3、难度级别：2
4、知识点：六、输入输出系统 5、分值：10
6、所需时间：15分钟
7、试题关键字：输入输出系统 8、试题内容：
设一个磁盘的平均寻道时间为20ms，传输速率是1MB/s，控制器开销是2ms，转速为每分钟5400转。求读写一个512字节的扇区的平均时间。 9、答案内容：
解：平均旋转延时 = 0.5/5400转/分 = 0.0056秒 = 5.6ms 2分
平均磁盘访问时间 = 平均寻道时间 + 平均旋转延时 + 传输时间 + 控制器延时 4分
= 20ms + 5.6ms + 0.5KB/1.0MB/s + 2ms = 20+5.6+0.5+2ms = 28.1ms 4分
10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：614 2、题型：计算题 3、难度级别：1
4、知识点：六、输入输出系统 5、分值：10
6、所需时间：15分钟
7、试题关键字：输入输出系统 8、试题内容：
假设一台计算机的I/O处理时间占响应时间的10％，当I/O性能保持不变，而对CPU性能分别提高10倍和100倍时，计算机的系统总体性能会出现什么样的变化？
9、答案内容：
解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时间为： 2分 (1 - 10%)/10 + 10% = 0.19 2分
即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的CPU性能浪费在I/O上。1分 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109 3分
而整机性能只能提高约10倍，表示有90％的性能浪费在没有改进的I/O上了。2分
10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：615 2、题型：计算题 3、难度级别：2
4、知识点：六、输入输出系统
5、分值：10
6、所需时间：15分钟 7、试题关键字： 8、试题内容：
假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下：
（1）磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘的MTTF为1000 000小时。 （2）1个SCSI控制器，其MTTF为500 000小时。 （3）1个不间断电源，其MTTF为200 000小时。 （4）1个风扇，其MTTF为200 0000小时。
（5）1根SCSI连线，其MTTF为1000 000小时。 假定每个部件的正常工作时间服从指数分布，即部件的工作时间与故障出现的概率无关，同时假定各部件的故障是相互独立的，试计算整个系统的MTTF。 9、答案内容：
解：整个系统的失效率为： 系统失效率
10×1/1000000+1/500000+1/200000+1/200000+1/1000000=23/1000000 5分
系统的MTTF为系统失效率的倒数，即：
MTTF=1000000/23=43500小时，大约为5年。 5分 10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：616 2、题型：计算题 3、难度级别：3
4、知识点：六、输入输出系统 5、分值：10
6、所需时间：15分钟
7、试题关键字：输入输出系统 8、试题内容：
某个任务的处理时间为64秒，CPU在这期间始终忙于处理，I/O处理时间为36秒。为提高系统性能，有两种方案：使CPU速度增加1倍，或者使CPU和I/O速度同时增加1倍。计算这两种情况下的处理时间。 9、答案内容：
解:由题意知,在处理该任务时,CPU与I/O处于并行的时间正好是I/O处理时间;如使CPU的速度增加1倍,则CPU的处理时间为:
Tcpu=64/2=32
则总的处理时间为:T=Tcpu+Ti/o-Toverlap 4分 ∵ Toverlap<=min{Tcpu ,Ti/o}
∴T>=32+36-32=36 3分 当两者速度同时增加1 倍时: Tcpu=64/2=32 Ti/o==18 则:
T>=32+18-18=32 3分
10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：617 2、题型：计算题 3、难度级别：3
4、知识点：六、输入输出系统 5、分值：10
6、所需时间：15分钟
7、试题关键字：输入输出系统 8、试题内容：
假设在一个计算机系统中：
(1)每页为32KB，Cache块大小为128字节；
(2)对应新页的地址不在Cache中，CPU不访问新页中的数据； (3)Cache中95％的被替换块将再次被读取，并引起一次失效； (4)Cache使用写回方法，平均60％的块修改过； (5)I/O系统缓冲能够存储一个Cache完整的块（这称为速度匹配缓冲区，使
存储器和I/O的速度得到匹配）；
(6)访问或失效在所有的Cache中均匀分布；
(7)在CPU和I/O之间，没有其它访问Cache的干扰； (8)无I/O时，每100万个时钟周期中，有18000次失效；
(9)失效开销是40个时钟周期。如果替换块被修改过，则再加上30个周期
用于写回主存；
(10) 假设机器平均每200万周期处理1页。 分析I/O对于性能的影响有多大？ 9、答案内容：
