中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試卷

2010年A卷1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)從高到低可以分為應(yīng)用語言虛擬機(jī)，，操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)和。2．并行性包含和二重含義。3．系列機(jī)軟件必須保證兼容。4．某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用浮點(diǎn)運(yùn)算部件后，使浮點(diǎn)運(yùn)算速度提高到原來的20倍，而系統(tǒng)運(yùn)行某一程序的整體性能提高到原來的5倍，則該程序中浮點(diǎn)操作所占的比例是。系統(tǒng)加速比是。5．由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，低層機(jī)器的屬性對(duì)高層機(jī)器的程序員往往是的。1、高級(jí)語言虛擬機(jī)，匯編語言虛擬機(jī)，微程序機(jī)器級(jí)；2、同時(shí)性，并發(fā)性；3、向后；4、84.2%，5；5、虛擬機(jī)，透明的；三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有三個(gè)部件可以改進(jìn)，這三個(gè)部件的加速比如下：部件1加速比＝6；部件2加速比＝4；部件3加速比＝5；（1）如果部件1和部件2的可改進(jìn)比例為30％和20%，那么當(dāng)部件3的可改進(jìn)比例為多少時(shí)，系統(tǒng)的加速比才可以達(dá)到2？（9分）（2）如果三個(gè)部件的可改進(jìn)比例為30％、10％和12.5％，三個(gè)部件同時(shí)改進(jìn)，那么系統(tǒng)加速比是多少？（6分）（1）（3分）（1分）（2分）（3分）（2）（2分）（1分）四、假設(shè)某應(yīng)用程序中有4類操作，通過該進(jìn)，各操作獲得了不同的性能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所示：操作11021操作2202010操作32041（1）該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？（3分）（2）各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（6分）（3）4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少（用加速比的定義求解）？（6分）（1）該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是：（1分）（2）各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是：操作1單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比是：（2分）操作2單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比是：（2分）操作3單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比是：他們之中最長(zhǎng)的時(shí)間是72拍，所以向量指令組全部完成需要72拍。（4分）（2）4條向量指令均依次有Vi的先寫后讀相關(guān)（1分），但無源Vi相關(guān)，也無功能部件的使用沖突（1分）。所以，這4條指令可以全部鏈接在一起，進(jìn)行流水（2分）。（1+6+1）+（1+14+1）+（1+7+1）+（1+6+1）+63=104（拍）（4分）七、Cache-主存存儲(chǔ)層次中，主存由8個(gè)塊組成（0－7），Cache為4塊。假設(shè)Cache已先后訪問并預(yù)取了主存的第1,2塊，現(xiàn)訪存地址流又為：3,1,5,2,6,5,4。（1）如果Cache存儲(chǔ)器采用全相聯(lián)映象，并采用LRU替換算法。請(qǐng)?zhí)顚懕?Cache存儲(chǔ)器中的Cache使用過程，并標(biāo)出命中時(shí)刻。（3分）表1全相聯(lián)映象的Cache使用過程訪存塊地址流3152654Cache塊0Cache塊1Cache塊2Cache塊3（2）計(jì)算以上全相聯(lián)映象Cache存儲(chǔ)器的命中率H。（2分）（3）如果Cache存儲(chǔ)器采用直接映象。請(qǐng)?zhí)顚懕?Cache存儲(chǔ)器中的Cache使用過程，并標(biāo)出命中時(shí)刻。（3分）表2直接映象的Cache使用過程訪存塊地址流3152654Cache塊0Cache塊1Cache塊2Cache塊3（4）計(jì)算以上直接映象Cache存儲(chǔ)器的命中率H。（2分）（1）表1全相聯(lián)映象的Cache使用過程（3分）訪存塊地址流3152654Cache塊01111114Cache塊12222222Cache塊23333666Cache塊355555中中中（2）H=3/7=43%（2分）（3）表2直接映象的Cache使用過程（3分）訪存塊地址流3152654Cache塊04Cache塊11155555Cache塊22222666Cache塊33333333中中中（4）H=3/7=43%（2分）

