计算机体系结构期末试题-湖南城市学院 - 图文(3)

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5、现有16个处理器，编号分别为0,1，。。。，15，用一个N=16的互连网络互连。处理器i的输出通道连接互连网络的输入端i，处理器i的输入通道互连互连网络的输出端i。当该互连网络实现的互连函数分别为：

Cube3，PM2+3，PM2-0，均匀洗牌时，分别给出与第13号机器所连接的处理器号。

6、云计算的基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。 7、当今互联网用户的需求是什么？

----------------------------------题二---------------------------------

名词解释： 1、SIMD与MIMD

SIMD：单指令多数据流计算机 MIMD：多指令多数据流计算机 2、RISC与CISC

CISC：复杂指令系统计算机，它是指按照进一步增强原有指令的功能以及设置更为复杂的新指令取代原先有软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化途径设计成CPU的计算机。

RISC：精简指令系统计算机，它是指通过减少指令总数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂度，来提高指令执行速度的途径设计成CPU的计算机

3、从以下有关RISC的描述中，选择正确的描述（D）

A、为了实现兼容，各公司新设计的RISC计算机，是从原来的CISC系统的指令系统中挑选一部分实现的。 B、早期的计算机比较简单，采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复了早期的情况

C、RISC的主要目标是减少指令数，因此允许以增加每条指令的功能的方法来减少指令系统所包含的指令数 D、以上说法都不对

4、Linux系统命令time给出的用户时间，系统时间，实际时间分别是什么含义； user表示time后的命令执行完成花费的用户CPU时间，即命令在用户态中执行时间总和。

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sys表示time后的命令执行完成花费的系统CPU时间，即命令在核心态中执行时间总和。

real表示time后的命令实际使用时间（real time），即是从command命令开始执行到运行终止的消耗的总时间。

5、clock()和gettimeofday()函数获取的CPU时间和总时间是什么含义；

gettimeofday： 有点类似于time, 获取当前相对于 Epoch 所经过的 秒数+微秒数。 clock: 返回当前进程消耗的CPU时间。

6、实验中各种方法获得的计时相关数值分别是什么精度，相互之间有什么关系？

4、简要比较CISC和RISC机器各自的结构特点，它们分别存在哪些不足和问题，为什么说今后的发展应该是CISC和RISC的结合？ 结构特性 指令系统规模与指令格式 寻址方式 通用寄存器与高速缓存设计 时钟频率与CPI CPU控制 CISC 指令系统庞大，指令格式可变 12-24种 通用寄存器8-24个，基本上使用合一的指令与数据高速缓存 钟频较低，CPI一般为2-15 大多数使用控制存储器（ROM）实现微指令控制，但现在也有使用硬连线控制 通过上表可以看出，CISC具有指令数量多，单条指令执行周期长等缺点；而RISC则具有不便于用户程序的开发等缺点，因此二者结合才是未来的发展方向。 1、 在下列常用术语后面，写出相应的中文名称

VLSI (Very Large Scale Integration) 超大规模集成电路 MPP 大规模并行处理器 RISC 精简指令系统计算机 DMA 直接存储器访问

2、 下列体系结构中，最适合多个任务并行执行的体系结构是（ D） A、流水线的向量机结构 B、堆栈处理结构 C、共享存储多处理机结构 D、分布存储多计算机结构 6、名词解释 （1）WAR相关

即Write After Read（读后写）,写入数据一方试图在读数据一方读出数据之前，就进行写入，这样就可能造成读数据方读出的值是写入数据一方新写入的值（实际要读出的是原来的值），从而发生错误。 （4）MIPS

每秒执行百万条指令数，是用来描述计算机整体性能的。 3、 从用户的观点看，评价计算机系统性能的综合参数是：（B） A、指令系统 B、吞吐率 C、主存容量 D、主频率

7、主频为16MHZ的微处理机，平均每条指令的执行时间为两个机器周期，每个机器周期由两个时钟脉冲组成，则存储器“零等待”时，机器运行速度为（4）MIPS。 MIPS=f/(CPI*10^6)=16/(2*2)=4

