计算机系统结构期末试题总结 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 12:35:05星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

3、难度级别:2

4、知识点:六、输入输出系统 5、分值:10

6、所需时间:15分钟

7、试题关键字:输入输出系统 8、试题内容:

设一个磁盘的平均寻道时间为20ms,传输速率是1MB/s,控制器开销是2ms,转速为每分钟5400转。求读写一个512字节的扇区的平均时间。 9、答案内容:

解:平均旋转延时 = 0.5/5400转/分 = 0.0056秒 = 5.6ms 2分

平均磁盘访问时间 = 平均寻道时间 + 平均旋转延时 + 传输时间 + 控制器延时 4分

= 20ms + 5.6ms + 0.5KB/1.0MB/s + 2ms = 20+5.6+0.5+2ms = 28.1ms 4分

10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:614 2、题型:计算题 3、难度级别:1

4、知识点:六、输入输出系统 5、分值:10

6、所需时间:15分钟

7、试题关键字:输入输出系统 8、试题内容:

假设一台计算机的I/O处理时间占响应时间的10%,当I/O性能保持不变,而对CPU性能分别提高10倍和100倍时,计算机的系统总体性能会出现什么样的变化?

9、答案内容:

解:假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果CPU的性能提高10倍,程序的计算(包含I/O处理)时间为: 2分 (1 - 10%)/10 + 10% = 0.19 2分

即整机性能只能提高约5倍,差不多有50%的CPU性能浪费在I/O上。1分 如果CPU性能提高100倍,程序的计算时间为: (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109 3分

而整机性能只能提高约10倍,表示有90%的性能浪费在没有改进的I/O上了。2分

10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:615 2、题型:计算题 3、难度级别:2

4、知识点:六、输入输出系统

5、分值:10

6、所需时间:15分钟 7、试题关键字: 8、试题内容:

假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下:

(1)磁盘子系统由10个磁盘构成,每个磁盘的MTTF为1000 000小时。 (2)1个SCSI控制器,其MTTF为500 000小时。 (3)1个不间断电源,其MTTF为200 000小时。 (4)1个风扇,其MTTF为200 0000小时。

(5)1根SCSI连线,其MTTF为1000 000小时。 假定每个部件的正常工作时间服从指数分布,即部件的工作时间与故障出现的概率无关,同时假定各部件的故障是相互独立的,试计算整个系统的MTTF。 9、答案内容:

解:整个系统的失效率为: 系统失效率

10×1/1000000+1/500000+1/200000+1/200000+1/1000000=23/1000000 5分

系统的MTTF为系统失效率的倒数,即:

MTTF=1000000/23=43500小时,大约为5年。 5分 10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:616 2、题型:计算题 3、难度级别:3

4、知识点:六、输入输出系统 5、分值:10

6、所需时间:15分钟

7、试题关键字:输入输出系统 8、试题内容:

某个任务的处理时间为64秒,CPU在这期间始终忙于处理,I/O处理时间为36秒。为提高系统性能,有两种方案:使CPU速度增加1倍,或者使CPU和I/O速度同时增加1倍。计算这两种情况下的处理时间。 9、答案内容:

解:由题意知,在处理该任务时,CPU与I/O处于并行的时间正好是I/O处理时间;如使CPU的速度增加1倍,则CPU的处理时间为:

Tcpu=64/2=32

则总的处理时间为:T=Tcpu+Ti/o-Toverlap 4分 ∵ Toverlap<=min{Tcpu ,Ti/o}

∴T>=32+36-32=36 3分 当两者速度同时增加1 倍时: Tcpu=64/2=32 Ti/o==18 则:

T>=32+18-18=32 3分

10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:617 2、题型:计算题 3、难度级别:3

4、知识点:六、输入输出系统 5、分值:10

6、所需时间:15分钟

7、试题关键字:输入输出系统 8、试题内容:

假设在一个计算机系统中:

(1)每页为32KB,Cache块大小为128字节;

(2)对应新页的地址不在Cache中,CPU不访问新页中的数据; (3)Cache中95%的被替换块将再次被读取,并引起一次失效; (4)Cache使用写回方法,平均60%的块修改过; (5)I/O系统缓冲能够存储一个Cache完整的块(这称为速度匹配缓冲区,使

存储器和I/O的速度得到匹配);

(6)访问或失效在所有的Cache中均匀分布;

(7)在CPU和I/O之间,没有其它访问Cache的干扰; (8)无I/O时,每100万个时钟周期中,有18000次失效;

(9)失效开销是40个时钟周期。如果替换块被修改过,则再加上30个周期

用于写回主存;

(10) 假设机器平均每200万周期处理1页。 分析I/O对于性能的影响有多大? 9、答案内容:

