國(guó)防科技大學(xué)1998年計(jì)算機(jī)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考研試

來(lái)源：時(shí)間：2007-06-06 14:41:50

國(guó)防科技大學(xué)研究生院1998年碩士生入學(xué)考試
計(jì)算機(jī)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題
注意：1．統(tǒng)考生做一、二、三、四、五題
2．單獨(dú)考生做一、二、三、四、六題
3．不用抄題，答案必須寫在配發(fā)的答題紙上
一．解釋下列名詞、術(shù)語(yǔ)的含義（每個(gè)2分，共20分）
1.RISC 2.　程序訪問(wèn)局部性原理 3. 快表 4. “先寫后讀”相關(guān) 5. 同構(gòu)型多處理機(jī)
6. 總線 7. 扇區(qū) 8. 多重中斷 9. 稀疏向量 10.數(shù)組多路通道
二．填空（每空1分，共20分）
（第1——4小題必做，在第5——13小題中，或做第5——8小題，或做第9——13小題）
1．某浮點(diǎn)機(jī)采用32位浮點(diǎn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示，其中8位（含1位符號(hào)）為移碼表示的階碼，24位（含1位符號(hào)）為補(bǔ)碼表示的規(guī)格化尾數(shù)，試寫出可表示的最大正數(shù)（階碼：尾數(shù)：）和最小負(fù)數(shù)（階碼：尾數(shù)：）。
2．實(shí)現(xiàn)微程序快速轉(zhuǎn)移的方法常有（）、（）、（）。
3．光盤存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)介質(zhì)可以分為（）、（）和（）三類。
4．刷新的基本要求是：（），（）和刷新期間不允許訪存。
5．按照機(jī)器指令訪問(wèn)數(shù)據(jù)的方式，可以將當(dāng)前絕大多數(shù)機(jī)器分為（　�。�、（）和（）類型。
6．大多數(shù)并行處理機(jī)都是由一定數(shù)量的（　　　　�。�、一定數(shù)量的（　　　　　�。�、某種形式的（）和某種形式的控制部件組成。
7．一般在DLX流水線中，分支延遲的三種調(diào)度方法是（　　　）、（）和（）。
8．在存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)中，減少Cache命中時(shí)間的技術(shù)主要有：采用小且簡(jiǎn)單的Cache,在Cache索引期間避免地址變換和（）。
9．Flynn分類法是按指令流和數(shù)據(jù)流的（　�。⿲�(duì)計(jì)算機(jī)分類。按此分類法，ILLIAC-IV屬于（　　　　　�。┯�(jì)算機(jī)。
10．有效地址（　　　）上界或（）下界，即出現(xiàn)越界錯(cuò)。
11．IBM370中的“測(cè)試與置定”指令TS的作用是（）,但它可能導(dǎo)致（）。
12．一個(gè)模m=32的多體存儲(chǔ)器，其容量為1M字節(jié)。對(duì)于給定的地址（二進(jìn)制）：11010011110101110101，若采用低位交叉編址（二進(jìn)制）為（）體內(nèi)地址（二進(jìn)制）為（）。
13．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件在（）上是等效的，但在（）上是不等效的。
三、簡(jiǎn)答以下問(wèn)題（每個(gè)3分,共12分）
1．通常浮點(diǎn)機(jī)的階碼都用移碼表示，為什么？
2．從磁頭和磁記錄介質(zhì)角度考慮，如何提高磁表面存儲(chǔ)器的記錄密度？
3．?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)有哪幾種類型？解決數(shù)據(jù)相關(guān)有哪些主要方法？
4．什么是堆棧型機(jī)器？什么是通用寄存器型機(jī)器？堆棧型機(jī)器有何優(yōu)點(diǎn)？
四．計(jì)算題（每個(gè)5分，共20分）
（第1~3小題必做，在第4、第5小題中，或做第4小題，或做第5小題。）
1．已知被除數(shù)A = －0.1001,除數(shù)B = －1。試用補(bǔ)碼加減交替除法規(guī)則求商[C] =？余數(shù)[R] =？（要寫出計(jì)算豎式）。
2．使用16K*1位的靜態(tài)RAM存儲(chǔ)芯片，外圍電路用ECL電路，構(gòu)成128K*16位的Cache存儲(chǔ)器。試回答：
（1）需要多少存儲(chǔ)芯片？
（2）存儲(chǔ)器地址碼位數(shù)是多少？
（3）單個(gè)芯片的地址碼位數(shù)是多少？
（4）計(jì)算寫使能端的負(fù)載端數(shù)。若每個(gè)ECL門帶8個(gè)負(fù)載端，需要多少個(gè)ECL門？
3．給定如下圖所示的二級(jí)Cache存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu),設(shè)第一級(jí)和第二級(jí)Cache的訪問(wèn)時(shí)間是 ; 分別是第一級(jí)Cache和第二級(jí)Cache的命中率；為主存訪問(wèn)周期。求：

