中南林業(yè)科技大學(xué)-2014屆計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考試試卷

考試時(shí)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(jí)年級(jí)姓名學(xué)號(hào)裝訂線(答題不得超過此線)課程名稱：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；試卷編號(hào)：A卷；考試時(shí)間：120分鐘題號(hào)一二三四五總分應(yīng)得分實(shí)得分一、單項(xiàng)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(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的，請(qǐng)將其代碼填寫在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選或未選均無(wú)分。得分評(píng)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(duì)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(shí)性 4)實(shí)時(shí)性 5)設(shè)備相關(guān)性 6)設(shè)備無(wú)關(guān)性A) 2,3,5 B)1,4,6 C)2,4,6 D)1,3,53、下面（D）的頁(yè)面替換算法實(shí)際上是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。A）隨機(jī)頁(yè)面替換算法B）先進(jìn)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(jì)算機(jī)特征中，機(jī)器以（C）為中心。A)存儲(chǔ)器 B)輸入輸出設(shè)備C)運(yùn)算器 D)控制器5、對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列（D）是透明的。A)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示B)指令系統(tǒng)C)訪問方式保護(hù)D)陣列運(yùn)算部件6、結(jié)構(gòu)不對(duì)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(zhǎng)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(jì)算機(jī)性能越好C)該值是為達(dá)到一半最大性能所需要的向量長(zhǎng)度D)該值必須是整數(shù)，計(jì)算的時(shí)候應(yīng)該向下取整8、多處理機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的是（B ）。A)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9．間接二進(jìn)制n方體網(wǎng)絡(luò)是一種（A）。 A)多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò) B)多級(jí)全排列網(wǎng)絡(luò) C)單級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò) D)多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)10．多端口存儲(chǔ)器適合于連接（A）。A)緊耦合多處理機(jī) B)松耦合多處理機(jī)C)機(jī)數(shù)很多的處理機(jī) D)機(jī)數(shù)可變的多處理機(jī)

二、名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）得分評(píng)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(shí)間占系統(tǒng)中總執(zhí)行時(shí)間的百分比。2．存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬為存儲(chǔ)器在連續(xù)訪問時(shí)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(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是指由交換開關(guān)構(gòu)成、可運(yùn)行程序的要求動(dòng)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(shí)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(dāng)要按另一種鏈接實(shí)現(xiàn)其他功能時(shí)，必須等按原來(lái)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(jī)群機(jī)群式一種價(jià)格低廉、易于構(gòu)建、可擴(kuò)縮性極強(qiáng)的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由多臺(tái)同構(gòu)或異構(gòu)的獨(dú)立計(jì)算機(jī)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(jì)算任務(wù)。從用戶角度看，機(jī)群就是一個(gè)單一、集中的計(jì)算機(jī)資源。（書上的）機(jī)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(jī)，按某種結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，并在并行程序設(shè)計(jì)以及可視化人機(jī)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(shí)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(qǐng)?jiān)诿啃☆}的空格中填上正確答案。錯(cuò)填、不填均無(wú)分。得分評(píng)卷人復(fù)查人1．衡量流水線性能通常有三種主要指標(biāo)，它們是吞吐率、__加速比___和__效率___。2．按照Flynn分類法，把計(jì)算機(jī)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(shí)空?qǐng)D____來(lái)描述流水線的工作過程。這些分支指令占用2個(gè)時(shí)鐘周期，而剩下的75%的指令占用1個(gè)時(shí)鐘周期，因此：CPIB=0.25×2+0.75×1=1.25因?yàn)镃PUB不執(zhí)行比較，故：ICB=0.8×ICA因此CPUB性能為：總CPU時(shí)間B=ICB×CPIB×?xí)r鐘周期B=0.8×ICA×1.25×(1.25×?xí)r鐘周期A)=1.25×ICA×?xí)r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?yàn)橛兄痰臅r(shí)鐘周期，所以比CPUB快。2．在下列不同類型的處理機(jī)上做向量運(yùn)算：D=(A+B)*C，向量長(zhǎng)度均為4，每個(gè)周期的時(shí)間為10ns。分別計(jì)算所需的最短時(shí)間，寫出簡(jiǎn)要計(jì)算過程。 （1）SISD單處理機(jī)，有一個(gè)通用運(yùn)算部件，每3個(gè)周期做完一次加法，或每4個(gè)周期做完一次乘法。 （2）流水線處理機(jī)，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(shí)間均為一個(gè)周期。 （3）向量處理機(jī)，有獨(dú)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(shí)間均為1個(gè)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(gè)周期，流水線執(zhí)行4次乘法需要7個(gè)周期

(3)10ns×（7＋3）＝100ns，得到第1個(gè)結(jié)果需要7個(gè)周期，另外3個(gè)結(jié)果需要3個(gè)周期

3.計(jì)算直接映象Cache和2路組相聯(lián)Cache對(duì)CPU的性能有何影響？先求平均訪存時(shí)間，然后再計(jì)算CPU性能。分析時(shí)請(qǐng)用以下假設(shè)： （1）理想Cache（命中率為100%）情況下的CPI為2.0，時(shí)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(duì)于組相聯(lián)Cache，由于多路選擇器的存在而使CPU的時(shí)鐘周期增加到原來(lái)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(shí)間為1個(gè)時(shí)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(shí)間為：平均訪存時(shí)間＝命中時(shí)間＋失效率×失效開銷因此，兩種結(jié)構(gòu)的平均訪存時(shí)間分別是：平均訪存時(shí)間1路＝2.0＋（0.014×70）＝2.98ns平均訪存時(shí)間2路＝2.0×1.10＋（0.010×70）＝2.90ns2路組相聯(lián)Cache的平均訪存時(shí)間比較低。CPU時(shí)間＝IC×(CPIexe＋每條指令的平均存儲(chǔ)器停頓周期數(shù))×?xí)r鐘周期時(shí)間

＝IC×(CPIexe×?xí)r鐘周期時(shí)間＋每條指令的