1、P463A）16 B）1 C）32 D）1720、ILLIAC W是一种（C ）。A）流水线处理机 B）指令重叠处理机 C）阵列处理机 D）多处理机二、（ 10 分）判断题：1 、对计算机系统中经常使用的基本单元功能，宜于用软件来实现，这样可降低系统的成本。（ F ）2、 由于RISC简化了指令系统，因此， RISC上的目标程序比 CISC上的目标程序要短一些， 程序执行的时间就会少一些。 （ F ）3、 流水线调度是看如何调度各任务进入流水线的时间， 使单功能线性流水线有高的吞吐率和 效率。（ T ）4 、无论采用什么方法， 只要消除流水线的瓶颈段， 就能提高流水线的吞吐率和效率。5、 在满
2、足 Cache 与主存的一致性方面，写回比写直达法好。6、 在多处理机上， 各个任务的执行时间不同时， 在个处理机总的运行时间均衡的前提下， 取 不均匀分配，让各处理机所分配的任务数要么尽量的多，要么尽量的少，这样，才可使总的 运行时间减少。7、 Cache 组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。8、 要使线性流水线的实际吞吐率接近于理想的最大吞吐率， 应将子过程数分得越多越好。 （ F）9、 在系列机内可以将单总线改为双总线，以减少公共总线的使用冲突。10、 0-15共16个处理单元用 Cube 2单级互连网络互连，第 10号处理单元将连到第 8号处 理单元。（ F ） 三、（10分） 如果
3、某计算机系统有 3个部件可以改进，则这三个部件经改进后的加速比分别 为：S仁30 , S2=20 , S3=10。（ 1 ）如果部件 1 和部件 2 改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例都为 30%，那么， 部件 3 改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少， 才能使 3 个部件都改进后的整6（4）在多个部件同时改进的情况下，Amdahl定律应扩展为:个系统的加速比Sn达到10 ?（2）如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别为 30%、30%和20% ,那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时 间中占的比例是多少？已知S4=3（
4、h S2=2O, S3=10f Sn=10s Fe1=0.3, Fe2=0.3?因此有:10=1/1-（0.3+0.3+Fe3）+（0.3/30-rt）.3/20+Fe3/10）可得：Fe3=0.36已知S佃30, S2=20f S3=10 Fe1=0.3s Fe2=0,3, Fe3=0.2,因此有:Sn=1/1-（03+0.3+0.2）+（03/30+0.3/2040.2/10）n4.1未改进部分所占时间20%T0改进后总时间ID=改进后改进部分所占时间十改进后未改进部分所占时间=（To30%/3O+To30%/20+To20%/10 ） +20%T0 =24,5%T0所以，未改进部分的执行
5、时间在整个系统的执行时间中所占的比例为：20%T0/24.5%T0=82%四、（10分）一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为 35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。（1 ）要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。（2） 设计8字长的寄存器-寄存器型指令3条，16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式 指令4条，变址范围不小于土 127。请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。解：（1）要使得到的操作码长度最短，应采用 Huffman编码，构造Huffman树如下：0.35 0.25 0.20
6、 10.10 10.05 10.03 0.021.00由此可以得到7条指令的编码分别如下:指令 出现的频率编码135%00225%01320%10410%11055%11103%1111072%11111这样，采用Hufman编码法得到的操作码的平均长度为：H = 2 X （0.35+0.25+0.20） + 3 X 0.10 + 4 X 0.05+ 5 X （0.03 + 0.02）=1.6+0.3+0.2+0.25=2.35（2）设计8位字长的寄存器-寄存器型变址寻址方式指令如下，因为只有8个通用寄存器，所以寄存器地址需 3位，操作码只有两位，设计格式如下：2 3 3操作码0P 源寄存器R
7、1 目的寄存器R2三条指令的操作码分别为 00，01，10设计16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令如下：4 3 1 8操作码0P通用寄存器变址寄存器偏移地址四条指令的操作码分别为 1100， 1101，1110，1111题：一个程序由5个虚页组成I采用LFU替快算法，在程序执冇过程中，依 次访问的意味地址流如下：4, 5, 3, 2, 5, 1, 3, 2, 3, 5, 1, 31） 可能的最髙页命中率是务少？2） 至少要分配给该程序多少个页面才能获得最高的命申率。3） 如栗在程序执行过程申每访问一个页面，平均要对该页面内的存 储单元仙24次，求访问存储单元的命申率。解蓉：（1） 由于
8、在頁地址流中互不相同的页共有5页*因氏可能的最高页命申率力 M 125 7H N+Ni 12 _12（2） 由于LFU算法为堆桟型替换算;4,即fit着分配给该程序的主存頁面数 滅少，其命申車单调递减，Sih,可果用逐甬城少所分配的主存页数 的方法进冇推算：若分配N个页面时可获得最高命申車，但分配个 页面时命申率却减少*这时我们可以得出分配給N个主存页面才能获得 最高命中率的结论.时间891112页地址洗LFU 命申了次4*1*5*3*32*T进中换申LFU命中3次V讲讲丨进I换（3）访问存储单元的命申車为：5 7.999591024x12-H = “1024x12五、（10 分）在页式虚拟存
9、储器中，一个程序由 P1P6共6个页面组成，系统分配给这个程序的主存只有 4个页面。在程序开始执行之前， P1至P4已经装入主存。程序执行过程中依次访问到的页面如下： P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2，P4，P1。采用LRU页面替换算法对这 4页主存进行调度。（1） 画出主存页面替换和命中的情况表。（2） 计算两种页面替换算法的页命中率。（3） 假设每个数据平均被访问 10次，采用LRU页面替换算法，为了使页面失效率小于 10-5，计算页面大小至少应该为多少？六、（10分）有一个4段流水线，如下图所示:其中，段S1和S3的执行时间均为 200ns,段S2和
10、S4的执行时间均为100ns。（1）分别使用公式和时空图求连续流入 4条指令的实际吞吐率和效率。（2 ）若瓶颈段S1可使用细分方法改造，瓶颈段 S3可使用并联方法改造，对改造后的流水线，分别使用公式和时空图求连续流入 4条指令的实际吞吐率和效率（1）使用公式计算如下：n 4 1TP1= = = E Atj+（n-1）Atj （200+100+200+100）+（4-1） X 200 300nE AtJ 4X（200+100+200+100）E1= = = 0.5.k政蠡前时空图:T P1=4/（12 A t）=4/（12 X100）=1/300 E1=（8At+4A t+8 At+4A t）/
11、（4 X12A t）=0.5k Atj+（n-1）Atj 4 X （200+100+200+100） +（4-1） X 200（2）政造后的时空图（公式计算略）:J iS4S32S31S2pi-S12S11TP2=4/（9 A t）=4/（9 X100）=1/22.5E2=（6 X4A t）/（6 X9A t）=0.44七、（10分）设向量长度均为64，在CRAY-1机上所用浮点功能部件的执行时间分别为：相 加6拍，相乘7拍，求倒数近似值 14拍；从存储器读数 6拍，打入寄存器及启动功能部件 各1拍，问下列各指令组， 组内的哪些指令可以链接？哪些指令不可链接？不能链接的原因 是什么：分别计算出
12、各指令组全部完成所需要的拍数。（4） Vg存储器V1 1/V0 Vg存储器 （2） V2- V0*V1 （3） V*存储器V1V2+V3 V3存储器 VP V0*V1解:第二乘启蚤聶令与第二条向量指令有源目向量相关，可以链接执行; 第一条向量指令与第二、三条向量指令无关，町以与它们并行执行。64-1=阳柏启动访有存V3送淨如邦件泮加存W第存V4其件厚乘存 加靜件分量它分量（2）三条向量指令都无关，所以，三条向量指令可以并行执行.7246启动访存 送浮加部件 送浮加部件 谡浮棗部件 送浮乘部件访存洋乘存V0 存V4 浮兼存W第 一分量存W其它 分量V4 V2+V3V* V2+V0V5 V3+V4
13、V3 V1*V2（3）第二条向量指令与第一臬向量指令有源目向量相关，可以链接执行；第 三条向量指令与第二条向量指令有源向量冲突，故只能等到第二条向量指 令执行完毕后，才能执行第三条向量指令。451柏启动 访存存 V0送浮乘部件 送浮乘部件浮 乘存 V2送浮抑部件 送澤损部件浮疔V3V4 V5*V6注囂：1）在分析向量指令的处理时，特别关注无关向量指令的并行执行， 源目向量相关的向量指令的链接执行，除源目向量相关外其它发生向量寄存 器冲突的向量指令的串行执行，功能部件冲突的向量指令的串行执行以及向 量内部各分量流水处理之间的区别“2）启动、输出延迟（各4拍八、（10分）假定有128个处理器,采用