解：每个主存页有32K/128＝256块。
因为是按块传输，所以I/O传输本身并不引起Cache失效。但是它可能要替换Cache中的有效块。如果这些被替换块中有60％是被修改过的，将需要（256×60％）×30＝4608个时钟周期将这些被修改过的块写回主存。 3分
这些被替换出去的块中，有95％的后继需要访问，从而产生95％×256＝244次失效，将再次发生替换。由于这次被替换的244块中数据是从I/O直接写入Cache的，因此所有块都为被修改块，需要写回主存（因为CPU不会直接访问从I/O来的新页中的数据，所以它们不会立即从主存中调入Cache），需要时间是244×（40＋30）＝17080个时钟周期。3分
没有I/O时，每一页平均使用200万个时钟周期，Cache失效36000次，其中60％被修改过，所需的处理时间为：
（36000×40％）×40＋（36000×60％）×（40＋30）＝2088000（时钟周期）
时钟I/O造成的额外性能损失比例为
（4608＋17080）÷（2000000＋2088000）＝0.53％ 4分 即大约产生0.53％的性能损失。
10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：618 2、题型：计算题 3、难度级别：3
4、知识点：七、多处理机 5、分值：10
6、所需时间：15分钟 7、试题关键字：多处理机 8、试题内容：
32个处理器的计算机，对远程存储器访问时间为2000ns。除了通信以外，假设计算中的访问均命中局部存储器。当发出一个远程请求时，本处理器挂起。处理器时钟时间为10ns，如果指令基本的CPI为1.0(设所有访存均命中Cache)，求在没有远程访问的状态下与有0.5%的指令需要远程访问的状态下，前者比后者快多少? 9、答案内容：
解：有0.5%远程访问的机器的实际CPI为
CPI＝基本CPI＋远程访问率×远程访问开销 ＝1.0＋0.5%×远程访问开销3分 远程访问开销＝远程访问时间/时钟时间
＝2000ns/10ns＝200个时钟3分 ∴ CPI＝1.0＋0.5%×200＝2.02分
它为只有局部访问的机器的2.0／1.0＝2倍， 2分
因此在没有远程访问状态下的机器速度是有0.5%远程访问机器速度的2倍。 10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：619 2、题型：计算题 3、难度级别：3
4、知识点：七、多处理机 5、分值：10
6、所需时间：15分钟 7、试题关键字：多处理机 8、试题内容：
若令8*8矩阵A=（aij）以行为主存放在主存储器中，用什么样的单级互连网络可使A转换成转置矩阵AT？总共需要传送多少步？ 9、答案内容：
解：这个8*8的矩阵如下: 3分
000000 000001 ...... 000111 001000 001001 ...... 001111 ...... ...... ...... ...... 111000 111001 ...... 111111
转换成转置矩阵后:如下 4分 000000 001000 ...... 111000 000001 001001 ...... 111001
...... ...... ...... ...... 000111 001111 ...... 111111
就是把前三位与后三位对调位置而成.所以使用以下复合互连函数可以完成:Shuffle(Shuffle(Shuffle))
就是进行三次全混洗就可把行与列的单元互换.因为总数有8*8=64个数,而在对角线上的八个数是不必调换的,所以总步数为3*(64-8)=168(步)。3分 10、评分细则：10分/小题，评分细则分布在答案内容中。
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1、试题序号：620 2、题型：计算题 3、难度级别：5
4、知识点：七、多处理机 5、分值：10
6、所需时间：15分钟 7、试题关键字：多处理机 8、试题内容：
试确定在下列4种计算机系统中，计算下列表达式所需时间。
S??(Ai?Bi)
i?18其中，加法需用30ns，乘法需用50ns。在SIMD和MIMD计算机中，数据由一个PE（处理单元）传送到另一个PE需要10ns，而在SISD计算机中数据传送时间可忽略不计。在SIMD计算机中，PE间以线性圆环方式互连（以单向方式传送数据），而在MIMD计算机中，PE间以全互连方式连接。 （1） 具有一个通用PE的SISD计算机系统；
（2）具有一个加法器和一个乘法器的多功能部件的SISD计算机系统； （3）具有8个PE的SIMD计算机系统； 具有8个PE的MIMD计算机系统。 9、答案内容：
解：(1)具有一个通用PE的SISD计算机系统:
这是最花时间的一个系统,得做一次加法,做一次乘法,按顺序进行:其所用时间为:
30*8+50*(8-1)=590(ns) 2分
(2)具有一个加法器和一个乘法器的多功能部件的SISD 计算机系统:
按题意,这可以是一个标量机, 其中的加法和乘法可以有部分重叠进行,其所用时间为:其并行时空图简示如下：
加
1 2 3 4 5 6 7 8 法 乘
1 2 3 4 5 6 7 8 法 30+30+50*(8-1)=410(ns)
其中的两个30是指开始阶段,先要算出两个和的时间。 2分 (3)具有8个PE的SIMD计算机系统: