计算题(共75分，每题必须有计算或设计过程才计分)
1、(12分)假定利用增加向量处理模块来提高计算机的运算速度。计算机处理向量的速度比其通常的运算要快20倍。将可用向量处理部分所花费的时间占总时间的百分比称为可向量化百分比。
(a)求出加速比S和可向量化百分比F之间的关系式。(5分)
(b)当要得到加速比为2时的可向量化百分比F为多少？(3分)
(c)为了获得在向量模式所得到的最大加速比的一半，可向量化百分比F为多少？(4分)
2、(12分)某RISC处理机各类指令使用频率和理想CPI(指令和数据访问Cache命中率为100%时的CPI)如表1所示。而实际测得的指令访问Cache缺失率(miss rate)为5%，数据访问的Cache缺失率为10%，而Cache的缺失损失(miss penalty)为40个时钟周期。
(a)该机器在无Cache缺失(理想情况)时的CPI是多少？(5分)
(b)该机器在无Cache缺失(理想情况)时的加速比有Cache缺失时快多少倍？(7分)
表1 无Cache缺失时不同类型指令的行为
指令类型
频率
CPIideal
指令访问
数据访问
ALU
43%
1
1
0
LOAD
21%
2
1
1
STORE
12%
2
1
1
BRANCH
24%
2
1
0
3、(15分)一台模拟机共有7条指令，主频25MHz。各指令的使用频度与CPI如表2所示。该模拟机有8位和16位2种指令字长，采用2－4扩展操作码。8位字长指令为寄存器－寄存器(R－R)二地址类型，16位字长指令为寄存器－存储器(R－M)二地址变址寻址(-128≤变址范围≤127)类型。
表2 7条指令的使用频度与CPI
指令(字长)
使用频度f
CPI
I1(8位)
35%
1
I2(8位)
25%
2
I3(8位)
20%
2
I4(16位)
10%
2
I5(16位)
5%
1
I6(16位)
3%
2
I7(16位)
2%
2
(a) 计算该机的MIPS速率。(4分)
(b) 计算操作码的平均码长。(3分)
(c) 该机允许使用多少个可编址的通用寄存器，多少个变址寄存器？(4分)
(d) 设计该机的两种指令格式，标出各字段位数并给出操作码编码。(4分)
4、(18分)假设在1个采用组相联映像方式的Cache中，主存有B0~B7共8块组成，Cache有C0~C3共4块，组内块数为2块。每块的大小为32个字节，采用FIFO块替换算法。在一个程序执行过程中依次访问块地址如下：
B1，B4，B6，B3，B0，B4，B6，B2，B4，B5
(a)写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。(4分)
(b)写出Cache地址的格式，并标出各字段的长度。(4分)
(c)画出主存与Cache之间各个块的映像对应关系。(4分)
(d)列出程序执行过程中Cache的块地址流情况，并计算Cache的块命中率。(6分)
5、(18分) 用一条5个功能段的浮点加法流水线计算：
。假设每个功能段的延迟时间均相等，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。(a)画出该流水线时空图(6分)； (b)计算该流水线的实际吞吐率(4分)； (c)计算该流水线的加速比(4分)； (d)计算该流水线的效率(4分)。
填空题
1. 网络直径 ：是指网络中任意两节点间距离的最大值，一般用链路数来度量。
2. 中断屏蔽：中断由异步的外部事件引起。外部事件及中断响应与正在执行的指令不存在关系。
3. 向量和标量的平衡点：为了使向量硬件设备和标量设备的利用率相等，一个程序
中向量代码所占的百分比。
4. MPP:：由大量通用微处理器构成的多处理机系统，适合多指令流多数据流处理。
5. SIMD计算机：由一个控制部件和多个运算部件组成的处理机为核心的计算机系统，又称为并行处理机或阵列处理机。
本文档为【计算机系统结构测试题】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483