《计算机系统结构》期末考试试卷（A） 一、单项选择题（每小题2分，共20分） 1. 对汇编语言程序员透明的是( )。
A. 指令寄存器 B.中断字寄存器 C.通用寄存器 D. 条件码寄存器 2. RISC不采用的实现技术是（ ）。
A.重叠寄存器窗口 B.以固件为主 C.优化编译 D.优化延迟转移
3. 对于浮点数，在字长和表数精度一定的条件下，尾数基值越大，表数效率（ ）。 A.变低 B.变高 C.不变 D.单调下降 4. 字节多路通道的“数据宽度”是（ ）。
A.单字节 B.双字节 C.定长数据块 D.不定长数据块
5. 在有通道处理机的I/O系统中，用户通过（ ）来向系统提出访问I/O设备的申请？ A.通道指令 B.广义指令 C.无链通道指令 D.中断指令
6. 在先行控制技术的实现中，对主存储器操作优先级最高的部件是（ ）。 A.先行读数栈 B.后行写数栈 C.先行指令栈 D.先行操作栈
7. 在处理数据相关时，采用相关专用通道（旁路）技术，主要是解决（ ）相关。 A.RAW B.WAR C.WAW D.任何
8. 在页式虚拟存储器中，页面失效和页面争用有可能同时发生的条件是主存中的页面数（ ）。（注：下式中的p为主存地址中的实页字段）
A.大于2p页 B.等于2p页 C.小于2p页 D.不等于2p页 9. 在Cache-主存系统中，块冲突概率最高的地址映像方式是（ ）。 A.全相联映像 B.直接映像 C.组相联映像 D.段相联映像 10. 能够实现矩阵转置变换的单级互连网络是（ ）。 A.立方体 B.全混洗 C.PM2I D.交换 二、填空题（每小题2分，共20分）
1．在30MHz的标量处理机上执行一目标程序，设每条指令的平均CPI=1.9。其CPU速率为（ ）MIPS？
2．8位十六进制IEEE754单精度浮点数BE200000H，表示的十进制数为（ ）。 3．某I/O系统有两个选择通道，每个通道上都接有速率分别为500、450、600和500（KB/S）的四台设备。则I/O系统的实际流量为（ ）KB/S。
4．一模型计算机有7条指令，已知H=1.98，哈夫曼编码的平均码长L哈=2.05（位），信息冗余量约为（ ）%。5．某单体四字（每个字长32位）的存储器的访问周期为40ns，在不考虑任何冲突的情况下，其理想频宽为（ ）MB/S？ 6．在N=16个处理器的单级互连网络中，当互连函数为PM2-2时，第9号处理器将与（ ）号处理器相连？
7．某用户的段页式虚拟存储器，虚地址中有2位段号、2位页号，则该用户共有（ ）个虚页？
8．一标量指令流水线，有“取指”、“译码”、“执行”和“写回”四个功能段，每段延迟分别为0.2、0.2、0.5、0.4(ns),流水线的最大吞吐率为（ ）MIPS？
9．在某页式虚拟存储器中，用散列变换方法实现对快表的访问。已知虚地址中的用户号为8位、虚页号为12位。快表有32行，每行1024位。那么，散列变换电路的输出位数应为（ ）位？
10．在CRAY-1型向量处理机上，设从存储器读数需6拍，打入寄存器需1拍，启动功能部件（包括存储器）需1拍。完成一个N=64的向量由存储器传送到某一向量寄存器所需要的总时间是（ ）拍？
三、（10分）有一字节多路通道连接磁盘，磁带，打印机三个设备，磁盘以20μs的间隔向控制器发DMA请求，磁带以25μs的间隔发DMA请求，打印机以40μs间隔发DMA请求。字节多路通道选择设备的时间为4.5μs，传送一个字节需要的时间为0.5μs。 (设起始时刻三个设备同时发出请求，且速率越快的设备优先级别越高)
（1）试问该通道能否正常工作? （2）画出通道工作时的示意图。 四、（10分）设某程序包含5个虚页，其页地址流为4，5，3，2，5，1，3，2，2，5，1，3。 （1）为获得最高的命中率，至少应该分配给该程序几个实页？其可能的最高命中率为多少？ （2）假设在程序执行过程中每访问一个虚页，平均要对该虚页所在主存实页内的存储单元访问1024次，求访问主存存储单元的命中率。 五、（10分）在一个5功能段的流水线处理机上需经9△t才能完成一个任务，各段执行时间均为△t，任务处理过程对各段使用时间的预约表如下所示。 S1 S2 S3 S4 S5 T1 √ T2 √ T3 √ T4 √ √ T5 √ T6 √ T7 √ √ T8 √ T9 √ (1)画出流水线的状态有向图，并由状态图得出流水线的最优调度策略和最大吞吐率。 (2)按最优调度策略输入6个任务，求流水线的实际吞吐率、加速比和效率。 六、（10分）在64个处理器的STARAN 网络中，求： （1） 网络共有多少级？每级有多少个交换开关？
