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文檔簡介
本文格式為Word版,下載可任意編輯——2023年成教系統結構復習題計算機系統結構復習題
8、某工作站采用時鐘頻率f為15MHz,處理速率為10MIPS的處理機來執行一個已知混合程序。假定每次存儲器存取為1周期延遲。假使假定將處理機的時鐘頻率f提高到30MHz,但存儲器子系統速率不變。這樣,每次存儲器存取需要兩個時鐘周期,假使30%指令每條只需要一次存儲存取,而另外5%每條需要兩次存儲存取,還假定已知混合程序的指令數不變,并與原工作站兼容,試求改進后的處理機性能。參考答案:
(a)時鐘頻率之后需要增加一個時鐘周期;同樣,另外5%的指令需要增加兩個時鐘周期。
CPInew=(改進前執行混合程序的所需時鐘周期數+30%×1×指令數+5%×2×指令數)/指令數=改進前有效CPI+30%×1+5%×2=1.5+如題所述,30%的指令需要一次存儲存取,則這些指令在處理器提高0.3+0.1=1.9
處理速率MIPS=fnew/(CPInew×106)=30×106/(1.9×106)=15.79MIPS假設混合程序的指令數為IC,則有
可見,改進后工作站性能提高了。
9、有一臺磁盤機,其平均尋道時間為30ms,平均等待時間為10ms,數據傳輸率為500B/ms,磁盤機上存放著1000件每件3000B的數據,先欲把一件件數據取走,更新后放回原地。另外使用CPU更新信息所需的時間為4ms,并且更新時間同輸入輸出操作不相重疊。求:(1)更新磁盤上全部數據需要多長時間?
(2)若磁盤機轉速和數據傳輸率都提高一倍,更新全部數據需多少時間?參考答案:1)94s2)80s
10、超標量機、超流水線機、超標量超流水線機都能開發指令級的并行性。假設這3種機器的流水線都為4段,每段均為1個時鐘周期。還假設超標量處理機每個時鐘周期可同時啟動3條指令,超流水線機每隔1/3個時鐘周期啟動一條指令,超標量超流水線機每次啟動3條指令,每隔1/3個時鐘周期啟動一次指令。現有9條指令的代碼序列,問這3種機器各需要多少個時鐘周期才能執行完畢,求各流水線的效率。畫出時空圖。參考答案:(1)超標量處理機
每次發射3條指令,3次發射完畢,共需要4+3-1=6個時鐘周期效率為9×4/(6×3×4)=50%時空圖略
(2)超流水線處理機
每次發射1條指令,每個時鐘周期發射3條指令,則第9條指令在8/3個時鐘周期處發射,共需要8/3+4=6.67個時鐘周期
效率為9×4/(6.67×3×4)=45%(3)超標量超流水線處理機
每次發射3條指令,每個時鐘周期發射3次指令,則最終一次指令在2/3個時鐘周期處發射,共需要2/3+4=4.67個時鐘周期
效率為9×4/(4.67×3×4×3)=21.4%
1、對計算機系統中經常使用的基本單元功能,宜于用軟件來實現,這樣可降低系統的成本。()2、由于RISC簡化了指令系統,因此,RISC上的目標程序比CISC上的目標程序要短一些,程序執行的時間就會少一些。()
3、存儲器采用單體單字,還是多體交織并行存取,對系統結構設計應是透明的。(4、在存儲體系中,地址的映象與地址的變換沒有區別。()
5、頁面失效請求可以在每條指令執行到末尾時檢測,以便在此時看是否調頁。(6、在滿足Cache與主存的一致性方面,寫回比寫直達法好。()
))
7、流水線調度是看如何調度各任務進入流水線的時間,使單功能線性流水線有高的吞吐率和效率。()8、無論采用什么方法,只要消除流水線的瓶頸段,就能提高流水線的吞吐率和效率。()9、要使線性流水線的實際吞吐率接近于理想的最大吞吐率,應將子過程數分得越多越好。()10、在系列機內可以將單總線改為雙總線,以減少公共總線的使用沖突。(名詞解釋1.存儲系統:2.兼容機:3.存儲系統:4.平均啟動距離:5.堆棧型替換算法:6.直接網絡7.仿真與模擬
