系统结构课上练习1

1、从使用语言的角度，计算机系统的层次结构分为六级，其中最高层为（ 应用语言机器级 ),最低层（ 微程序机器级 ）。

2、汇编语言程序经（ A ）的（ ）转换成机器语言程序。 A.汇编程序，翻译 B.编译程序，解释 C微指令程序，解释 D.应用程序包，翻译 3、软件和硬件在（B ）上是等效的

A.概念 B、逻辑 C、算法 D、指令 4、透明性是指客观存在的事物或属性（ D ）看不到。 A。从软件角度 B。从硬件角度 C。从任何角度 D。从某种角度

5、.用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为（ C ） A、仿真 B。 翻译 C.模拟 D 解释 从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？ （书本课后题）

指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生器；条件码寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器。

假设高速缓存Cache 工作速度为主存的5倍，且Cache被访问命中的概率为90%，则采用Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比？ 解：r=5，f=0.9

1、标志符数据表示将（ A ） 直接联系在一起。 A、数据类型与数据本身 B、数据表示与数据结构

C、计算机系统结构与计算机组成 D、高级语言语句与计算机组成

2、数据表示指的是能由（A ）直接识别和引用的数据类型

A硬件 B软件 C 机器语言 D 数据结构 3、浮点数中的阶码位数主要影响（A ）

A.可表示数的范围 B. 可表示数的精度 C.计算机系统结构 D. 计算机组成 4、浮点数中的尾数的位数主要影响（D ） A.可表示数的数轴上分布的离散程度 B.可表示数的范围和精度 C.可表示数的范围 D可表示数的精度

5、在非负阶，正尾数，规格化的条件下，若机器数中阶码采用二进制p位，尾数采用rm

进位制，则表示的最小值是（ A ）

A.1*rm-1 B.1-1*rm-m’ C.rm-1 D.rm(2p-1)*(1-rm-m’ )

某台处理机的各条指令使用频度如下所示： (课本63页) 指令 ADD 使用频度 30% 指令 JOM 使用频度 6% 指令 CIL 使用3% SUB 24% STO 7% CLA 20% JMP 7% SHR 2% STP 1%

1)请分别设计这9条指令操作码的哈夫曼编码. 2)设计两种码长的扩展操作码

设主存由8个存储体按低位交叉编址方式组成，主存容量1MB，Cache容量4KB，要求一个主存周期从主存取得一个块。采用全相联地址映像，用相联目录表实现地址变换，求出相联目录表的行数，比较位数，宽度和总位数。

1、对于总线的集中式独立请求方式，若在总线上连接N个部件，则总线控制器的控制线总数为（B ）

A 3， B3*N C 2 *N +1 D [log2N]+2

2、对于总线的集中式串行链接方式，若在总线上连接N个部件，则总线控制器的控制线总数为（ A )

A 3， B3*N C 2 *N +1 D [log2N]+2 3.通常并行主存系统包括（A）

A，单体多字，多体单字，多体多字 B 多体单字，多体多字，单体单字 C Cache 、主存、辅存 D 主存 、辅存。磁带

例1：各级中断屏蔽位设置如下：

中断级 屏蔽位 1开发 0屏蔽 1 0 0 0 0 2 1 0 1 1 3 1 0 0 0 4 1 0 1 0

1）当中断响应次序1-2-3-4时，处理次序为？

2）所有中断响应需要3个单位时间，当机器运行用户程序时同时发生2，3级中断请求，过2个单位时间又同时发生第1，4级中断请求

1）字节多路通道，数组多路通道，选择通道一般用什么数据宽度进行通信？

2）如果通道选择设备需9.8us,传送一个字节数据需0.2us,某低速设备每隔500us发一个字节请求，问至多可接几台这样的设备？

3）如下6台高速设备，一次传送字节数不少于1024，问那些设备可以挂在此通道上？ 设备名 A B C D E F 申请间隔时间 0.2 0.25 0.5 0.19 0.4 0.21

3．7 通道型I／O系统由一个字节多路通道A(其中包括两个子通道A1和A2)、两个数组多路通道B1和B2及一个选择通道c构成．各通道所接设备和设备的数据传送速率如图所示。

(1)分

别求出各通道应具有多大设计流量才不丢失信息；

(2)设I／O系统流量占主存流量的1／2时才算流量平衡，则主存流量应达到多少?

