shí)現(xiàn)全相聯(lián)映象，全相聯(lián)映象存儲系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)通常包等3種存儲結(jié)構(gòu)。單字寬存儲器，多字寬存儲器，多體交叉存儲器衡量流水線的主要性能指標(biāo)N個子過程組成的流水線中，其結(jié)果的輸出速取決于處理時的子過程。流水線吞吐率，效率，最長輸入階加尾數(shù)乘規(guī)格化積四．若一個動態(tài)浮點(diǎn)乘法流水線（如下圖所示端或暫存于相應(yīng)緩存器中。請畫出實(shí)現(xiàn)ABCD的時空圖，并求出該流水線的吞吐率TP、加速比輸入階加尾數(shù)乘規(guī)格化積擬定算法：第一步計(jì)算AB，CD，設(shè)M=AB，N=CD第二步計(jì)算ABCD，即G=MN時空圖：空間規(guī)格化MNG尾數(shù)乘MNG階乘MNG輸入輸出A,BC,DMNM,N時間G吞吐率TP、加速比SP和效率SP=9/71.29E=(33t)/(37t)42.9%Ts9.8μs，傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)所需的時T0.2μs500μs（1）該通道最D多可連接多少臺這種外設(shè)？另有一通道，數(shù)據(jù)傳送期間，選擇一次設(shè)備為1μs，傳送一個字節(jié)也需要μs512B，速率如下表，求：數(shù)組多路通道工作的極限流量是多少？哪些設(shè)備可掛接此數(shù)組多路通道上？為什么？設(shè)備號D1D2D3D4D5D6D7D8（kB/s）1000480200150100802820解：f

1 字節(jié)多路通道的實(shí)際流量為：

fbyte

maxbytepfii1

TSTD其中，p為通道連接的外設(shè)臺數(shù)，f為外設(shè)i的數(shù)據(jù)傳輸速率。因?yàn)檫B接的是同樣i的外設(shè)，所以f=f=…=f=f，故有f =pf。1 2 p byte通道流量匹配的要求有：f ≥fmax-byte byte即有： 1 TSTD

；可得：p 1 (TSTD)fTs=s，TD

=s，1/f=s，可求出通道最多可連接的設(shè)備臺數(shù)為： 1 500s p (TSTD)f (9.80.2)s

50f

K

512

(B/s)1000kB/smax.block

T KTS

15121 513可掛2～81號設(shè)備不能掛。因?yàn)樗粷M足基本工作條件f fmax.block block.i六、 有一條靜態(tài)多功能流水線由5段組成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、52△2△t△t△t12345△t △t乘法32△t，其余各段的時間均為△t，i

(AB)i i

第7頁共3頁第第9頁共3頁算 ，畫出其時空圖，并計(jì)算其吞吐率、加速比和效率。解：首先，應(yīng)選擇適合于流水線工作的算法。對于本題，應(yīng)先計(jì)算A＋B、A＋B、A1 1 2 2 3＋BA＋B(A＋B×(A＋B(A＋B×(A＋B3 4 4 1 1 2 2 3 3 4 4其次，畫出完成該計(jì)算的時空圖，如圖所示，圖中陰影部分表示該段在工作。18t7TP 718t7共需（4×5+3×3）△t=29△t。所以加速比為：S29t18t

1.61該流水線的效率可由陰影區(qū)的面積和5個段總時空區(qū)的面積的比值求得：E45330.3225