计算机系统结构和并行处理.doc

命题纸说明的第一页（共8页）: 1.书写必须正确，并在框架中用黑碳墨水书写，并且文本和图片不应被切开和剪裁以确保质量. “扫描”; 2.命题本文仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第2页（共8页）第3页（共8页）投标书说明: 1.书写必须正确，用黑碳墨水书写在框架中，并且文本和图片都不能剪切和粘贴以确保“扫描”质量; 2.命题纸仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第4页（共8页）第5页（共8页）提案纸说明: 1.笔迹必须正确，用黑碳墨水写在框架中，并且文本和图片都不能剪切和粘贴以确保“扫描”质量; 2.命题纸仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第6页（共8页）第7页（共8页）提案纸说明: 1.笔迹必须正确，并用黑碳墨水写在框架中，并且文本和图片均不能剪切和粘贴以确保“扫描”质量; 2.命题纸仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第8页（共8页）第8页（共1页）提案纸说明: 1.笔迹必须正确，用黑碳墨水书写在框架中，并且不应剪切和粘贴文字和图片以确保“扫描” “质量； 2.命题文件仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的.

第8页（共2页）第8页（共3页）提案纸质说明: 1.笔迹必须正确，并用黑碳墨水书写在框架中，并且文本和图形都不能被剪切并粘贴以确保“扫描”质量； 2.命题纸仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第8页（共4页）第8页（共5页）投标书说明: 1.书写必须正确，并在框架中用黑碳墨水书写，并且不能剪切和粘贴文字或图片以确保“扫描”质量； 2.命题纸仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第8页（共6页）第8页（共7页）投标书说明: 1.书写必须正确，并在框架中用黑碳墨水书写，并且不能剪切和粘贴文字或图片以确保“扫描”质量； 2.命题纸仅用于检查（测试）命题，而不能用于其他目的. 第8页（共8页）2003-2004年大学秋季学期考试课程课程名称: 计算机系统结构和并行处理（1）学分: _4_学生ID: _______名称: _________学院: 计算机科学学院填充问题: （每个子问题3分，总共12分）1.计算机系统结构的定义是程序员看到的计算机属性，即概念，结构和功能.

2. 在虚拟存储系统中，辅助存储容量为228Byte，主存储容量为216Byte，页面为1Kbyte，则MEM系统提供的程序空间为218页，对应于实际存储空间为26页. 它是区域212. 3.流水线结构的并行性是一种使用时间重叠的技术方法. 4.在系统结构中，程序访问的本地化性质适用于高速缓存，管线，虚拟内存等. 简短回答问题: （每个子问题4分，共24分）简要描述系列机. 首先设计一个系统结构；根据其设计系统软件；根据设备状态和硬件技术，研究此结构的各种实现方法；根据速度和价格等不同要求提供不同速度和不同机器的不同配置. 2级. 什么是内存层次结构？它的容量，速度和价格如何分配？ 3.简要描述虚拟计算机的概念. 这台计算机只供观察者使用. 功能以广泛的语言体现；它提供了该语言的解释手段；它作用于信息处理或控制对象；简而言之，它是由软件实现的机器. 4.写入缓存时“回写”的策略是什么？ （英文答案）信息仅写入高速缓存中的块. 修改后的缓存块仅在替换后才写入主存储器. 5.什么是“数据相关”和“传输相关”？简短地.

数据相关: 当前指令的执行结果可能是流水线中后续指令的操作数，并且可能与“先写后读”有关. 这是部分相关. 与传输有关: 传输指令引起的管道“中断”. 这是全局关联. 高级控制结构中的缓冲区堆栈是什么？分别描述其功能. 高级指令堆栈: 读取备份指令，以确保指令分析器可以顺序读取指令. 当前的读取堆栈: 读取的数据放在堆栈上，操作员直接从中读取数据以进行操作. 运算前堆栈: 指令分析器对一条指令进行预处理，然后将相应的操作命令发送到堆栈，执行单元依次从堆栈中取出运算命令并执行. 向后写入数据堆栈: 当接收到要由操作员发送到主存储器中的数据时，控制逻辑会自动向主存储器发送写入请求，以完成数据存储操作. 三. 某台机器有10条指令，其使用频率为0.14、0.12、0.12、0.03、0.05、0.06、0.04、0.13、0.30、0.01. 要求: （a）使用Hafuman编码绘制二叉树. （b）编写等长的二进制代码，Hafuman代码和2-4个扩展代码. （c）计算三个代码的平均代码长度. （15分）I二进制代码Haffman代码2-4扩展代码0.30000000000.140001010010.13001001110000.12001110010010.12010010110100.060101110010110.05011011011100110040140111011011010.0310001111011100.011001111111111平均代码长度42.933.12 IV. 主存储器中有4个模块，每个块为1K字节. 如果使用低阶交叉寻址方法，请绘制地址划分图.