1、存储器的总容量S是指（B ）。

A、存储单元数 B、存储器的地址线数 C、CPU访存空间大小 D、存放二进制总位数 2、并行主存系统（ ）。

A、 必须有多个存储体 B、只需一个存储体 C、可以是一个存储体 D、不允许多个存储体

3、采用组相联映象的cache存储器，为了提高等效访问速度应（ C ）。 A. 增加主存容量（cache大小不变）

B. 减少组的大小（块的大小不变） C. 增加cache的块数（块的大小不变） D. 减少块的大小（组的大小不变） 4、最容易实现的替换算法（ A）。

A、FIFO B、LRU C、OPT D、堆栈法 5、与虚拟存贮器的等效访问速度无关的是( D )。 A、页地址流 B、页面调度策略 C、主存的容量 D、辅存的容量

6、为扩充访存空间且具有高的性能价格比，采用（D ）。 A、两级存储器 B、增加主存容量 C、多体存储器 D、虚拟存储器

7、为提高访存速度而又提高性能价格比，采用（ A ）。 A、引入cache存储器 B、直接提高主存速度 C、引入虚拟存储器 D、主存采用多体结构

例： 某虚拟存储器共8个页面，每页为1024个字，实际主存为4096个字，采用页表进行地址映像。映像表的内容如下

1）列出会发生页面失效的全部虚页号 2)按以下虚地址计算主存实地址： 0,3728,1023,1024,2055,7800,4096,6800 实页号 3 1 2 3 2 1 0 0 装入位 1 1 0 0 1 0 1 0 3、在一个页式虚拟存储器中，采用FIFO算法进行页面替换，发现命中率H太低。以下建议对命中率有什么影响？ 1）增大辅存容量 2）增大主存容量

3）增大主、辅存的页面大小 4）FIFO改为LRU

5)FIFO改为LRU,同时增大主存容量（页数） 6）FIFO改为LRU,同时增大主存页面大小

4、有一个Cache—主存存储层次，主存共8块，Cache共4块，采用组相联映像，每组2块，LRU替换算法。

1) 画出主存、Cache地址的各字段对应关系。

2）画出主存、Cache块的映像对应关系图； 3）对地址流124137012546472使用情况； 4）指出块失效同时块争用的时刻 5）求出命中率。

一、选择题

1． 重叠控制方式（ D ）。

A、将两条指令同时处理 B、对指令要划分过程段且时间要完全匹配 C、对指令不用划分过程段 D、有两条或两条以上指令在不同过程段上重

叠执行

2． 动态流水线是（ A ）。

A、 在不同时刻可组成数条流水线 B、标量流水线 C、 不同时刻只能组成一条不同的流水线 D、向量流水线 3． 能顺利流水的关键是（ C ）。

A、 一条指令分为几个过程段 B、要有相关发生 C、各过程段时间要匹配 D、只处理一个结果 4． 数相关是指相邻指令之间需要（ D ）。

A、同一个功能部件 B、同一个源寄存器 C、同一个目寄存器 D、等待结果

5． 能进行向量链接的必要条件是各向量指令之间（ A ）。

A、有相关 B、无相关 C、有功能部件冲突 D、有寄存器冲突

8．下图所示的时空图对应的处理机为：A

A. 标量处理机

B. 超标量处理机 C. 超流水处理机

D. 超标量超流水处理机

三．计算题()

1、一条流水线连接图如下所示，画出200条指令连续通过该流水线的时空图，并计算该流水线的加速比。（其中

）(8分)

1．有一个乘-加双功能静态流水线，“乘”由1-2-3-4完成，“加”由1-5-4完成，各段延时均为⊿t,输出可直接返回输入或存入缓冲器缓冲，现要求计算长度均为8的A,B两个向量逐对元素求和的连乘积 8 S=∏(Ai+Bi)

i=1

1)画出流水线完成此运算的时空图

2）完成全部运算所需多少⊿t，此期间流水线的效率是多少？

2．在下列不同类型的处理机上做向量运算：D=(A+B)*C，向量长度均为4，每个周期的时间为10ns。分别计算所需的最短时间，写出简要计算过程。(15分) 1).SISD单处理机，有一个通用运算部件，每3个周期做完一次加法，或每4个周期做完一次乘法。(5分)

2).流水线处理机，有一条两功能静态流水线，加法经过其中的3段，乘法经过其中的4段，每段的延迟时间均为一个周期。(5分)

3).向量处理机，有独立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水线，乘法器采用4段流水线，每段的延迟时间均为一个周期，采用向量链接方式工作。(5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，在存储器读数6拍，打入寄存器及启动功能部件各1拍，问下列各指令组内的那些指令可以链接？那些指令不可链接，不能链接的原因是什么？分别计

算出各指令组全部完成所需的拍数。

1）V0←存储器 2)V2 ←V0*V1

V1 ←V2+V3 V3 ←存储器 V4 ←V5*V6 V4 ←V0+V3

3)V0 ←存储器 4)V0 ←存储器 V2 ←V0*V1 V1 ←1/V0 V3 ←V2+V0 V3 ←V1*V2 V5 ←V3+V4 V5 ←V3+V4

系统结构、组成和实现三者的相互关系 计算机体统结构是传统机器级的系统结构 组成是计算机系统结构的逻辑实现 实现是计算机组成的物理实现。

1.具有相同系统结构的计算机可以采用不同的组成，一种计算机组成可以采用多种不同的计算机实现；

2.采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异，计算机组成也会影响系统结构； 3.一种计算机系统结构，可以采用不同的组成

4.计算机组成的设计，其上决定于计算机系统结构，其下又受限于所用的实现技术，它的发展促进了实现技术的发展，也促进了结构的发展；

5.计算机实现，特别是器件技术的发展是计算机系统结构和组成的基础，促进了组成与结构的发展；

6.随着技术的发展，三者关系融合于一体，难以分开，在相互促进中发展。 软件移植技术：统一高级语言，采用系列机，模拟和仿真。 模拟是机器语言程序解释实现软件移植的方法

仿真是微程序直接解释另一种机器指令系统的方法。

可以同时进行运算或操作的特性为并行性

执行程序角度：指令内部，指令之间，任务或进程之间，作业或程序之间 处理数据：位串字串，位并字串，位片串字并，全并行 步鄹阶段：存储器操作并行（相联处理机），处理器操作步骤并行（流水线处理机），处理器操作并行（阵列处理机），指令任务作业并行（多处理机） 途径：时间重叠，资源重复，资源共享

计算机系统弗林分类：单指令流单数据流SISD（流水方式的单处理计算机），单指令流多数据流SIMD（阵列处理机和相联处理机），多指令流单数据流MISD（宏流水和脉动阵列流水机）， 多指令流多数据流MIMD（多处理机）

复杂指令系统计算机CICS是增强原有指令的功能以及设置更为复杂的新指令，取代原先由软件子程序完成的功能。

精简指令系统计算机RISC减少指令种数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂程度，提高指令执行速度

并行主存系统：单体多字和多体单字，多体多字

中断系统需按事先确定的中断响应优先次序对优先级高的中断予以响应

中断分类：机器校验中断，访管中断，程序性中断，外部中断，IO中断，重新启动中断 中断分级：机器校验第一级，程序性和管理程序调用为第二级，外部第三级，输入输出第四级，重新启动最低级

只有比它高一级的中断请求才能中断其处理，等响应和处理完后再继续处理原先的那个中断请求

总线控制方式：串行链接需要3根线，优先级线连固定，不能被程序改变，不灵活。，定时查询需要2+logN根，优先级可用程序改变，灵活，独立请求方式需要2N+1，优先级可用程序改变，灵活

存储体系是在构成存储系统的几种不同的存储之间，配上辅助，硬件或辅助硬件，使之从应用程序员来看，在逻辑上是一个整体。

通道类型：字节多路通道，数组多路通道，选择通道

影响命中率的因素有下列几方面： (一) 页面大小 (二) 主存容量 (三) 页面调度方式

(四) 程序在执行过程中的页地址流分布情况(程序本身决定) (五)所采用的页面替换算法 (LFU)

并行处理机(阵列处理机):通过重复设置大量相同的处理单元PE,将它们按一定方式互连成阵列,在单一控制部件CU控制下,对各自所分配的不同数据并行执行同一指令规定的操作.

(二) Flynn分类法：

单指令流，单数据流（SISD）—这就是一个单处理器；

单指令流，多数据流（SIMD）—同一指令由多个处理器执行，这些处理器使用不同数据流，有各自的数据内存（因此多数据），但共享一个指令内存和控制处理器（负责存取和发送指令）。处理器通常是专用的，不要求通用性；

多指令流，单数据流（MISD）—这种类型的商用机器目前尚未出现，今后也许有可能； 多指令流，多数据流（MIMD）—每个处理器存取自己的指令，操作自己的数据。它们通常就是普通的微处理器。

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