计算机系统结构Word格式文档下载.docx
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二、硬件和软件在什么意义上是等效的?
在什么意义上是不等效的?
试举例说明。
三、假设高速缓存Cache工作速度为主存的5倍,且Cache桩访问命中的概率为90%,则采用Cache后,能便整个存储系统获得多高的加速比SP?
第2章指令系统
一、一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10-7.2,表数范围正数不小于1038,且正、负数对尾数用原码、纯小数表示,阶码用移码、整数表示。
1.设计这种浮点数的格式。
2.计算
(1)所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。
二、一台处理机具有如下的指令格式
1
3位
X
OP
寄存器
地址
其中,
1.每个指令字中专门分出3位来指明选用哪一个通用寄存器(12位);
2.最高位用来指明它选定的那个通用寄存器将用作变址寄存器(X=1时);
3.主存容量最大为16384字。
问:
(1)假如我们不用通用寄存器也能直接访问主存中的每一个操作数,同时假设有用的操作码位数至少有7位,试问:
在此情况下,地址码域应分配多少位?
OP码应分配多少位?
指令字应有多少位?
(2)假设条件位X=0,且指令中也指明要使用某个通用寄存器,此种情况表明指定的那个通用寄存器将用基值寄存器。
请提出一个硬件设计规则,使得被指定的通用寄存器能访问主存中的每一个位置。
(3)假设主存容量扩充到32768字,且假定硬件结构已经确定不变,问采用什么实际方法可解决这个问题?
三、试回答有关RISC、CISC以及超标量的结构问题
1.就指令格式.寻址方式和每条指令的周期数CPI等方面比较RISC和CISC处理机的指令系统结构。
2.就指令发射,流水线和处理机性能等方面说明标量RISC和超标量RISC之间的区别。
四、在某个程序中,简单指令占80%,复杂指令占20%。
在CISC机中简单指令执行需4个机器周期,复杂指令执行需8个周期。
在RISC机中简单指令执行只需1个周期,而复杂指令要通过一串指令来实现。
假定每条复杂指令平均需要14条简单指令,即需要14个周期,若该程序中需执行的总指令数为1000000,TC为l00ns,那么:
1.RISC机需执行的指令数为多少?
2.CISC和RISC机的CPU时间分别为多少?
3.RISC机对CISC机的加速比为多少?
五、如指令执行过程采用顺序执行方式,一次重叠方式和流水线方式,它们的主要差别是什么?
各有什么优缺点?
计算机系统结构作业2
第3章存储系统
一、试解释以下与高速缓存结构有关的术语:
1.低位存储器交叉存取;
2.物理地址与虚拟地址高速缓存的比较;
3.原子与非原子存储器存取的比较;
4.存储器带宽与容错。
二、试比较四种高速缓存组织的优缺点
1.直接映射高速缓存;
2.全联想高速缓存;
3.组联想高速缓存;
4.区段映射高速缓存。
三、设有一个主存储器,它包含4个存储器模块,每个模块有256个字。
再假定每个高速缓存块中有16个字,高速缓存的总容量是256个字。
使用组联想映射将高速缓存块定位到块框中。
高速缓存被分成4组。
1.说明在主存储器的4路低位交叉存取结构中全部1024个字的地址分配。
2.存储器有多少块,高速缓存有多少块框。
3.说明在两层存储器系统中对每个字进行寻址所需的位字段。
4.表示出从主存储器的块到高速缓存的组的映射关系,并解释如何利用标记字段在每组范围内定位一个块框。
四、假定有一个处理机台数为p的共享存储器多处理机系统。
设m为典型处理机每条指令执行时对全局存储器进行访问的平均次数。
设t为共享存储器的平均存取时间,x为使用本地存储器的单处理机MIPS速率,再假定在多处理机的每台处理机上执行n条指令。
1.根据参数m,t,x,n和p,确定多处理机的有效MIPS速率。
2.假设一台多处理机有p=32台RISC处理机,m=0.4,t=1us,要使多处理机的有效性能达到56MIPS,需要每台处理机的MIPS速率是多少(即x=?
)?
第4章输入输出系统
一、某磁盘存储器转速为3000转/min,共有4个记录面,每道记录信息为12288B,最小磁道直径为230mm,共有275道。
1.磁盘存储器的存储容量是多少?
2.最高位密度是多少?
3.磁盘数据传输率是多少?
二、已知某磁盘存储器的转速为2400转/min,每个记录面道数为200道,平均查找时间为60ms,每遭存储容量为96Kbit,求磁盘的平均存取时间与数据传输串。
三、在用于数据库事务处理的计算机系统中,有以下两种IO系统:
1.系统A每秒钟支持1000个IO操作。
2.系统B每秒钟支持750个IO操作。
以上两种系统使用同样的CPU,其处理速度为50MIPS,假定每次事务处理需5个IO操作,每个IO操作需10000条指令。
忽略其他的延迟,问以上两种系统的最高事务处理速度是多少?
四、常用的直接存储器访问方式(DMA)有哪几种?
它们的工作原理和主要优缺点各是什么?