8.Amdahl定律及其計算公式9.MFLOPS
10.Flynn分類法:計算機系統結構的一種分類方法.依照同時執行的指令流與數據流在系統中的數目,
將系統結構分為:SISD單指令單數據流,SIMD多指令流多數據流,MISD多指令流單數據流,MIMD多指令流多數據流。
11.動態互連網絡:設置有源開關,可以根據需要借助控制信號對連接通路加以重新組合實現所所要求通
信模式的網絡
12.結點度:與節點相連接的邊(即鏈路或通道)數。
13.間接網絡:網絡中的結點不是通過直接相連的通道進行消息通信,而是通過網絡的開關機構進行。1.超標量處理機的特點:超標量處理機一般具有多于一條的流水線,一臺m度的超標量處理機可同時發
射m條指令,指令的發射等待時間為1個時鐘,指令的并行度為m。
2.程序中有哪兩類相關,分別可以采取什么方法來解決?:程序中可能出現下兩類相關
數據相關:數據相關指在執行本條指令的過程中,假使用到的指令、操作數、變址偏移量等是前面指令的執行結果,則必需等待前面的指令執行完成,并把結果寫到主存或通用寄放器中之后,本條指令才能開始執行。可以采取設置專用數據通路、延遲執行等方法來解決數據相關。
控制相關:控制相關指由條件分支指令、轉子程序指令、中斷等引起的相關。可以采取靜態分支預計技術、動態分支預計技術、提前形成條件碼等來解決控制相關。1.Cache一致性問題主要由哪些可能的因素有關?
2.在先行控制方式處理機中,為了保證處理機的最大性能,對于控制相關(包括短循環)采取了哪些應
對措施?
3.數據類型、數據表示和數據結構之間的關系是什么?在設計一個計算機系統時,確定數據表示的原則
主要有哪幾個?
4.從機器(匯編)語言程序員看,以下哪些是透明的?指令地址寄放器;指令緩沖器;時標發生器;條
件碼寄放器;乘法器;主存地址寄放器;磁盤外設;先行進位鏈;移位器;通用寄放器;中斷字寄放器;參考答案:透明的有:指令緩沖器、時標發生器、乘法器、先行進位鏈、移位器5.用具體例子來說明計算機系統結構、計算機組成和計算機實現三個概念。6.綜述線性流水線和非線性流水線的異同?7.虛擬機
)
8.程序訪問的局部性
9.簡述現代計算機系統的分類方法及其機制:
10.從機器(匯編)語言程序員看,以下哪些是透明的?
11.指令地址寄放器;指令緩沖器;時標發生器;條件碼寄放器;乘法器;12.主存地址寄放器;磁盤外設;先行進位鏈;移位器;通用寄放器;中斷字寄放器13.直接網絡
14.請說明計算機系統結構、計算機組成和計算機實現三個概念。
15.在先行控制技術和流水線處理機中,程序中有哪兩類相關,其具體內容是什么?分別可以采取什么方
法來解決?16.堆棧型替換算法
1.浮點數據表示方式要研究的核心內容是與這種數據表示方式
的、、和之間的關系。
2.體系結構設計者在決定哪些基本功能用指令來實現時主要考慮的因素有三個,它們是:、
和。
3.確定哪些數據類型用數據表示來實現的原則主要有三個,一個是,另一個是,第三個是。
4.優化目標程序的指標主要有兩個:一個是,另一個
是。
5.是RISC思想的精華。
6.并行存儲器產生訪問沖突的根源主要有兩個,一個是,另一個
是。
7.存儲器的性能尋常用、、三個主要指標來表示。8.先行控制技術的關鍵是和。
9.根據計算機的不同側面特征可以將計算機作各種不同的分類,課本上介紹的三種分類法分別
是:,,。10.虛擬存儲器中有三種地址空間,它們分別是:
1.,,。
11.在采用先行控制方式的處理機中,一般要設置四個先行指令緩沖棧,它們分別
是:、、和。12.在采用先行控制方式的處理機中,數據相關主要有四種,分別是:。
13.可以從兩個方面來開發處理機內部的并行性,一個是所謂的、即在一個處理機內設置
多個獨立的操作部件,并讓這些部件并行工作;另一個是。14.衡量流水線性能的主要指標有、和。15.提高向量處理機性能的常用技術可以有:
i.
、、、。
16.軟件和硬件的成本各由兩部分組成,它們是:、和。
17.浮點數據表示的、和三個主要性質都與
有關。
18.設計指令系統時,功能方面最基本要求是:、、和。
19.優化目標程序的指標主要有兩個:一個是,另一個
是。
20.目前在RISC處理機中主要采用如下幾種技術,它們是:
21.、、、和、以及。22.并行存儲器產生訪問沖突的根源主要有兩個,一個是,另一個
是。
23.先行控制技術的關鍵是和。
24.根據計算機的不同側面特征可以將計算機作各種不同的分類,課本上介紹的三種分類法分別
是:,,。25.虛擬存儲器中有三種地址空間,它們分別是:
26.設計處理機的基本任務之一是縮短解釋指令的時間,尋常提高指令執行速度的途徑有三種,它們分別
是:、、。
27.尋常把先行控制方式中的、、、和
統稱為。
28.指令級并行技術又有三種實現的基本方法:第一種是,其次種是,第三種是。
29.短循環程序應當滿足的三個條件是:1、;2、;3、。30.提高向量處理機性能的常用技術可以有:
31.、、、。
32.衡量流水線性能的主要指標有、和33.在以下常用術語后面,寫出相應的中文名稱:
VLSIMPPRISCDMA9.外設接口的主要功能是、、。
34.在由n臺計算機構成的并行計算機中,其運行程序的加速比比一般都小于n,其主要原因是
和。
35.從計算機系統結構的發展和蛻變來看,早期的計算機是以、為中心的系統結構,而近代的計算機是以、為中心的系統結構。
36.軟件和硬件的成本各由兩部分組成,它們是:、和、。37.從廣義上將,計算機中引入并行性有三種基本途徑,分別是
、,、,、。
38.浮點數據表示的、,、和、三個主要性質都與、
有關。
39.優化目標程序的指標主要有兩個:一個是、,另一個
是、。
40.設計指令系統時,功能方面最基本要求是:、、、、、和、。41.在指令格式中,采用擴展操作碼設計方案的目的是。
42.在多級存儲體系中,Cache存儲器的主要功能是,虛擬存儲器的主要功能是。43.先行控制技術的關鍵是19、和20、。44.目前在RISC處理機中主要采用如下幾種技術,它們是:。
45.并行存儲器產生訪問沖突的根源主要有兩個,一個是,另一個
是。
46.根據計算機的不同側面特征可以將計算機作各種不同的分類,課本上介紹的三種分類法分別是:。47.浮點數據表示方式要研究的核心內容是與這種數據表示方式的、、和之間的關系。
48.體系結構設計者在決定哪些基本功能用指令來實現時主要考慮的因素有三個,它們是:、
和。
49.確定哪些數據類型用數據表示來實現的原則主要有三個,一個是,另一個是,第三個是。
50.優化目標程序的指標主要有兩個:一個是,另一個是、。
51.是RISC思想的精華。
52.并行存儲器產生訪問沖突的根源主要有兩個,一個是,另一個
是。
53.存儲器的性能尋常用、、三個主要指標來表示。54.先行控制技術的關鍵是和。
55.根據計算機的不同側面特征可以將計算機作各種不同的分類,課本上介紹的三種分類法分別
是:,,。56.虛擬存儲器中有三種地址空間,它們分別
是:,,。
57.提高向量處理機性能的常用技術可以有:、、和。計算題
1、設向量長度均為64,在CRAY-1機上所用浮點功能部件的執行時間分別為:相加6拍,相乘7拍,求倒數近似值14拍;從存儲器讀數6拍,打入寄放器及啟動功能部件各1拍,問以下各指令組,組內的哪些指令可以鏈接?哪些指令不可鏈接?不能鏈接的原因是什么:分別計算出各指令組全部完成所需要的拍數
1)V0←存儲器
V1←V2+V3V4←V5*V6
(2)V2←V0*V1
V3←存儲器V4←V2+V3
(3
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