2010年B卷1．存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的基本依據(jù)是程序的原理，它包含和兩方面。2．偽相聯(lián)既能獲得cache的命中率，又能保持cache的命中速度。3．CPU中用來存儲(chǔ)操作數(shù)的存儲(chǔ)單元主要有寄存器、和。4．將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中某一功能的處理速度提高到原來的20倍，但該系統(tǒng)的處理時(shí)間僅占整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采用此提高性能的方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高到原來的倍。5．虛擬存儲(chǔ)器采用映像規(guī)則，寫策略采用。1、局部性，時(shí)間局部性，空間局部性；2、多路組相聯(lián)，直接映像；3、堆棧，累加器；4、1.61；5、全相聯(lián)，寫回策略；三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有三個(gè)部件可以改進(jìn)，這三個(gè)部件的加速比如下：部件1加速比＝30；部件2加速比＝20；部件3加速比＝10；（1）如果部件1和部件2的可改進(jìn)比例均為30％，那么當(dāng)部件3的可改進(jìn)比例為多少時(shí)，系統(tǒng)的加速比才可以達(dá)到10？（9分）（2）如果三個(gè)部件的可改進(jìn)比例分別為30％、30％和20％，且3個(gè)部件同時(shí)改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？（6分）（1）（3分）（3分）（3分）（2）（6分）四、假設(shè)某應(yīng)用程序中有3類操作，通過該進(jìn)，各操作獲得了不同的性能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所示：操作11021操作2202010操作32041（1）該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？（3分）（2）各類操作的可改進(jìn)比例分別是多少？（4分）（3）4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少（用加速比的公式求解）？（8分）（1）該進(jìn)后，各類操作的加速比分別是：（1分）（1分）（1分）（2）各類操作的可改進(jìn)比例分別是：（1分）（1分）（2分）（3）4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是（沒有用公式求解，該小題0分）：（3分）（2分）（3分）五、現(xiàn)有3段流水線，各段經(jīng)過的時(shí)間依次為△3t，△t，△2t，（1）分別計(jì)算在連續(xù)輸入3條指令時(shí)和30條指令時(shí)的吞吐率和效率。（5分）（2）采用重復(fù)設(shè)置瓶頸段的方式改進(jìn)該流水線，改進(jìn)后同時(shí)輸入3條指令和30條指令時(shí)分別計(jì)算其吞吐率和效率。（5分）（3）通過對(duì)（1）,（2）兩小題的計(jì)算比較可得出什么結(jié)論？（5分）（1）（為瓶頸段時(shí)間）（1分）當(dāng)連續(xù)輸入3條指令時(shí)（1分）（1分）當(dāng)連續(xù)輸入30條指令時(shí)（1分）（1分）（2）將瓶頸段第一段重復(fù)設(shè)置3個(gè)，第三段重復(fù)設(shè)置2個(gè)。（1分）當(dāng)連續(xù)輸入3條指令時(shí)（1分）（1分）當(dāng)連續(xù)輸入30條指令時(shí)（1分）（1分）（3）結(jié)論：在流水線中，無論瓶頸段是否被消除（2分），只有當(dāng)連續(xù)輸入流水線的指令越多時(shí)，流水線的實(shí)際吞吐率和效率才會(huì)提高。六、設(shè)向量長(zhǎng)度為64，在CRAY-1機(jī)上所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加6拍，相乘7拍，求倒數(shù)14拍，從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動(dòng)功能部件各1拍。問下列各指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？哪些指令不能鏈接？不能鏈接的原因是什么？分別計(jì)算出各指令組全部完成所需要的拍數(shù)。（1）V0←存儲(chǔ)器V2←V0*V1V3←V2+V0V5←V3+V4（8分）（2）V2←V0*V1V3←存儲(chǔ)器V4←V2+V3（7分）（1）第1條向量指令與第2條向量指令之間有V0的先寫后讀相關(guān)，兩者可以鏈接（2分）。第3條向量指令與第2條向量指令之間有源向量寄存器組V0的沖突，它們之間只能串行（1分）。第3條向量指令與第4條向量指令之間有加法功能部件的使用沖突，它們之間也只能串行（1分）。（1+6+1）+（1+7+1）+63+（1+6+1）+63+（1+6+1）+63=222（拍）（4分）（2）3條向量指令之間沒有功能部件的使用沖突（1分），但是第1，2條兩條向量指令與第3條向量指令之間有V2和V3的先寫后讀相關(guān)（1分）。只要讓第1條向量指令較第2條向量指令提前1拍啟動(dòng)，則第1，2兩條向量指令的第1個(gè)結(jié)果元素就可被同時(shí)鏈入到第3條向量指令中（1分）。（拍）（4分）七、Cache-主存存儲(chǔ)層次中，主存由8個(gè)塊組成（0－7），Cache為4塊。假設(shè)Cache已先后訪問并預(yù)取了主存的第4,2塊，現(xiàn)訪存地址流又為：5,1,5,2,6,3,4。（1）如果Cache存儲(chǔ)器采用全相聯(lián)映象，并采用LRU替換算法。請(qǐng)?zhí)顚懕?Cache存儲(chǔ)器中的Cache使用過程，并標(biāo)出命中時(shí)刻。（3分）表1全相聯(lián)映象的Cache使用過程訪存塊地址流5152634Cache塊0Cache塊1Cache塊2Cache塊3（2）計(jì)算以上全相聯(lián)映象Cache存儲(chǔ)器的失效率F。