國防科技大學1998年計算機原理與系統(tǒng)結構考研試

來源：時間：2007-06-06 14:41:50

國防科技大學研究生院1998年碩士生入學考試
計算機原理與系統(tǒng)結構試題
注意：1．統(tǒng)考生做一、二、三、四、五題
2．單獨考生做一、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、術語的含義（每個2分，共20分）
1.RISC 2.　程序訪問局部性原理 3. 快表 4. “先寫后讀”相關 5. 同構型多處理機
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．某浮點機采用32位浮點二進制數(shù)據(jù)表示，其中8位（含1位符號）為移碼表示的階碼，24位（含1位符號）為補碼表示的規(guī)格化尾數(shù)，試寫出可表示的最大正數(shù)（階碼：尾數(shù)：）和最小負數(shù)（階碼：尾數(shù)：）。
2．實現(xiàn)微程序快速轉移的方法常有（）、（）、（）。
3．光盤存儲器按存儲介質可以分為（）、（）和（）三類。
4．刷新的基本要求是：（），（）和刷新期間不允許訪存。
5．按照機器指令訪問數(shù)據(jù)的方式，可以將當前絕大多數(shù)機器分為（　　）、（）和（）類型。
6．大多數(shù)并行處理機都是由一定數(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，分支延遲的三種調度方法是（　　　）、（）和（）。
8．在存儲器層次結構中，減少Cache命中時間的技術主要有：采用小且簡單的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（　　）對計算機分類。按此分類法，ILLIAC-IV屬于（　　　　　　）計算機。
10．有效地址（　　　）上界或（）下界，即出現(xiàn)越界錯。
11．IBM370中的“測試與置定”指令TS的作用是（）,但它可能導致（）。
12．一個模m=32的多體存儲器，其容量為1M字節(jié)。對于給定的地址（二進制）：11010011110101110101，若采用低位交叉編址（二進制）為（）體內地址（二進制）為（）。
13．計算機系統(tǒng)的軟件和硬件在（）上是等效的，但在（）上是不等效的。
三、簡答以下問題（每個3分,共12分）
1．通常浮點機的階碼都用移碼表示，為什么？
2．從磁頭和磁記錄介質角度考慮，如何提高磁表面存儲器的記錄密度？
3．數(shù)據(jù)相關有哪幾種類型？解決數(shù)據(jù)相關有哪些主要方法？
4．什么是堆棧型機器？什么是通用寄存器型機器？堆棧型機器有何優(yōu)點？
四．計算題（每個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。試用補碼加減交替除法規(guī)則求商[C] =？余數(shù)[R] =？（要寫出計算豎式）。
2．使用16K*1位的靜態(tài)RAM存儲芯片，外圍電路用ECL電路，構成128K*16位的Cache存儲器。試回答：
（1）需要多少存儲芯片？
（2）存儲器地址碼位數(shù)是多少？
（3）單個芯片的地址碼位數(shù)是多少？
（4）計算寫使能端的負載端數(shù)。若每個ECL門帶8個負載端，需要多少個ECL門？
3．給定如下圖所示的二級Cache存儲器層次結構,設第一級和第二級Cache的訪問時間是 ; 分別是第一級Cache和第二級Cache的命中率；為主存訪問周期。求：

（1）該存儲器層次結構的平均訪問時間；
（2）和直接對主存進行訪問相比，該存儲器層次結構訪問時間加速比是多少？加速比的最大值是多少？
4．請寫出PM2I單級互連網(wǎng)絡的互連函數(shù)，并畫出當結點數(shù)N=8時，PM2I的連接情況。
5．什么是LRU 替換算法？在用比較對法實現(xiàn)LRU替換算法時，對于P（塊數(shù)）為32的情況，若分為每群4對，每對2行，請問需要多少個狀態(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個盤片。其中1個盤面為保護面，1個盤面為伺服面，其它盤面為數(shù)據(jù)面。盤的轉速為7200 RPM。存儲區(qū)域的內存直徑為20cm，外直徑為32cm,道密度為15TPM,位密度為100bpm。
計算：
（1）最大等待時間
（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．何為先行進位加法器？簡述先行進位的基本思想和實現(xiàn)方法。
3．有一條動態(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）畫出處理過程的時——空圖；
（2）計算其實際吞吐率和效率。
4．設有一個CET46" class="wordstyle">四級立方體網(wǎng)絡，按從左到右的次序依次為第0級、第1級、第2級、第3級。其輸入端和輸出端的編號均為0,1,…,15。（1）畫出該網(wǎng)絡；（2）該網(wǎng)絡各級實現(xiàn)的函數(shù)是什么？（3）對于下述連接，分別寫出其級控制信號：(設“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．設有一主頻為200MHz的向量處理機，對如下向量指令進行處理。而該向量處理機的各種操作的啟動開銷如下表所示
_________________________
|__操作___|__時鐘周期數(shù)_|
|___加____|______6______|
|___乘____|______7______|
|裝入/存儲|______12_____|
V1（1是下標）<— 主存
V2（2是下標）<— V1（1是下標）*標量
V3（3是下標）<— 主存
V4（4是下標）<— V2（2是下標） V3（3是下標）]
主存<—V4（5是下標）

假設向量操作的保持速率為1個時鐘周期，向量元素為雙精度浮點數(shù)，機器順序執(zhí)行各向量指令且不鏈接。如果以MFLOPS衡量處理機性能，求：
(1)該向量處理機的峰值性能
(2)半性能向量長度N(下標為1/2)
(3)如果忽略任何循環(huán)額外開銷，則向量長度至少為多大時，向量處理比標量處理快?

6．有一臺機器，其并行計算與順序計算的加速比為10，某一程序當前所開發(fā)的并行成分占整個程序的50% 。現(xiàn)在某一課題組提出只要投資50,000，他們可以通過改造硬件的方式使得該程序的并行成分的計算速度加倍；而另一課題組則認為，無需改變硬件，只要進一步開發(fā)程序中的并行成分（假設該程序的最大并行性可達60%）就可以達到同樣的效果，并要示在當前程序的基礎上，每開發(fā)1%的并行成分，需10,000元。試問：你將支持哪個課題組的工作？有何依據(jù)？
六．綜合題（僅單獨考生做，每小題7分，共28分）
1．有一雙面軟盤，每面有77道，劃分為9個扇區(qū)。盤的轉速為360RPM,磁頭定位后對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)信息的最大等待時間是多少？
2．簡述確定指令的基本要求。一般的指令系統(tǒng)應包括哪些基本指令類型？
3．設某臺計算機有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等長擴展操作碼為其編碼。
4．有一條流水線由4個功能段組成，如下圖所示：

（1）若每隔2 向流水線輸入一個任務，一共輸入4個，畫出其處理過程的時——空圖，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任務，應改進該流水線。A.試問有哪兩種改進方案？畫出改進后的流水線。B.若每隔向改進后的流水線輸入一個任務，一共輸入4個。試對于改進后的兩種流水線，分別求其吞吐率。