（2） 若将3号处理器连到第31号处理器，求级控信号。并说明各级开关的工作状态。 （3） 在（2）所求的级控信号下，31号处理器连到几号处理器？ 七、（10分）分别计算下列两种情况下，在8个处理单元的双向环互连的并行处理机中，计
算点积 S= 所需要的时间：
（1）n=8； （2）n=16；
设相邻处理单元之间传送一次数据需要时间△t，完成一次加法需要时间2△t，完成一次乘法需要时间4△t。 八、（10分）某系统有3个部件可以改进其性能，且它们改进后的加速比分别为：30、20和10。
(1)如果部件1和部件2改进前的执行时间占系统的总时间的比例均为30%，那么部件3改进前的比例为多少时，才能使系统的加速比达到10？
(2)如果3个部件改进前的执行时间占系统总执行时间的比例分别为30%、30%和20%，那么改进后系统获得的加速比是多少？
《计算机系统结构》期末考试试卷（B） 一、填空题：（每空1分、共10分）
1．按照Flynn分类法，可将计算机系统分为四类。其中SIMD是指 计算机，MIMD是指 计算机。
2、RISC计算机实现的关键技术有 技术、采用流水和 技术、在逻辑上采用硬件实现为主和固件实现为辅的技术、采用优化编译技术。
3．在组相联的Cache 地址变换过程中，若E=6位、Q=4位、B=2位、W=7位，则块表的行
数为 行，每行有 位（二进制）。 4．有指令：
DEC R6 ;(R6)-1→R6 MUL R6，R7 ;(R6)×(R7)→R6
请指出以上两条指令间存在着 相关和 相关。
5．多级互连网络的三个关键技术是指 、 和控制方式。 二、单选题：（每小题2分、共20分） 1．自定义数据表示包括描述符和（ ）。
A、标志符数据表示 B、十进制数据表示 C、堆栈数据表示 D、向量数据表示 2．通过对浮点数尾数基值的分析，IEEE754浮点数中尾数基值采用的是（ ）。 Ａ、二进制 Ｂ、八进制 Ｃ、十进制 Ｄ、十六进制
3．在CPU系统设计中，欲对ALU进行加速。经分析，已知ALU原运行时间占40%。并将ALU的速度提高到原来的10倍。则改进前后CPU的加速比是（ ）。 Ａ、1.56 Ｂ、2.0 Ｃ、3.12 Ｄ、4.0。 4．非堆栈型的页面替换算法是（ ）。
Ａ、FIFO Ｂ、LFU Ｃ、LRU Ｄ、OPT
5．一选择通道处理机上连接有速率分别为500、350、400和450(MB/S)的四台设备，则选择通道的实际吞吐率为（ ）(MB/S)。
A、500 B、350 C、1700 D、850
6．在页式虚拟存储器中，对于同一页地址流，当主存容量一定时，采用LRU替换算法，随着页面数的增加，主存命中率（ ）。
Ａ、提高 Ｂ、降低 Ｃ、不变 Ｄ、至少不会下降
7． 在集中式总线控制方式中，分配速度最快、灵活性最好的控制方式是（ ）。 Ａ、串行链接 Ｂ、计数查寻 Ｃ、定时查寻 Ｄ、独立请求
8．设一流水线由4个子过程组成，第1、3个子过程序时间为2Δt，第2个子过程序时间为3Δt，第4个子过程的时间为4Δt，则流水线每隔（ ）流出一结果。 Ａ、Δt Ｂ、2Δt Ｃ、3Δt Ｄ、4Δt 9．在超标量超流水线中，每个时钟周期（ ）发送多条指令。
A、不同时发送 B、同时发送 C、分时发送 D、既同时又分时 10．当N=8时，蝶式函数的表达式为（ ）。 A）C）
B） D）
三、应用题：（共7题、共70分）
1． 将IEEE754单精度浮点数BFC00000H、C0A00000H转换成十进制数。（10分）
2．设一模型机有8条指令，它们的使用频度如下表所示。请设计出指令的Huffman编码和只有两种码长的扩展操作码编码，求其平均码长和信息冗余量。（已知H=2.35）（10分）
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 指令 使用频度 0.3 0.3 0.2 0.1 0.05 0.02 0.02 0.01 3．设主存的每个分体的存储周期为2us,每个分体的字长为4B，采用m个分体低位交叉编址。