14、PM2I多级网络互连，若网络中的i=2的1级损坏，拟 用Cubei多级网络代替损坏的这一级，试说明最多需要几级 Cubei网络?分析：已知PM2I和Cm用的互连函数分别为:PM2ti（X）=X+2 mod N 其中,0=X=N-1,n=log2N?0=i=n-1由题,WN=1285n=logzN=7? PM2I多级网络匸2级实现的互连为：PMZtXJsX+X-M mod 128 0=127用二进制表示该级坷络的输入端和输出端的编号，实现的互连为:PM2+2（x6x5x4x3x2x1）= xsx6x4x3x2x1 x0+100 mod 128若PM2I多级网络中,pivi级损坏屛 皿阴多级网络代
15、替，即要求Cm加j 多级网络能实现PM2定的互连.对于级网络的428个输入端中所有惫=0的输入端，有；sCubejfXgXgXgXTXo）PM2+2（x6x5x2）x3x2x1 x（）=农嘉&焉惫论观+40 mod 128则只需1级Gut黝阿络并实现Cube2M可以代替PM茲指定的连接.对于Qtei多级网络的也8个输入端中所有2=仁冥沪0的输入端，有：PM24（x6x5x4x3x2x1x0）= XgXgxxQ+lOO mod 128=x6x5x4x3x2x1x0=Cube3（Cube（xx5x4x3x2x1 Xo）则只需2级Qy塢网络并实现Cub砌（Cub购就可以代替FWI茲指定的连接.对于仙
16、騎多级网络的也鈴输入端中所有X2=K 冷=仁 砌=0的输入端，有:PM2（Xgx5x4x3x2X（= x0+100 mod 128=xex5x4x3x2x1x0=Cube4（Cube（Cube2（XgX5x4xqx2x1x0）H 则只需3圾Qu坡网络并实 Xe=O的输入端甫:PM2（Xgx5x4x3x2XtXq） = XgxXaXgXo+lOO mod 123 =岳壬去1观 =Cube3（Cube4（Cube3（Cube2（x6x5x4x3x2x1x0） 则只需4级QyMi网络并宴现CubejCub陶（CubeCub如）就可以代替 PWI2弋堵定的连接.对于Gub唆i多级网络的428个输入端中
17、所有X2=X3=X4=X5= 1花=0的输入端 W:PM2+2（x6x5x4x3x2x1 x（）= XgXsXgXjXQ+lOO mod 128 =XsXgXjXo =Cubee（Cube5（Cube4（Cube3（Cube2（xex5x4x3x2x1x0） 则需 5 级 CyJj 网烙并实现 Cube6（Cube5（Cube4（Cube3（Cube2）M 可以代 替PM2定的连接.因此，最多需要5级Q山勒网络代替FIVI2吃指定的连接.九、（10分）A和B都是元素为浮点表示的 64 X 64的二维数组，一次浮点加法的计算过程 可由取数、求阶差、对阶、尾数加、规格化和存数共 6个段组成，若每个
18、段的执行时间均为 t,请分别求出在下列结构不同的处理机上完成 C=A+B所需的时间及相对于顺序处理的加 速比。（1 ）顺序处理方式的处理机。（2） 具有浮点加法流水线的流水线处理机，且浮点加法流水线分为 6个段，各段执行时间 均为 10（3） 8X8的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器只能顺序处理浮点加运算。（4） 8X8的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器均能流水处理浮点加运算。（5） 64 X 64的阵列处理机，且处理阵列上和每个处理器均能流水处理浮点加运算。解.（4）顺序处理方式下，需要顺序执行的谆点加法次数为64X64=4096,每次薛 点加运算所需时间为6At,则全部运算所需时间
19、为：T1=4096X6At=24576At（2） 需要流水执行的浮点加法次数为64 X 64=4096,则一个K=6段浮点加法流 水线处理全部运算所需时间为：T2=（k+n-1） A t=（6+4096-1） A t=4101 At加速比：S2=T1/T2=5.9（3） 对于8X8的处理阵列，每个处理器需要处理64X64二维数组中的一个 8X8子数组，因此，每个处理器需要执行的浮点加法次数为8X&每次浮点 加法运算需要时间6At.每个处理器顺序执行64次浮点加法所需时间为 64X6At=384Ato 64个处理器并行处理，同时完成各自的64次浮点加运 算，所以，全部运算所需时间为：T3=384AtS2=T1/T3=64（4） 对于8X8的处理阵列，每个处理器需要处理64X64二维数组中的一个 8X8子数组，因此，每个处理器需要执行的浮点加法次数为8X& K=6段的 浮点加法济水线处理64次浮点加运算需要时间（k4n-1）At=（6+64 1）At=67At. 64个处理器并行处理，同时完成各自的64次浮点加运算，所 以，全部运算所需时间为：T4=67AtS2=T1/T4=366.8（5） 对于64X64的处理阵列，每个处理器只需执行一次浮点加运算，所需时 间为6At ,所以，全部运算所需时间为：T5=6AtS2=T1/T5=4096