解:每个主存页有32K/128=256块。

因为是按块传输,所以I/O传输本身并不引起Cache失效。但是它可能要替换Cache中的有效块。如果这些被替换块中有60%是被修改过的,将需要(256×60%)×30=4608个时钟周期将这些被修改过的块写回主存。 3分

这些被替换出去的块中,有95%的后继需要访问,从而产生95%×256=244次失效,将再次发生替换。由于这次被替换的244块中数据是从I/O直接写入Cache的,因此所有块都为被修改块,需要写回主存(因为CPU不会直接访问从I/O来的新页中的数据,所以它们不会立即从主存中调入Cache),需要时间是244×(40+30)=17080个时钟周期。3分

没有I/O时,每一页平均使用200万个时钟周期,Cache失效36000次,其中60%被修改过,所需的处理时间为:

(36000×40%)×40+(36000×60%)×(40+30)=2088000(时钟周期)

时钟I/O造成的额外性能损失比例为

(4608+17080)÷(2000000+2088000)=0.53% 4分 即大约产生0.53%的性能损失。

10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:618 2、题型:计算题 3、难度级别:3

4、知识点:七、多处理机 5、分值:10

6、所需时间:15分钟 7、试题关键字:多处理机 8、试题内容:

32个处理器的计算机,对远程存储器访问时间为2000ns。除了通信以外,假设计算中的访问均命中局部存储器。当发出一个远程请求时,本处理器挂起。处理器时钟时间为10ns,如果指令基本的CPI为1.0(设所有访存均命中Cache),求在没有远程访问的状态下与有0.5%的指令需要远程访问的状态下,前者比后者快多少? 9、答案内容:

解:有0.5%远程访问的机器的实际CPI为

CPI=基本CPI+远程访问率×远程访问开销 =1.0+0.5%×远程访问开销3分 远程访问开销=远程访问时间/时钟时间

=2000ns/10ns=200个时钟3分 ∴ CPI=1.0+0.5%×200=2.02分

它为只有局部访问的机器的2.0/1.0=2倍, 2分

因此在没有远程访问状态下的机器速度是有0.5%远程访问机器速度的2倍。 10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:619 2、题型:计算题 3、难度级别:3

4、知识点:七、多处理机 5、分值:10

6、所需时间:15分钟 7、试题关键字:多处理机 8、试题内容:

若令8*8矩阵A=(aij)以行为主存放在主存储器中,用什么样的单级互连网络可使A转换成转置矩阵AT?总共需要传送多少步? 9、答案内容:

解:这个8*8的矩阵如下: 3分

000000 000001 ...... 000111 001000 001001 ...... 001111 ...... ...... ...... ...... 111000 111001 ...... 111111

转换成转置矩阵后:如下 4分 000000 001000 ...... 111000 000001 001001 ...... 111001

...... ...... ...... ...... 000111 001111 ...... 111111

就是把前三位与后三位对调位置而成.所以使用以下复合互连函数可以完成:Shuffle(Shuffle(Shuffle))

就是进行三次全混洗就可把行与列的单元互换.因为总数有8*8=64个数,而在对角线上的八个数是不必调换的,所以总步数为3*(64-8)=168(步)。3分 10、评分细则:10分/小题,评分细则分布在答案内容中。

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1、试题序号:620 2、题型:计算题 3、难度级别:5

4、知识点:七、多处理机 5、分值:10

6、所需时间:15分钟 7、试题关键字:多处理机 8、试题内容:

试确定在下列4种计算机系统中,计算下列表达式所需时间。

S??(Ai?Bi)

i?18其中,加法需用30ns,乘法需用50ns。在SIMD和MIMD计算机中,数据由一个PE(处理单元)传送到另一个PE需要10ns,而在SISD计算机中数据传送时间可忽略不计。在SIMD计算机中,PE间以线性圆环方式互连(以单向方式传送数据),而在MIMD计算机中,PE间以全互连方式连接。 (1) 具有一个通用PE的SISD计算机系统;

(2)具有一个加法器和一个乘法器的多功能部件的SISD计算机系统; (3)具有8个PE的SIMD计算机系统; 具有8个PE的MIMD计算机系统。 9、答案内容:

解:(1)具有一个通用PE的SISD计算机系统:

这是最花时间的一个系统,得做一次加法,做一次乘法,按顺序进行:其所用时间为:

30*8+50*(8-1)=590(ns) 2分

(2)具有一个加法器和一个乘法器的多功能部件的SISD 计算机系统:

按题意,这可以是一个标量机, 其中的加法和乘法可以有部分重叠进行,其所用时间为:其并行时空图简示如下:

1 2 3 4 5 6 7 8 法 乘

1 2 3 4 5 6 7 8 法 30+30+50*(8-1)=410(ns)

其中的两个30是指开始阶段,先要算出两个和的时间。 2分 (3)具有8个PE的SIMD计算机系统: