优选专业年级 计算机05级 学号 姓名 授课教师 座号 中国海洋大学 2007-2008学年 第一学期 期末考试试卷
信 息 学院《计算机系统结构》课程试题(A卷) 共 3 页 第 1 页 考试说明：本课程为闭卷考试，可携带 钢笔、计算器等 文具，满分为：80 分。 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 -------------------------------装装--------------------------------订订--------------------------------线线-------------------------------- - 一 （10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）如下表所示。而实际测得的指令访问Cache缺失率为5%，数据访问的Cache缺失率为10%，而Cache的缺失损失为20个时钟周期。 指令类型 ALU操作 LOAD STORE 分支指令 使用频度 45% 21% 12% 24% CPIideal 1 2 2 2 (1)（3分）该机器在无Cache缺失（理想情况）时的CPI是多少？ (2)（7分）相比于有Cache缺失的情况，该机器在无Cache缺失（理想情况）时的加速比是多少？ 二 （10分）某处理机有4个中断源，分别为D1、D2、D3和D4，若要求处理机响应中断源的中断服务请求的次序从高到低分别为D1、D2、D3、D4，而处理机实际为中断源服务的先后次序为D3、D2、D4、D1。每个中断源有4位屏蔽码，其中，“0”表示该中断源被屏蔽，“1”表示该中断源开放。 (1)（4分）请设计各中断源的中断优先级和中断屏蔽码； (2)（6分）假设从处理机响应中断源的中断服务请求到运行中断服务程序第一次开中断的时间为1μs，其它中断服务时间为10μs。在“0”时刻，同时有D1和D2两个中断源请求中断服务，而在6μs时，D3和D4又同时请求中断服务，请算出处理机开始响应各中断源的中断请求和处理机为各中断源完成中断服务的时刻。 三 （10分）用一条4个功能段的浮点加法器流水线计算F??Ai。每个功能段的i?110延迟时间均为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。 授 号 学 座业 师 专 教机 名 选级算 号 姓课 号 名 X 教 优年年级 X计级 学 姓 课授师 号座 X 5 X 0 XXX 优选专业 、中国海洋大学 2007-2008学年 第一学期 期末考试试卷 信 息 学院《计算机系统结构》课程试题(A卷) 共 3 页 第 3 页 四 （(3)10（分）有一个4分）分布存储器的5段的流水线，其预约表如下（流水线的时钟周期为MIMD多处理机，8个CPU用立方体网络连接。在相20ns）： 邻CPU之间传送一个数据需要一个单位时间。操作数A t0 t1 t2 t3 t4i 和Bi最初存放在t5 t6 PEi mod 8中，S1 CPU的寄存器中（通信与计算可以重叠） × × 其中i=0,1,?,35。最终结果可以放在任意。 S2 × × S3 ×6 个计算结点用环网互连。现在要使用这个× 八（10分）在一个多处理机系统中，有S4 × 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S5 × × 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(1)（4分）画出用冲突向量表示的流水线状态转换图； 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(2)（3分）求流水线的最小启动循环和最小平均启动距离； 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，(3)（3分）按照最小启动循环连续输入20个任务，求流水线的实际吞吐率。 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收到后五 （10分）在某台时钟频率为400MHz的向量处理机上执行DAXPY代码，即完成发确认信息，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Y=a*X+Y，其中X和Y是向量，最初存放在内存。a是一个标量。它们的向量指令如网络，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，忽下所示。 略其通信开销。 LV V1,Rx ；取向量X (1)（4分）若R=200，C=5，计算任务的最短执行时间并给出对应的子任务分配 MULTSV V2,F0,V1 ；标量和向量相乘 方案。 LV V2,Ry ；取向量Y (2)（4分）若R=60，C=1，计算任务的最短执行时间并给出对应的子任务分配 ADDV V4,V2,V3 ；相加 方案。 SV Ry,V4 ；存结果 (3)（2分）比较(1)和(2)的结果，你能得到什么结论？ 假设向量处理机中功能部件的启动开销为：存/取部件为12拍；乘法部件为7拍；加法部件为6拍。取指、译码和数据传送时间均可忽略不计。若采用链接技术，试求总的执行时间Tn，最大性能R∞，半性能向量长度n1/2，临界向量长度nv。 六（10分）8台处理机和存储器的8个存储模块采用多级混洗互连网络连接。 (1)（5分）画出该互连网络连接图；（采用二单元交换开关） (2)（5分）若使用该网络实现N=8的蝶式置换，最少需要通过几次，并给出相应交换开关的控制状态。 七（10分）分别在下面三种计算机系统上用最短的时间计算表达式S?---------装装---------订订---------线线--------- --------------------------------装------------------------订------------------------线----------------------------装-订-线- -?(A?B)。iii?035 假设加法和乘法分别需要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： (1)（2分）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。 (2)（4分）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。
