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2005学年第 1 学期 试题名称:计算机系统结构 （A卷） 课程号： 共 2 页 第 1 页
专业年级__________________ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日 分数_________ 1. （8分）在一台40MHz处理机上运行200,000条指令的目标代码，程序由4种指令组成。根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的周期数如下表所示。 a) 计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI。 b) 根据(a)所得的CPI，计算相应的MIPS速率。 CPI 指令类型 指令混合比 1 60% 算术和逻辑 2 18% 高速缓存命中的加载/存储 4 12% 转移 8 10% 高速存储缺失的存储器访问 2. （8分）假定要将某一执行部件改进后速度提高10倍，改进后被改进部件执行时间占系统总运行时间的30%。求改进后，获得的加速比Sp是多少？ 3. （8分）某处理机的指令字长为16位，有双地址指令、单地址指令和零地址指令3类，并假设每个地址字段的长度均为6位。如果要求双、单、零地址指令的比例大致为1:9:9。问：双地址、单地址和零地址指令各有多少条？并为这3类指令分配操作码。 4. （8分）在一个Cache存储系统中，Cache的访问周期为10ns，主存储器的访问周期为60ns，每个数据在Cache中平均重复使用4次。当块的大小为一个字时，存储系统的访问效率为0.5。 a) 计算此时存储系统的命中率和等效访问周期？ b) 可以通过增加块大小的方案来提高系统的访问效率。那么，当块大小至少增加到几个字时，存储系统的访问效率才能从0.5提高到0.94？ 5. （8分）用一条4个功能段的浮点加法器流水线计算F??A。每个功能段的延迟时间均ii?116为50ns，流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路。而且设置有足够的缓冲寄存器。要求用尽可能短的时间完成计算，画出流水线时空图，计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。 6. （8分）有一个5段的流水线，其预约表如下（流水线的时钟周期为20ns）： t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 S1 × × S2 × × S3 × × S4 × S5 × × 画出用冲突向量表示的流水线状态图；找出允许不等间隔调度时的最佳调度方案，其平均延迟时间和最大吞吐率是多少？若采用等间隔调度方案，其平均延迟时间是多少？ 授课教师 命题教师或命题负责人 签 字 院系负责人 签 字 年 月 日 注：请命题人标明每道考题的考分值。
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学年第 学期 试题名称: 课程号： 共 2 页 第 2 页
7. （6分）一台向量处理机1次只能以下述两种方式中的一种运动：一种是向量方式，执行速度Rv为10MFLOPS；另一种是标量方式，执行速度Rs为1MFLOPS。设α是该计算机的典型程序代码中可向量化部分的百分比。 a) 推导出该计算机平均执行速度Ra的公式。 b) 要使Ra达到7.5MFLOPS，问向量化百分比α应为多少？ 8. （6分）设16个处理器编号分别为0、1、…、15，要用单级互连网络，当互连函数分别为： (1)Cube3 ；(2)PM2+3 ；(3)PM2–0 ；(4)β ；(5)Shuffle ；(6)Shuffle(Shuffle) 时，第13号处理器与哪一个处理器相连（要求写出互连函数表达式）? 9. （10分）分别在下面两种计算机系统上用最短的时间计算表达式S??(A?B)。假设加iii?035法和乘法分别需要2个和4个单位时间，从存储器取指令、取数据、译码的时间忽略不计，所有的指令和数据已装入有关的PE。试确定下列每种情况的最小计算时间： a) 1台串行计算机，处理机中有一个加法器和乘法器，同一时刻只有其中1个可以使用。 b) 1台有8个PE的SIMD计算机，8个PE连成单向环结构。每个PE用1个单位时间可以把数据直接送给它的相邻PE。操作数Ai和Bi最初存放在PEi mod 8中，其中i=0,1,…,35。 c) 分布存储器的MIMD多处理机，8个CPU用立方体网络连接。在相邻CPU之间传送一个数据需要一个单位时间。操作数Ai和Bi最初存放在PEi mod 8中，其中i=0,1,…,35。最终结果可以放在任意CPU的寄存器中（通信与计算可以重叠）。 10. （10分）在一个多处理机系统中，有8个计算结点用环网互连。现在要使用这个多处理机系统完成一个计算任务，该计算任务已经被分割成了100个子任务，所有子任务均可并行执行，且每个子任务的执行时间均为R个单位时间，在实际的处理过程中，任意两个子任务均需交换一次数据。当两个子任务不在同一计算结点时，在忽略网络线长的前提下，其通信开销均为C个单位时间（假定子任务A与B交换数据，其过程为：A请求获得令牌，获得网络控制权后，向B发送数据，B接收到数据后，向A发送确认信息，附带将想要发送给A的数据放在确认帧中一同发送，A收到后发确认信息，释放令牌。整个过程的平均时间花费为C），子任务以独占的方式访问网络，并且在通信期间不能执行计算任务；当两个子任务在同一个计算结点上时，忽略其通信开销。 a) 若R=100，C=5，计算任务的最短执行时间并给出对应的子任务分配方案。 b) 若R=80，C=1，计算任务的最短执行时间并给出对应的子任务分配方案。 c) 比较（a）和（b）的结果，你能得到什么结论？ .