由于各种原因，主存的实际频宽只能达到理想频宽的0.6倍，现要求主存实际频宽为4MB/S,问主存分体数应该取多少？（10分）
4．某处理机的指令字长为16位，有双地址、单地址和零地址指令三类，每个地址码长为6
位。如果双地址指令有15条，单地址和零地址指令的条数基本相同，那么单地址和零地址指令各有多少条？并为这三类指令分配操作码。（10分）
span style=\z-index:1; left:0px; margin-left:135.6667px; margin-top:29.2000px; width:429.0000px; height:97.0000px; \
5．有一浮点乘法流水线如下图所示。画出在该流水线上实行A×B×C×D运算的时空图，并求其实际吞吐率和效率。（10分）
6．已知有一非线性流水线的原始冲突向量为(10001101)，试画出状态转移图，并求出平均延迟最小的最佳调度方案。（10分）
7．在CRAY-1型向量处机上，V为向量寄存器，长度为64；S为标量寄存器。所用浮点功能部件的执行时间分别为：加法需6拍，乘法需7拍，从存储器读数需6拍，求倒数近似值需14拍，打入寄存器需1拍，启动功能部件（包括存储器）需1拍。问下列各指令组中的哪些指令可以链接？哪些可以并行执行？说明 原因并分别计算各指令组全部完成所需的拍数。（10分）
（1） V0←存储器 ，V1←V2+V3，V4←V5×V6； （2） V3←存储器，V2←V0×V1，V4←V2+V3；
《计算机系统结构》期末考试（A）卷参考答案 一、单项选择题（每小题2分，共20分） A、B、B、A、B、B、A、B、B、B 二、填空题（每小题2分，共20分）
span style=\z-index:1; left:0px; margin-left:196.0000px; margin-top:15.5333px;
width:134.0000px; height:126.0000px; \1． 15.79
2． -5/32或-0.15625 3． 1200 4． 3.4 5． 400 三、（10分）（每小题5分） 解：（1）
通道的极限流量（2分）
通道的实际流量因为
，所以该通道能正常工作。（1分）
（2分）
（注：极限流量和实际流量都是近似值，如果相差不大则给全分）
（2）通道的工作示意图如下所示
span style=\z-index:1; left:0px; margin-left:28.0000px; width:463.0000px; height:141.0000px;
margin-top:0.0000px;
\
（此图是“示意图”，主要检查①每个设备的申请间隔；②每个申请的完成时间。如果①②都对则给5分；只有其中之一正确，则给3分；其它可酌情给分） 四、（10分）（7分+3分） 解（1）（7分）
（LRU法的堆栈处理过程略）至少应分配4个实页（4分） （注：如果过程不是堆栈处理则-2分，但不影响后面得分） 最高命中率H=7/12=58.3%（3分）
（2）单元的命中率H=(7×1024+5×1023)/12×1024=99.96%（3分） 五、（10分）（7分+3分） 解（1）（7分）
禁止表F=(8,4,3,1) （2分），初始冲突向量： C0=（10001101）（2分） 状态图如下：（2分）
（说明：有状态图，但不正确给1分；无状态图，此步不给分） 由此可得最佳的调度策略是（2，5），TPmax=1/3.5△t（1分） (2) （3分：每个结果得1分）
按最优调度策略输入6个任务，实际吞吐率： TP= 6/（9+2+5+2+5+2）△t =6/25△t 加速比 S= （6×9）△t / 25△t =2.16
流水线的效率= （6×9）△t / (5×25△t) = 0.432 六、（10分）（4+3+3分）
解（1）网络级数=log264=6，每级的开关数=64/2=32个。（4分） （2） PE3的二进制地址：000011 PE31的二进制地址： 011111
000011 ⊕ 011111 =011100 级控信号为K5 K4 K3 K2 K1 K0=011100；（结果正确给3分） （或直接说明：“K2、K3和K4级开关为交叉，其它为直连”，也给3分） （4）31号处理器连到3号处理器。（3分） 七、（10分）（每小题5分）
武汉大学计算机学院2004级系统结构试卷
