上海交通大学硕士研究生入学考试计算机原理试题
上海交通大学硕士研究生入学考试试题
试题序号21
试题名称：计算机原理与系统结构。
一、 填空题(!0分)
1、 单地址指令中为了实现两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常采用__寻址方式。
2、 开发计算机系统并行性，一般采用___、___和___这三种方法。
3、 设一个互连网有n个输入端和n个输出端(n=2n)，则其全混洗互连函数Shuffle(bn-1bn-2…b1b0)应为___。
4、 由容量为C的cache和容量为M的主存储器构成的存储系统的总容量为___。
5、 磁盘的存储器的访问时间主要包括_____时间__时间和__时间。
6、 对于CPU的性能，应主要衡量它的__性能，而不是峰值性能。
二、 名词解释(10分)
解释下列名词，从词意、用途、原理及特征待方面说明。
1、 SPEC
2、 冯、诺依曼结构
3、 MIMD
4、 Tomasulo
5、 共享虚拟存储器
三、 简答题(10分)
1、 在输入输出系统中，DMA方式是否可以替代中断方式?
2、 人们为什么要开发推理机等各种新型计算机系统结构?
3、 指令流水线中为什么要调度指令?怎样进行指令调度?
4、 总线中为什么要采用消息传送方式传输数据(如PCI)?
5、 浮点数的阶码为什么通常采用移码?
四、 计算题
1、 已知X和Y的二进制为X=-0011，Y=0110,用布斯乘法计算[X*Y]补。(结果为8位，本题6分)
2、 某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序一整体性能提高到原来的5倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。(4分)
3、 一个组相联映象Cache由64个存储块构成，每组包含4个存储块，主存包含4096个存储块，每块由此128字组成，访存地址为字地址。(8分)
(1) 求一个主存地址有多少位?一个cache地址有多少位?
(2) 计算主存地址格式中，区号、组号、块号和块内地址字段的位数。
4、 设cache的块长为1字(32位)，存储器总线宽度为1字，cache的失效率为15%，每条指令平均访存1.2次，cache命中时指令执行时间为2个周期，cache的失效率时间为8个时钟周期。(12分)
(1) 求指令平均执行时间。
(2) 如果将块长改为2字后，失效率降低到10%，求指令平均执行时间。
(3) 在(2)的基础上，对存储器采用2路多体交叉技术，求指令平均执行时间。
(4) 在(2)的基础上，将总线宽度改为64位，求指令平均执行时间
5、 假定硬盘传输数据以32位的字为单位，传输速度为1MB/S，CPU的时钟频率为50MHZ.(3+3+4=10分)
(1) 采用程序查询的输入输出方式，一个查询操作需要100个时钟周期，求CPU为I/O查询所花费的时间比率，假定进行足够的查询以避免数据丢失。
(2) 采用中断方法进行控制，每次传输的开销(包括中断处理)为100个时钟周期，求CPU为传输硬盘数据花费的时间比重。
(3) 采用DMA控制器进行输入输出操作，假定DMA的启动操作需要1000个时钟周期，DMA完成时处理中断需要500个时钟周期，如果平均传输的数据长度为4KB，问在硬盘工作时处理器将用多少时间比率进行输入输出操作，忽略DMA申请使用总线的影响。
五、 设计题
1、 设有一台简单计算机的指令系统共用10条指令，各指令的使用频率如下：
I1 20%， I2 20%， I320%， I4 20%， I520%， I620%， I720%，I820%，I9 20%，I1020%，
(1) 用哈夫曼编码设计这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度;
(2) 设计只有两种长度，且平均长度不大于3.20位的等长扩展操作码，并计算操作码平均长度。(5+5=10分)
六、 分析题
1、 下列程序中存在哪些相关?将下列RISC循环程序展开2次，并重新安排指令以避免流水方式执行中的停顿现象，数据访问指令LW的执行部件是两级流水线，定点加法部件有前向专用通道，转移指令后有一个延迟槽，假定循环次数N为3的倍数，流水线每个时钟周期启动一条指令，并有寄存器$12，$14，$16，$18可供使用。(12分)
copy:lw$10,1000($20)
sw$10,2000($20)
addi $20,$20,-4
bne $20,$0,copy
2、 画出16个输入输出和16个输出端口的W网络的结构。(8分)