（2）设置已知存储单元A的地址= 0FFEH，请在地址划分图上标记A的位置. （10分）V.有一个Cache主内存层次结构: 主内存分为8个块（0〜7），Cache是​​4个块（0〜3），块大小为1KB. 使用与组相关的映射，组中的块数为2个块. 已知的页面地址流为2、7、4、2、0、1、5、4、1、2、6、5、6、6、0、2. 绘制主内存-缓存映射和对应的映射地址. 在地址的每个字段中标记位数. （2）尝试使用LRU和OPT替换算法，绘制替换，并找到命中率H.（14分）LRU: A2742015412656020组444 * 11 * 44 * 4 * 4 * 555 * 5 * 00 * 55 * 1111 * 1 * 001组22 * 2 * 2H2222222H2 ** 2 * 2 * 2H777 * 7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 666H66 * H = OPT: A2742015412656020组444444 * H1 * 1 * 1 * 1 * 1 * 000 * 1 * 5 * 55555H55 * 5 * 1组2222H222222H2 * 2 * 222H7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 7 * 666H * 6 * 6 * H =六个. 如图所示，有一条数据处理管道. 连续发送4个数据后，缓存以400ns的间隔发送4个数据. 请在此条件下绘制包括Cache在内的处理过程的时空图，并找到其效率E和吞吐率TP.

（10分）3123412F2422E1341211234123cache1234123123456789101112131415161718 | —————— 11t —————————————— ———— 12t ———————————— —————— E == 43.64％TP == 3.64MIPS假设一个4段流水线（其时钟周期τ= 20 ns）预留表如下，要求: 写禁止等待时间和初始冲突向量C0. 绘制状态转换图以调度管道. 确定与最佳紧急周期相关的MAL. 确定对应于MAL和给定τ的管道吞吐率. （15分）ΧΧΧΧΧΧΧΧΧ（1）S1禁止时间3. 5 2S2禁止时间2 S3禁止时间2禁止时间2、3、5允许时间1、4初始冲突矢量C0 = {10110}（2）（3）MAL = （1,6）= 3.5__ = ________（1,6）= 3.512345678910111213141516S1X1X2X1X2X1X2X3X4X3X4X3X4X2S1X2X1X2X3X4X3X4S3X1X2X3X4S4X1X2X1X2X3X4X3X4HP = 2__（____）填写问题: （总共15分，每空间1分）网格技术是随着计算机网络技术和分布式计算技术在1990年代中期的不断发展而诞生的崭新技术.

2. 计算模型的四种驱动模式是控制驱动，数据驱动，需求驱动和模式匹配驱动. 3. RISC结构中使用的三个流水线结构是超标量结构，超流水线结构和超长指令字（VLIW）结构. 4.在单个机器系统中实现并行处理的方法是时间重叠，资源重复和资源共享. 在多机系统中实现并行处理的方式是功能的特殊化，机器之间的互连以及网络. 得分二. 简短答案: （总共20分）1.请画一幅图，以显示两个并行处理器的结构（6分）. 参见书中的138. 图5-2 5-32. 简要描述集群系统的概念. （5分）集群系统是使用高速通信网络连接一组高性能工作站或高端PC的系统，并在并行编程和集成开发环境的支持下实现统一调度和协调处理. 实现高效的并行处理. 群集系统中的主机和网络可以是同构的或异构的. 机器之间的通信主要通过消息传递来实现. 系统资源管理和相互交互由建立在通用操作系统上的并行编程环境完成. 合作. 3.简要描述计算机性能评估和计算机性能评估的定义（4分）计算机性能评估是指计算机系统对原始数据进行的逻辑计算. 计算机性能度量是指使用基准测试包来度量计算机系统的性能. 4.简要描述数据流计算机的工作原理. （5分）数据流计算机没有程序计数器，也没有中央控制器. 指令的执行由数据驱动，将控制流转变为数据流.

