重庆大学2018年计算机系统结构 ( 第3次 )
第3次作业一、填空题（本大题共20分，共 10 小题，每小题 2 分）
1.
计算机中的主存储器，使用一维线性编址，这种地址称为________，其地址的集合称为________。
2.
DEC21064属于_________。
3.
基于I/O事件的可能性特征以及I/O资源的共享性，我们可以给出一系列的简单法则来计算整个I/O系统的响应时间和吞吐率。这部分的研究称为__________。
4.
反映外设可靠性能的参数有：_______、_______和_______。
5.
__________指令引起的控制相关可以通过展开解决。
6.
在简单流水线中，控制相关可以通过两方面得到保证：________和________。
7.
向量处理机结构目前已成为解决数值计算问题的一种重要的高性能结构。它有两个主要的优点：__________和__________。
8.
_________是衡量流水线最高性能的一个指标。
9.
提高写直达Cache性能最重要的方法是设置一个容量适中的写缓存。然而写缓存中可能包含读失效时所需单元的最新值，这个值尚未写入存储器，导致了存储器访问的复杂化。解决方法是_______。
10.
OGSA架构由四个主要的层构成，从下到上依次为：__________、__________、__________、__________。
二、简答题（本大题共40分，共 5 小题，每小题 8 分）
1.
字节多路通道连接P 台设备，每台设备都传送n 个字节，TS：设备选择时间。TD：传送一个字节的时间。Ti：第i个数据的传输，i=1，2，…，n。总共所需要的时间：
2. .虚拟存储空间大小Nv＝4GB，页的大小Np＝1KB，每个页表存储字占用4个字节。计算得到页表的级数
3.
MPP系统一般指的是？
4.
传统机器级系统结构的属性主要是由该机器的指令系统来表征的，具体属性是哪些？
5. 简述紧密耦合多处理机系统。
三、问答题（本大题共40分，共 5 小题，每小题 8 分）
1.
简述重叠解释时条件转移带来的问题。
2. 简述设计者使用人机交互来处理相互冲突的折中方法。
3.
简述分支目标缓冲。
4. 在虚拟存储系统中，两个存储器的速度相差特别悬殊，例如：T2＝105 T1。如果要使访问效率到达e＝0.9，问需要有多高的命中率？
5.
简述流水线的特点。
答案：
一、填空题（20分，共 10 题，每小题 2 分）
1.
参考答案：
主存物理地址、主存物理空间
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
超标量处理机
解题方案：
评分标准：
3.
参考答案：
排队论
解题方案：
评分标准：
4.
参考答案：
可靠性（reliability）、可用性（availability）、可信性（dependability）
解题方案：
评分标准：
5.
参考答案：
循环分支
解题方案：
评分标准：
6.
参考答案：
指令按顺序执行、对控制或分支冲突进行检测
解题方案：
评分标准：
7.
参考答案：
效率高、适用性广
解题方案：
评分标准：
8.
参考答案：
理想CPI
解题方案：
评分标准：
9.
参考答案：
让读失效等待，直至写缓存为空
解题方案：
评分标准：
10.
参考答案：
资源层、Web服务层、基于OGSA架构的网格服务层、网格应用程序层
解题方案：
评分标准：
二、简答题（40分，共 5 题，每小题 8 分）
1.
参考答案：
TBYTE =（TS+TD）•P•n
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
解题方案：
评分标准：
3.
参考答案：
使用大量的，同构的处理单元（PE，Processing Element），并以一种高带宽，低时延的专有网络互联而成的计算机系统。MPP系统节点之间的消息传送相对于集群系统具有更短的延迟，系统性能更强。
解题方案：
评分标准：
4.
参考答案：
（1）数据表示：硬件能直接识别和处理的数据类型；
（2）寄存器定义：包括各种寄存器的定义、数量和使用方式；
（3）指令系统：寻址规则、机器指令的操作类型和格式等；
（4）中断系统：中断的类型和中断响应硬件的功能等；
（5）机器工作状态的定义和切换：如管态和目态等；
（6）存储系统：主存最小编址单位、编址方式、可编程最大存储容量等；
（7）输入/输出结构：输入/输出连接方式、处理机存储器与输入/输出设备间数据传送的方式和格式、输入/输出操作的状态等。
（8）信息保护：信息保护方式和硬件对信息保护的支持。
解题方案：
评分标准：
5.
参考答案：
系统中各处理机相互之间的联系是比较紧密的,通过系统中的共享主存储器实现彼此间的数据传送和通信。
优点：
通过共享存储器，处理机间的通信和数据传输速度快、效率高
缺点：
存在访问冲突，总线带宽限制导致处理及数量不能太多。为每个处理机配置较大的独立cache可以缓解访问冲突问题，但同时cache同步也是较大问题。
解题方案：
评分标准：
三、问答题（40分，共 5 题，每小题 8 分）
1.
参考答案：
当本条指令为转移指令时，若转移不成功时，可顺序进行下一条指令的分析和执行。此时，上下两条指令可重叠解释下去。若转移不成功而下条指令在指令缓存中，则不需要执行取指的操作。但由于转移指令在执行时，其顺序的下一条指令的分析已经完成，其工作无用。转移成功处的指令重新开始分析和执行。若转移不成功而下条指令不在指令缓存中，则需要先取出转移成功处的指令。同样，转移指令顺序下一条指令的分析工作也作废。
解题方案：
评分标准：
2.
参考答案：
进入系统时间：即用户输入命令所需时间。
系统响应时间：输入到显示结果所需的时间。
用户反应时间：接收结果到开始输入下一条命令的时间。
解题方案：
评分标准：
3.
参考答案：
转移成功的分支指令地址和它的分支目标地址都放到一个缓冲区中保存起来，缓冲区以分支指令的地址作为标示；取指令阶段，所有指令地址都与保存的标示作比较，一旦相同，我们就认为本指令是分支指令，且认为它转移成功，并且它的分支目标(下一条指令)地址就是保存在缓冲区中的分支目标地址。这个缓冲区就是分支目标缓冲区(Branch-TargetBuffer，BTB，或者Branch-TargetCache，BTC)。
解题方案：
评分标准：
4.
参考答案：
解题方案：
评分标准：
5.
参考答案：
流水线具有以下特点：
流水线处理的必须是连续任务，只有连续不断的任务才能充分发挥流水线的效率。必须尽可能克服程序本身带来的数据相关、控制相关等问题。
流水线依靠多个功能部件并行工作来缩短程序的执行时间，实际上是把一个大的功能部件分解成多个子过程。
流水线中的每一个功能部件后面都要有一个缓冲寄存器，即所谓的锁存器，一遍平滑各个功能段延时时间的不一致。
流水线中各段时间应尽量相等，避免段延时过长引起的互相等待。对执行时间长的功能段，即所谓“瓶颈”，要设法解决，否则将使得整个流水线性能下降。
流水线需要有“装入时间”和“排空时间”。在流水线处理的任务很多时，“装入时间”和“排空时间”所占的比例将很小。
解题方案：
评分标准：
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