若两个机器周期有一个访问存储周期，需要插入两个时钟的等待时间，则机器运行速度为（2.67）MIPS。

8、假如我们有一个需要运行100秒的标准程序，其中有90秒是CPU时间，剩下的是I/O占用的时间。如果在以后的5年中，CPU速度每年可以提高50%且I/O时间保持不变，那么5年后我们的程序需要耗费多少时间。

RISC 指令系统小，指令格式固定，大部分以寄存器为基础 限制在3-5种 基本上使用分开的数据与指令高速缓存，通用寄存器个数多（32-192） 钟频较高，CPI<1.5 大多数不用控制存储器而用硬连线控制 13

9、如果采用如下图所示的双输入端的加-乘双功能的静态流水线，其每个功能段的经过时间均为一拍Δt，在加法时按1→2→3→5连接，乘法时按1→4→5连接，流水线的输出可以直接送到其输入端或存入缓冲器，不计其间的传送延迟，操作数可以连续提供。

对向量A=（a1，a2，a3，a4），B=（b1，b 2，b 3，b 4），采用上述流水线完成点积A·B=

4?a*b,则完成任务所

iii?1需要的最小拍数是多少？并画出此时的流水线的时空图，计算此流水线的吞吐率，加速比和效率。

1 2 3 5 4

1、设指令由取指、分析、执行 3 个子部件完成，每个子部件的工作周期均为△t，采 用常规标量单流水线处理机。若连续执行 10 条指令， 则共需时间 （ C ）△t。 （3）A. 8 B. 10 C. 12 D. 14 (K+(n-1)) △t=3+9

2、某计算机的时钟频率为 400MHz，测试该计算机的程序使用 4 种类型的指令。每种

指令的数量及所需指令时钟数（CPI）如下表所示， 则该计算机的指令平均时钟数为（1.93） ； 该计算机的运算速度约为 （207.3） MIPS。 指令类型 指令数目（条） 每条指令需时钟数 1 160000 1 2 30000 2 3 24000 4 4 16000 8

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6、系统响应时间和作业吞吐量是衡量计算机系统性能的重要指标。对于一个持续处理 业务的系统而言， （B） ，表明其性能越好。

A. 响应时间越短，作业吞吐量越小 B. 响应时间越短，作业吞吐量越大 C. 响应时间越长，作业吞吐量越大 D. 响应时间不会影响作业吞吐量

7、若每一条指令都可以分解为取指、分析和执行三步 。已知取指时间t 取指＝4△t，分 析时间t 分析＝3△t，执行时间t 执行＝5△t。如果按串行方式执行完100 条指令需要 （C） △ t。如果按照流水线方式执行，执行完100 条指令需要 （B） △t。 （4）A. 1190 B. 1195 C. 1200 D. 1205 （5）A. 504 B. 507 C. 508 D. 510 (4△t+3△t+5△t)+(n-1)5△t

11、假定我们正在考虑两种条件转移指令的设计方法，这两种方法如下:

CPU A——先道过一条比较指令设置条件码A，再用一条分支指令检测条件码; CPU B——比较操作包含在分支指令中。

在两种CPU中，条件转移指令都需要两个时钟周期，所有其他指令都需要一个时钟周期。在CPU A中，全部指令的20%是条件转移指令，因为每次条件转移都需要一次比较，所以比较指令约占所有指令的20%。因为CPU A不需要在转移中包含分支，所以它的时钟频率是CPU B的1.25倍。哪一种CPU更快?如果CPU.A的时钟频率只是CPU B的1.1倍，结果又是多少?

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12、某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍， 个程序的整体性能提高到原来的5倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。

Fe=16/19

14、一个4段线性流水线，各段执行时间不等，求流水线最大吞吐率和连续输入n 个任务的实际吞吐率。

输入S1S23Δt（a）指令的流水解释S3S4输出ΔtΔtΔt空间S4S3S2S111211123456237822334344910111213时间/Δt（b）流水处理过程

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