2018年6月計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ( 第3次 )作業(yè)

1、<p>　　第3次作業(yè)一、填空題（本大題共30分，共 10 小題，每小題 3 分）1. </p><p>　　存儲空間常用的編址單位有：________、________和________。</p><p><b>　　2. </b></p><p>　　隨著集成電路的發(fā)展，硬件價格和體積不斷下降，_________已經(jīng)成為提高系

2、統(tǒng)性能最有效的手段。</p><p><b>　　3. </b></p><p>　　計算機系統(tǒng)中，一般使用具有層次結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng)，主要可分為三個存儲層面：__________、__________和__________。</p><p><b>　　4. </b></p><p>　　Cache替

3、換算法中最簡單的一種的是_________。 </p><p><b>　　5. </b></p><p>　　存放在存儲器中的______和______，都是以二進(jìn)制編碼表示的，從它們本身是無法區(qū)別的。</p><p><b>　　6. </b></p><p>　　目前，市場上存在的向

4、量計算機主要采用兩種方法：_________、_________。</p><p><b>　　7. </b></p><p>　　向量處理機結(jié)構(gòu)目前已成為解決數(shù)值計算問題的一種重要的高性能結(jié)構(gòu)。它有兩個主要的優(yōu)點：__________和__________。</p><p><b>　　8. </b></p>

5、<p>　　_________是衡量流水線最高性能的一個指標(biāo)。</p><p><b>　　9. </b></p><p>　　提高寫直達(dá)Cache性能最重要的方法是設(shè)置一個容量適中的寫緩存。然而寫緩存中可能包含讀失效時所需單元的最新值，這個值尚未寫入存儲器，導(dǎo)致了存儲器訪問的復(fù)雜化。解決方法是_______。</p><p>&

6、lt;b>　　10. </b></p><p>　　OGSA架構(gòu)由四個主要的層構(gòu)成，從下到上依次為：__________、__________、__________、__________。</p><p>　　二、簡答題（本大題共30分，共 5 小題，每小題 6 分）1. </p><p>　　字節(jié)多路通道連接P 臺設(shè)備，每臺設(shè)備都傳送n 個字節(jié)

7、，TS：設(shè)備選擇時間。TD：傳送一個字節(jié)的時間。Ti：第i個數(shù)據(jù)的傳輸，i=1，2，…，n?？偣菜枰臅r間：</p><p>　　2. .虛擬存儲空間大小Nv＝4GB，頁的大小Np＝1KB，每個頁表存儲字占用4個字節(jié)。計算得到頁表的級數(shù)3. </p><p>　　MPP系統(tǒng)一般指的是？</p><p><b>　　4. </b></p

8、><p>　　傳統(tǒng)機器級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的屬性主要是由該機器的指令系統(tǒng)來表征的，具體屬性是哪些？</p><p>　　5. 描述網(wǎng)格必須同時滿足的三個條件。三、問答題（本大題共40分，共 5 小題，每小題 8 分）1. </p><p>　　浮點數(shù)尾數(shù)m用原碼、小數(shù)表示，階碼e用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)基值，階碼基值。要求浮點數(shù)表示范圍N為，表示浮點數(shù)表示精度不低于，試設(shè)計一

9、種浮點數(shù)的格式。</p><p>　　2. 簡述設(shè)計者使用人機交互來處理相互沖突的折中方法。3. </p><p><b>　　簡述分支目標(biāo)緩沖。</b></p><p><b>　　4. </b></p><p>　　在虛擬存儲系統(tǒng)中，由于用戶程序的訪問空間映射到主存后將不是一個連續(xù)的地址空間，

10、而將分布在主存中的各個頁面，將采用何種更細(xì)微的保護(hù)方法。</p><p>　　5. 定義一種浮點數(shù)機器字的格式需要確定浮點數(shù)表示的6個參數(shù)，分別為： 1.確定尾數(shù)m的數(shù)制和碼制。 2.確定階碼e的數(shù)制和碼制。 3.確定尾數(shù)的基r_m。 4.確定階碼的基r_e。 根據(jù)要求的表示范圍和表示精度確定尾數(shù)長度n和階碼長度q。 假設(shè)：浮點數(shù)尾數(shù)m用原碼、小數(shù)表示，階碼e用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)基值r_m=2，階碼

11、基值r_n=2。要求浮點數(shù)表示范圍不小于N（N為可表示的最大正數(shù)），表示精度不低于δ，確定q和n的值。 答案：一、填空題（30分，共 10 題，每小題 3 分）1. 參考答案：</p><p>　　字編址、字節(jié)編址、位編址</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：2. 參考答案：</p><p><b>　　資源復(fù)制</

12、b></p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：3. 參考答案：</p><p>　　高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：4. 參考答案：</p><p><b>　　隨機替換算法</b></p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)

13、：5. 參考答案：</p><p><b>　　指令、數(shù)據(jù)</b></p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：6. 參考答案：</p><p>　　存儲器-存儲器結(jié)構(gòu)、寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：7. 參考答案：</p><p><b&

14、gt;　　效率高、適用性廣</b></p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：8. 參考答案：</p><p><b>　　理想CPI</b></p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：9. 參考答案：</p><p>　　讓讀失效等待，直至寫緩存為空</p><p>

15、　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：10. 參考答案：</p><p>　　資源層、Web服務(wù)層、基于OGSA架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)層、網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)?lt;/p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：二、簡答題（30分，共 5 題，每小題 6 分）1. 參考答案：TBYTE =（TS+TD）?P?n解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：2. 參考答案：</p><p>　

16、　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：3. 參考答案：</p><p>　　使用大量的，同構(gòu)的處理單元（PE，Processing Element），并以一種高帶寬，低時延的專有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的計算機系統(tǒng)。MPP系統(tǒng)節(jié)點之間的消息傳送相對于集群系統(tǒng)具有更短的延遲，系統(tǒng)性能更強。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：4. 參考答案：</p><p>　?。?）數(shù)

17、據(jù)表示：硬件能直接識別和處理的數(shù)據(jù)類型；</p><p>　?。?）寄存器定義：包括各種寄存器的定義、數(shù)量和使用方式；</p><p>　?。?）指令系統(tǒng)：尋址規(guī)則、機器指令的操作類型和格式等；</p><p>　?。?）中斷系統(tǒng)：中斷的類型和中斷響應(yīng)硬件的功能等；</p><p>　?。?）機器工作狀態(tài)的定義和切換：如管態(tài)和目態(tài)等；<

18、/p><p>　?。?）存儲系統(tǒng)：主存最小編址單位、編址方式、可編程最大存儲容量等；</p><p>　?。?）輸入/輸出結(jié)構(gòu)：輸入/輸出連接方式、處理機存儲器與輸入/輸出設(shè)備間數(shù)據(jù)傳送的方式和格式、輸入/輸出操作的狀態(tài)等。</p><p>　?。?）信息保護(hù)：信息保護(hù)方式和硬件對信息保護(hù)的支持。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：

19、5. 參考答案：</p><p>　　協(xié)調(diào)非集中控制資源：網(wǎng)格整合各種資源，協(xié)調(diào)各種使用者，這些資源和使用者在不同控制域中；網(wǎng)格還解決在這種分布式環(huán)境中出現(xiàn)的安全、策略、使用費用、成員權(quán)限等問題。</p><p>　　使用標(biāo)準(zhǔn)、開放、通用的協(xié)議和界面：網(wǎng)格建立在多功能的協(xié)議和界面之上，這些協(xié)議和界面解決認(rèn)證、授權(quán)、資源發(fā)現(xiàn)和資源存取等基本問題</p><p>　　

20、得到非平凡的服務(wù)質(zhì)量：網(wǎng)格允許協(xié)調(diào)使用它的資源，以得到多種服務(wù)質(zhì)量，滿足不同使用者需求，如系統(tǒng)響應(yīng)時間、流通量、有效性、安全性及資源重定位，使得聯(lián)合系統(tǒng)的功效比其各部分的功效總和要大得多。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：三、問答題（40分，共 5 題，每小題 8 分）1. 參考答案：</p><p>　　根據(jù)浮點數(shù)表示范圍的要求，用式計算階碼的長度q為：</

21、p><p>　　根據(jù)浮點數(shù)表示精度要求，用式（2-5）計算尾數(shù)長度n為：</p><p>　　q+n+1位尾數(shù)符號位+1位階碼符號位=63，距離機器字字長的整數(shù)邊界要求還差1位?？杉拥轿矓?shù)n或是階碼長度q上。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：2. 參考答案：</p><p>　　進(jìn)入系統(tǒng)時間：即用戶輸入命令所需時間。系統(tǒng)響應(yīng)時

22、間：輸入到顯示結(jié)果所需的時間。用戶反應(yīng)時間：接收結(jié)果到開始輸入下一條命令的時間。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：3. 參考答案：</p><p>　　轉(zhuǎn)移成功的分支指令地址和它的分支目標(biāo)地址都放到一個緩沖區(qū)中保存起來，緩沖區(qū)以分支指令的地址作為標(biāo)示；取指令階段，所有指令地址都與保存的標(biāo)示作比較，一旦相同，我們就認(rèn)為本指令是分支指令，且認(rèn)為它轉(zhuǎn)移成功，并且它的分支目標(biāo)(

23、下一條指令)地址就是保存在緩沖區(qū)中的分支目標(biāo)地址。這個緩沖區(qū)就是分支目標(biāo)緩沖區(qū)(Branch-TargetBuffer，BTB，或者Branch-TargetCache，BTC)。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：4. 參考答案：</p><p>　　(1)映射表保護(hù)法，利用映射表的映射關(guān)系來限制用戶程序的訪問地址空間，用戶程序不能訪問映射表上找不到的主存頁面，從而起到保

24、護(hù)作用。</p><p>　　(2)鍵保護(hù)，由操作系統(tǒng)根據(jù)主存使用分配的情況，給主存中的每一頁分配一個存儲鍵，相當(dāng)于保護(hù)鎖。所有頁的存儲鍵是在主存相應(yīng)的快速寄存器內(nèi)，當(dāng)用戶訪問這些頁面時，需要一個訪問鍵，相當(dāng)于鑰匙，來打開這把鎖。</p><p>　　(3)環(huán)保護(hù)，把系統(tǒng)程序和用戶程序按其重要性及其訪問權(quán)限進(jìn)行分層。最內(nèi)的幾層是系統(tǒng)程序的分層，之外的幾層是同一用戶程序的分層，保護(hù)級別由里向

25、外逐層降低。</p><p>　　解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：5. 參考答案：</p><p><b>　　方法如下：</b></p><p>　　根據(jù)浮點數(shù)表示范圍的要求，可得下式：</p><p><b>　　解這個不等式：</b></p><p>　　得到階碼長度q為

26、： </p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　根據(jù)浮點數(shù)表示精度要求，可得下式：</p><p>　　故得出尾數(shù)長度n為：</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　由（2-4）和（2-5）兩個不等式得出的階碼長度q和尾數(shù)

27、長度n，再加上一個尾數(shù)符號位mf和一個階碼符號位ef   ，就組成了一種滿足以上假設(shè)浮點數(shù)表示范圍和表數(shù)精度的浮點數(shù)機器字格式。</p><p>　　一般為了使浮點數(shù)機器字字長滿足整數(shù)邊界的要求，還需要適當(dāng)調(diào)整q和n的值。</p><p>　　例：浮點數(shù)尾數(shù)m用原碼、小數(shù)表示，階碼e用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)基值，階碼基值。要求浮點數(shù)表示范圍N為，表示浮點數(shù)表示精度不低于，

28、試設(shè)計一種浮點數(shù)的格式。</p><p>　　根據(jù)浮點數(shù)表示范圍的要求，用式（2-4）計算階碼的長度q為：</p><p>　　根據(jù)浮點數(shù)表示精度要求，用式（2-5）計算尾數(shù)長度n為：</p><p>　　q+n+1位尾數(shù)符號位+1位階碼符號位=63，距離機器字字長的整數(shù)邊界要求還差1位。可加到尾數(shù)n或是階碼長度q上。解題方案：評分標(biāo)準(zhǔn)：</p>