（1）該存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的平均訪問(wèn)時(shí)間；
（2）和直接對(duì)主存進(jìn)行訪問(wèn)相比，該存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)訪問(wèn)時(shí)間加速比是多少？加速比的最大值是多少？
4．請(qǐng)寫出PM2I單級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的互連函數(shù)，并畫出當(dāng)結(jié)點(diǎn)數(shù)N=8時(shí)，PM2I的連接情況。
5．什么是LRU 替換算法？在用比較對(duì)法實(shí)現(xiàn)LRU替換算法時(shí)，對(duì)于P（塊數(shù)）為32的情況，若分為每群4對(duì)，每對(duì)2行，請(qǐng)問(wèn)需要多少個(gè)狀態(tài)位？（要求寫出式子）
五、綜合題（僅統(tǒng)考生做）
（每小題7分，共28分。第1、2小題必做；第3——6小題中，或做第3、4小題，或做第5、6小題）
1．一盤組共10個(gè)盤片。其中1個(gè)盤面為保護(hù)面，1個(gè)盤面為伺服面，其它盤面為數(shù)據(jù)面。盤的轉(zhuǎn)速為7200 RPM。存儲(chǔ)區(qū)域的內(nèi)存直徑為20cm，外直徑為32cm,道密度為15TPM,位密度為100bpm。
計(jì)算：
（1）最大等待時(shí)間
（2）盤組容量為多少字節(jié)
（3）數(shù)據(jù)傳輸率為多少字節(jié)/秒
2．何為先行進(jìn)位加法器？簡(jiǎn)述先行進(jìn)位的基本思想和實(shí)現(xiàn)方法。
3．有一條動(dòng)態(tài)流水線由6段組成，加法用1、2、3、6段，乘法用1、4、5、6各段時(shí)間相等，均為。如果輸入和輸出的緩沖器足夠大，且輸出端的數(shù)據(jù)可以直接返回到輸入求：（1）畫出處理過(guò)程的時(shí)——空?qǐng)D；
（2）計(jì)算其實(shí)際吞吐率和效率。
4．設(shè)有一個(gè)CET46" class="wordstyle">四級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)，按從左到右的次序依次為第0級(jí)、第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)。其輸入端和輸出端的編號(hào)均為0,1,…,15。（1）畫出該網(wǎng)絡(luò)；（2）該網(wǎng)絡(luò)各級(jí)實(shí)現(xiàn)的函數(shù)是什么？（3）對(duì)于下述連接，分別寫出其級(jí)控制信號(hào)：(設(shè)“0”表示直送，“1”表示交換) a .4組4元交換，即(0,3) (1,2) (4,7) (5,6) (8,11) (9,10) (12,15) (13,14) b. 4組4元交換 1組16元交換

6．設(shè)有一主頻為200MHz的向量處理機(jī)，對(duì)如下向量指令進(jìn)行處理。而該向量處理機(jī)的各種操作的啟動(dòng)開銷如下表所示
_________________________
|__操作___|__時(shí)鐘周期數(shù)_|
|___加____|______6______|
|___乘____|______7______|
|裝入/存儲(chǔ)|______12_____|
V1（1是下標(biāo)）<— 主存
V2（2是下標(biāo)）<— V1（1是下標(biāo)）*標(biāo)量
V3（3是下標(biāo)）<— 主存
V4（4是下標(biāo)）<— V2（2是下標(biāo)） V3（3是下標(biāo)）]
主存<—V4（5是下標(biāo)）

假設(shè)向量操作的保持速率為1個(gè)時(shí)鐘周期，向量元素為雙精度浮點(diǎn)數(shù)，機(jī)器順序執(zhí)行各向量指令且不鏈接。如果以MFLOPS衡量處理機(jī)性能，求：
(1)該向量處理機(jī)的峰值性能
(2)半性能向量長(zhǎng)度N(下標(biāo)為1/2)
(3)如果忽略任何循環(huán)額外開銷，則向量長(zhǎng)度至少為多大時(shí)，向量處理比標(biāo)量處理快?

6．有一臺(tái)機(jī)器，其并行計(jì)算與順序計(jì)算的加速比為10，某一程序當(dāng)前所開發(fā)的并行成分占整個(gè)程序的50% 。現(xiàn)在某一課題組提出只要投資50,000，他們可以通過(guò)改造硬件的方式使得該程序的并行成分的計(jì)算速度加倍；而另一課題組則認(rèn)為，無(wú)需改變硬件，只要進(jìn)一步開發(fā)程序中的并行成分（假設(shè)該程序的最大并行性可達(dá)60%）就可以達(dá)到同樣的效果，并要示在當(dāng)前程序的基礎(chǔ)上，每開發(fā)1%的并行成分，需10,000元。試問(wèn)：你將支持哪個(gè)課題組的工作？有何依據(jù)？
六．綜合題（僅單獨(dú)考生做，每小題7分，共28分）
1．有一雙面軟盤，每面有77道，劃分為9個(gè)扇區(qū)。盤的轉(zhuǎn)速為360RPM,磁頭定位后對(duì)任何磁道上的讀寫速率都是250Kb/s.求：（1）該盤可存信息的最大容量（2）每扇區(qū)已定位在某磁道上，則讀取該道任意扇區(qū)信息的最大等待時(shí)間是多少？
2．簡(jiǎn)述確定指令的基本要求。一般的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪些基本指令類型？
3．設(shè)某臺(tái)計(jì)算機(jī)有9條指令，其使用頻度為：
I1: 52% I2:14% I3: 12% I4: 7% I5:6%
I6: 5% I7: 2% I8: 1% I9: 1%
試分別用Huffman編碼（要求畫出其Huffman樹）和2-4-6等長(zhǎng)擴(kuò)展操作碼為其編碼。
4．有一條流水線由4個(gè)功能段組成，如下圖所示：

（1）若每隔2 向流水線輸入一個(gè)任務(wù)，一共輸入4個(gè)，畫出其處理過(guò)程的時(shí)——空?qǐng)D，并求其吞吐率和效率。
（2）為了使流水線最快能每隔流出一個(gè)任務(wù)，應(yīng)改進(jìn)該流水線。A.試問(wèn)有哪兩種改進(jìn)方案？畫出改進(jìn)后的流水線。B.若每隔向改進(jìn)后的流水線輸入一個(gè)任務(wù)，一共輸入4個(gè)。試對(duì)于改進(jìn)后的兩種流水線，分別求其吞吐率。