五、有5个中断源D1、D2、D3、D4、和D5,它们的中断优先级从高到低分别是1级、2级、3级、4级和5级,这些中断源的中断优先级、正常情况下的中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码见表4.5所示。
每个中断源有5位中断屏蔽码,“O”表示该中断开放,“1”表示该中断被屏蔽。
表4.55个中断源的中断优先级和屏蔽码
中断源名称
中断优先级
正常中断屏蔽码
改变后的中断屏蔽码
D1
D2
D3
D4
D5
2
3
4
5
1.当使用正常的中断屏蔽码时,处理机响应各中断源的中断服务请求的顺序是什么?
实际的中断处理次序是什么?
2.当使用改变后的中断屏蔽码时,处理机响应各中断源的中断服务请求的顺序是什么?
计算机系统结构作业3
第5章标量处理机与流水线
一、在一台单流水线多操作部件的处理机上执行下面的程序,取指令、指令译码各需要一个时钟周期,MOVE、ADD和MUL操作分别需要2个、3个和4个时钟周期。
每个操作都在第一个周期从通用寄存器中读操作数,在最后一个时钟周期把运算结果写到通用寄存器中。
k:
MOVER1,R0;
RI←(R0)
k+l:
MULR0,R2,R1;
R0←(R2)x(R1)
k+2:
ADDR0,R2,R3;
R0←(R2)+(R3)
1.就程序本身而言,可能有哪几种数据相关?
2.在程序实际执行过程中,有哪几种数据相关会引起流水线停顿?
3.画出指令执行过程的流水线时空图,并计算执行完这三条指令共使用了多少个时钟周期。
二、一条线性静态多功能流水线由6个功能段组成,加法操作使用其中的1、2、3、6功能段,乘法操作使用其中的1、4、5、6功能段,每个功能段的延迟时间均相等。
流水线的输入端与输出端之间有直接数据通路,而且设置有足够的缓冲寄存器。
现在用这条流水线计算:
F=
。
要求获得最好的性能。
画出流水线时空图,井计算流水线韵实际吞吐率、加速比和效率。
三、在下列不同结构的处理机上运行8x8的矩阵乘法C:
AxB,计算所需要的最短时间。
只计算乘法指令和加法指令的执行时间,不计算取操作数、数据传送和程序控制等指令的执行时间。
加法部件和乘法部件的延迟时间都是3个时钟周期,另外,加法指令和乘法指令还要经过一个“取指令”和“指令译码”的时钟周期,每个时钟周期为20ns,c的初始值为“0”。
备操作部件的输出端有直接数据通路连接到有关操作部件的输入端,在操作部件的输出端设置有足够容量的缓冲寄存器。
1.处理机内只有一个通用操作部件,采用顺序方式执行指令。
2.单流水线标量处理机,有一条两个功能的静态流水线,流水线每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期,加法操作和乘法操作各经过3个功能段。
第6章向量处理机
一、试解释下列与向量处理有关的术语
1.向量和标量的平衡点;
2.用户代码的向量化比例;
3.向量化编译器或量化器;
4.向量归约指令;
5.收集和散播指令;
6.稀疏矩阵和屏蔽指令。
二、在下列的处理机上计算S=
,求最短执行时间。
向量X和标量a在内存中,从内存读一个数据到寄存器需要10ns,做一次乘法需要20ns,做一次加法需要15ns,取指令、译码、读寄存器、写寄存器的时间忽略不计。
写出主要计算步骤。
(1)向量处理机,有访问存储器、乘法、加法三个独立的操作部件,三个操作部件均采用流水线结构,流水线周期为5ns。
(求最后4个数的乘积可以用标量流水线方法计算)
三、解释下列术语:
向量流水处理;
分段开采;
链接技术:
向量和标量的平衡点;
向量循环;
向量递归;
向量流水线流过时间;
半性能向量长度;
最大性能。
四、叙述向量流水处理的主要特点,它与标量流水相比有何不同之处?
五、向量流水机的工作方式可分为哪两大类?
它们的主要特点是什么?
计算机系统结构作业4
第7章互连网络
互连网络;
静态网络;
动态网络;
结点度;
网络直径;
选播;
广播;
通道流量;
网络通信时延。
二、解释下列与网络通信模式有关的术语
1.单播与选播;
2.广播与会议;
3.通道流量或网络流量;
4.网络通信时延。
第8章SIMD计算机
一、解释下列概念:
空间并行性;
时间并行性;
共享存储器结构;
分布式存储器结构;
标量处理机;
寻径功能。
二、区别与比较以下几个术语:
并行处理机;
SIMD计算机;
阵列处理机。
三、简述SIMD计算机的分布式存储器结构与共享存储器结构异同。
第9章多处理机
一、解释下列术语:
共享存储多处理机;
分布存储多处理机;
SMP;
S2MP;
MPP;
机群系统虚拟共享存储器;
Cache一致性。
二、多处理机有哪些基本特点?
发展这种系统的主要目的有哪些?
多处理机着重解决哪些技术问题?
三、何谓大规模并行处理机?
它的主要特点是什么?
四、何谓SMP?
五、何谓机群系统?
六、何谓虚拟共享存储器?
叙述它的优点。