yonka华中科技大学计算机学院博士入学考试真题

2021年1月21日发(作者：清淡)
华科大
200
×年计算机系统结构博士生入学考题


一、判断题
(
选择一个最佳的答案
,
每题
3
分
,
共１８分
)
红色标注答案供参考

1.
测量计算机对事务处理的性能，所用的测试基准 程序（
Benchmark
）应该是：

(a)

Whetstone;

(b) SPECint;

(c)TPC-C;


(d) SPECfp

2.
从汇编语言程序员的角度看
,
下列哪个是不透明的
:
(a)cache;
(b)
数据通路的宽度
;(c)
虚拟存储器
;(d)
流水线


3.
某个应用程序 运行所需要的最少存储空间为
320
页，每页
32KBytes
。某计算机实
际物理内存为
256MBytes,
但
250Mbytes
的内存 已被其它程序占用，硬盘的容量为
40GBytes,
操作系统为该程序分配的虚拟内存地址空间应该是：

(a) 6MBytes;

(b) 10MBytes;


(c) 256MBytes; (d)40GBytes

4.
某个由多处理器构成的服务器中
,
每个处理器都有自己的存储器
,
但所有存储器
都统一编址
,
这种结构属于
:
(a)

UMA

(b)NUMA

(c)SMP

(d)CLUSTER


5.
某计算机采用了超标量流水线技术
,
其指令级并行度为

8
（即平均每个时钟周期
完成
8
条指令的执行）
,
若已知该机采用了两条流水线
,
其机器超流水线周期为
:
(a) 2
个时钟周期
;

(b) 1
个时钟周期
;



(c) 1/2
个时钟周期
;



(d) 1/4
个时钟周期
;


6.
一台由8
个磁盘构成的磁盘阵列，其冗余校验信息在某个磁盘中，所属的
RAID
级别是 ：

(a) RAID0
；

(b) RAID1;



(c)RAID3;





(d) RAID5.



二、问答题：
(10
分
)
1
．

RISC
机和
CISC
机相比，

提高性能的基本原理是什么
?
在指令条数（
增加
）
，CPI
（
减少
）和时钟频率（）等方
面，它提高性能的关键点在什么地方
?(4
分
)
2
．

机群系统和多台计算机组成的局域网有什么区别
?
（３
分）

3
．

SIMD
和向量机（
Vector
）的异同点是什么？（３分）


1


三、

计算题（４９分）

（１）

（８分
)
一个程序有
40%
的部分可以 并行化，
若采用多个
CPU
的办法
来加速可并行化部分，而总程序运行时间由 于多
CPU
的原因由原来单
CPU
的
120
秒缩短为
80
秒，试问至少要用几个
CPU?
解：设要
x
个，则





120/80
＝
1/(0.4/x+0.6)
得
x
＝
6
（２）

（１２分）某一存储子系统包 括
SCSI
控制器和一个磁盘。
SCSI
控制
器通过总线将请求发送 到磁盘上，然后将数据写到磁盘上，在此过程中
它不响应其它请求。假设

SCSI
控制器命令总开销为
1ms,
磁盘的传输
率为
4 0M
byte
/s
，
平均旋转延迟和寻道延迟之和为
6.6ms。
忽略磁盘中的
cache
影响，
CPU
向存储子系统每秒发出
60
个
16K
B
的写请求，达到
SCSI
控制器的
I/O
请求按指数分布。

a.
计算存储子系统对于
16KB
读请求的服务时间。

b.
存储子系统的利用率是多少？

c.
计算
I/O
请求的系统平均响应时间，包括排队和服务时间。

解：
a
：平均服务时间＝
1
＋
6.6
＋
1 6/40
＝
8ms




b
：系统利 用率＝到达速率×平均服务时间＝
60
×
0.008
＝
48
％





c
：
Time(
排 队
)
＝
8
×
0. 48/(1
－
0. 48)
＝
7.4






平均响应时间＝
8
＋
7.4
＝
15.4ms
（３）

（１０分）某种机器具有层次型存储结构，包含
cache
，内存和磁盘系
统。内存的平均存取时间
50
个时钟周期，磁盘的平均存取时间
1,000,000
个时钟周期。在不发生存储器停顿
(memory stall)
时，所有的
指令通常是用两个时钟周期完成（
CPI=2
）
。如果有一个程 序在此机器
上运行，
平均每条指令要访问
存储器
1.5
次，
在
cache
的命中率是
98%
，
而读内存的缺失率
(mi ss
rate)
为
0.01%
。程序运行执行的总指令数为
1,0 00,000
条，时钟周期为
10ns
，请问这个程序的总的运行时间
T，并
分析这个程序有多少时间是花在磁盘
I/O
上。

解：T
＝指令数×（指令执行时钟周期数＋缺失率×存储器存取次数
/
指令
数 ×缺失代价）×时钟周期时间

下一级得缺失代价＝
50
＋
0.00 01
×
1000000
＝
150
个时钟周期

花在 磁盘上得
IO
时间＝
1000000
×
1.5
×
0 .02
×
0.0001
×
1000000
×
10



















＝
30ms
T
＝
1000000
×（
2
＋
0.02
×
1.5
×
150
）×
10
＝
65ms
（４）


(
８分
)

一个具有
64
个相同处理器的
DSM
机器运行某个程序
,
每
个处理器在存取本地存储器时的
CPI
为
1,
存取远端存储器的时间为
3000ns.
处理器的时钟周期为
20ns.
与
2%
的指令需要远端存取相比
,
处
理器完全没有远端存储器存取时
,
速度会提高多少
?

2

（５）

（６分）
设指令在
4
个功能部件的执行时间分别为
20ns, 16ns, 18ns, 12ns,
如果采用流水线增加了
2ns
的附加开销
,
与不采用流水线相比
,
流水
线的最大加速比将是多少
?








解：
(20
＋
16
＋< br>18
＋
12)/(20+2)=3
（
6
）

（５分
)

在
100Mbits/s
的网络上传送
2000Bytes
的信息，
通行时间为
600
μ
s,
发 送方和接受方的开销均为
200
μ
s.
接收方所花费的时间为多
少？


四、

分析题（２３分）


(1)
（７分）
列出下面代码的相关关系，并把它改写为并行程序

for (i=1; i<=100; i=i+1) {

a[i]=b[i]+c[i];














/* S1 */

b[i]=a[i]+d[i];




/* S2 */

c[i+1]=a[i]+e[i];




/* S3 */
}


（
2
）
(10
分
)

在一个包括取指F
、译码
D
、执行
X
、存数
M
、写回
W
的五段流水线
机器上，
假设每段都花费一个时钟周期，
流水线没有采用forwarding
或者
Bypassing
技术，但寄存器在同一时间的读 和写可通过寄存器堆来
forward.
机器运行下列代码：

loop:


LW

R1,0 (R2)
ADDI R1, R1,#1
SW

R1, 0 (R2)
ADDI R2, R2,#5
SUB R4,R3,R2
BNZ R4, loop
假设

R3
的初始值为

R2 + 100,
并假设所有的存储器存取都命中。

画出执行上述程序的时空图，

并计算这段程序的执行将花费多少个周期。


（
3
）

（６分
)
一个程序一共有
6
页
,
但分配给该程序的实际内存空间只有
3
页
,
该程序的执行顺序为
:

P1,P2,P3,P4,P2,P3,P5,P5,P4,P6,P3,P3,P2,P1,P5
请画出用
LRU
和
LFU
替换算法进行工作时的替换表
,
并指出两种情
况下的命中率为多少？





3