当指令所需的数据可用时，可以执行指令. 得分三. 综合问题（65分）1.例如，FP操作比率为35％并行处理系统结构，FP CPI = 4.5，其他指令CPI = 1.6. FPSQR的工作比率为5％，FPSQR的CPI =20. 有两种选择: 选项1: 将所有FP的CPI降低为2；将FP的CPI降低为2. 选项2: 将FPSQR的CPI降低到6. 要求: （a）比较两个方案的CPI. （b）计算两种方案的加速比. （10分）CPI = 4.5 * 35％+ 1.6 * 65％= 2.615计划1CPI1 = CPI-（CPI原始FP-CPI新FP）×35％= 2.615-（4.5-2）* 35％= 1.74（其他方法） : 2×35％=1. 6×65％= 0.7 + 1.04 = 1.74）S1 = CPI / CPI1 = 2.615 / 1.776 = 1.5方案2CPI2 = CPI-（CPI原始FPSQR-CPI新FPSQR）×5％= 2.615- （20-6）* 5％= 1.915S2 = CPI / CPI2 = 2.615 / 1.915 = 1.366计划1良好2，请使用JBDennis和JERumbaugh提出的数据流程序图来描述以下语句: 如果为true，则（A + b）2个else（a * c）/ d（10分）b + /启动控制令牌dcaFTXXTF3是一个具有16个已知节点的超立方体网络，需要E-cube路由算法来计算辅助节点（1010）到目的地的路径节点（0111），编写计算过程，绘制网络拓扑图，并在图中用箭头标记路径.

（10分）s = 1010 d = 0111s⊕d=1101s0⊕d0=0⊕1= 1 V ＝s⊕1=1011s1⊕d1=1⊕1= 0跳过s2⊕d2=0⊕1= 1 V ＝V⊕100=1011⊕100＝1111s3⊕d3=1⊕0= 1 V =V⊕1000=1111⊕1000＝ 011110110000001000110001010001010110011110001001101011001001010110111114，已知算术表达式E = a- [b（c-de + fg）+ h ]，目前由具有3个处理器的并行系统处理. 要求: 尝试压缩树的高度以开发这种并行性. 找出P，Tp，Sp，Ep. （10分）T字符串= 7 Tp = 4 P = 3Sp = T字符串/ Tp = 7 / 4Ep = Sp / p = 7/125，请参考下图中的算法，要求: （1）编写原始运算表达式（2）写出S1并行处理系统结构，S2 ... Sn的操作内容（3）用FORK和JOIN语句编写并行程序. （10分）h-（a * b + c / d）+ a *（e + f）+ b /（gh）s1: I = a * bFORK s2JOIN 4JOIN 3S10 Z = Q + Rs2: J = c / dFORK s3 GOTO S5GOTO S8s3: K = e + fFORK s4S4 L = g-hS7 O = b / LS4: L = g-hS1 I = a * bJOIN 4JOIN 3S5: M = I + JJOIN 4S5 FORK s6S8 FORK s9S6: N = a * KGOTO S5叉子s7 Q = h-MS7: O = b / Ls2 J = c / d M = I + JJOIN 2S8: Q = h-MJOIN 4JOIN 3GOTO S10S9: R = N + O GOTO S5GOTO S8S9 R = N + OS10: Z = Q + RS3 K = e + fS6 N = a * KJOIN 26.现有的处理器有8个，数量为0〜7，它们通过多层互连网络连接.

为级别2指定PM2-2，为级别1指定Shuffle（随机播放），为级别0指定Cube1. 要求: 当分别列出PM2-2，Shuffle（随机播放）和Cube1时，处理器0〜7互连号. 绘制各个级别的Internet图表. 在图中绘制从5到3的路径，并标记开关状态. （15分）多维数据集1随机播放（随机播放）PM2-200000011111122222233333344444455555566666677777700112233445566770级别1级别2级别

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