系统结构期末试题2010a答案

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1、一、名词解释（对以下各题简明扼要作解释。每小题2分，共20分）（1）静态流水线——同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。（2）分段开采——当向量的长度大于向量寄存器的长度时，必须把长向量分成长度固定的段，然后循环分段处理，每一次循环只处理一个向量段。（3）体系结构——程序员所看到的计算机的屈性，即概念性结构与功能特性（4）时间重叠——在并行性中引入时间因素，即多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。（5）TLB——个专用高速存储器，用于存放近期经常使用的页表项，其内容是页

2、表部分内容的一个副本（6）结构冲突——指某种指令组合因为资源冲突而不能正常执行（7）程序的局部性原理——程序在执行时所访问的地址不是随机的，而是相对簇聚；这种簇聚包括指令和数据两部分。（8）2：1Cache经验规则——大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N/2的两路组相联Cache的实效率。（9）组相联映彖——主存屮的每一块可以放置到Cache屮唯一的一组屮任何一个地方（10）数据相关——当指令在流水线屮重叠执行吋，流水线有可能改变指令读/写操作的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现时的顺序，将导致数据相关。二、填空题（将准

3、确的文字填入各题的空格上。答案填错或未填者，该空格处不得分。每空1分，共10分）］、高级语言虚拟机,汇编语言虚拟机,微程序机器级;2、同时性,并发性；3、向后;4、84.2%,5；5、虚拟机,透明的；三、（1）（3分）(1£)+工右S二［1—（・人+/2+人）］+£+令+¥□!O2'32=［1—（0.3+0.2+Q+厶=12.5%（i-/r-Q+¥+£+£、1亠2、3Z1ni0.30.10.125（1-0.3-0.1-0」25）+——+——+6455=—!—=1.740.575（3分）四、（1）该进后，各类操作的加速比分别是：（2）各类操作单独

4、改进后，程序获得的加速比分别是:操作1单独改进后，程序获得的加速比是:S='1_1-0.04+0.04/2=1.02（1分）（2分）（3分）（2分）（I分）（1分）（1分）（1分）（2分）操作2单独改进后，程序获得的加速比是:_f*011-0.8+0.8/2=1.67操作3单独改进后，程序获得的加速比是:（2分）S=1_厶+/3/S31"1-0.16+0.16/4=1.14（2分）（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是（没有用定义求解，该小题0分）:°10x2+20x20+20x4kJ=10x1+20x10+20x1=2.17（6分）五、

5、⑴TP=工+(m-l)AZy（△Y为瓶颈段时间）（1分）（1分）（1分）mx[^Ar.+（n-l）AZ/]1=1当连续输入3条指令时TP==5Ar+2x3ArllAr_3x5Ar—3x1lb当连续输入30条指令时（1分）30x5Ar-3x92Ar=54%（1分）（2）将第二段细分为3个子段，每个子段均为卜工0+(/1-1)01=1mxl^Ar^.+(n-l)Ar/]1=1当连续输入3条指令时TP~5AZ+2Ar7Ar当连续输入30条指令时TP—30一155Ar+29Ar17Ar（1分）（1分）（1分）（1分）30x5△/~5x34A/=88%（

6、1分）30157P~5Ar+29x3Ar46Af（3）结论：在流水线中，无论瓶颈段是否被消除（2分），只有当连续输入流水线的指令越多时，流水线的实际吞吐率和效率才会提高。（3分）六、（1）3条向量指令之间，既没有发生源Vi冲突，也没有Vi的先写后读相关（1分），又没有功能部件的使用冲突（1分），所以这3条指令可以同时并行流水（1分）。计算指令组全部完成所需耍的拍数时，只需耍取这3条向量指令完成时所需要最多的拍数即可。「1+6+1+63=71]0+6+1+63=701+7+1+63=72他们之中最长的时间是72拍，所以向量指令组全部完成需要72拍

7、。（4分）（2）4条时量指令均依次有Vi的先写后读相关（1分），但无源Vi相关，也无功能部件的使用冲突（1分）。所以，这4条指令可以全部链接在一起，进行流水（2分）。（1+6+1）+（1+14+1）+（1+7+1）+（1+6+1）+63=104（拍）（4分）七、（1）表1全相联映象的Cache使用过程（3分）（2分）（3分）（2分）访存块地址流3152654Cache块01111114Cache块12222222Cache块23333666Cache块355555中中中（2）H二3/7二43%（3）表2直接映象的Cache使用过程访存块地址流3

8、152654Cache块04Cache块11155555Cache块22222666Cache块33333333中屮中(4)H二3/7二43%