一、名词解释（每题5分，共计30分）
1、计算机系统结构：机器语言或编译程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性，是计算机系统的软、硬件的界面。
2、数据表示：指令系统和硬件系统可以识别的数据类型
3 、RISC：精简指令系统计算机RISC (Reduced Instruction Set Computer) 只保留功能简单的指令，功能较复杂的指令用子程序来实现，通过尽可能降低指令集结构的复杂性，来达到简化指令集的实现和提高性能的目的。
4、超流水处理机：在一个时钟周期内分时多次发射指令的流水处理机
5、并行多处理机：又叫SIMD计算机。它是单一控制部件控制下的多个运算部件构成的计算机系统，所以又称为阵列处理机。
6、互连网络：由许多开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接及信息交换。
二、填空题（20分,每空2分，写答案时请给出空格编号）
1、实现程序移植的主要途径有（1）、系列机、 （2） 和 （3） 。
2、在一台30MHZ的处理器上执行一段20万条指令的程序，其中45%的指令时钟周期是1，30%的指令时钟周期数是2，25%的指令时钟周期数是4，则平均CPI是 (4) ，MIPS速率是 (5) ，程序执行时间是 (6) 。
3、设16个编号为0~15的处理机通过单级互连网络互连， 若互连函数为若互连函数为若互连函数为若互连函数为
Cube2，9号处理器与 (7) 号处理器相连， PM2+2，14号处理器与 (8) 号处理器相连， Shuffle（混洗），2号处理器与 (9) 号处理器相连， Butterfly（蝶式），6号处理器与 (10) 号处理器相连。
（1）高级语言 （2）模拟 （3）仿真
（4）2.05 （5）14.63 （6）0.013667秒
（7）13 （8）2 （9）4 （10）6
三、简答题（每题5分，共计20分）
1、信息熵H的定义是什么，信息冗余量R的定义是什么？在优化编码中，它们分别有什么意义？
信息熵H（Entropy）：表示用二进制编码表示n个码点时，理论上的最短平均码长。任何实际编码得到的平均码长l都大于H。
位冗余量：表明消息编码中“无用成分”所占的百分比，用来衡量代码优化的程度。
H????Pi?log2(Pi)?i?1nR?L?HL?(1?HL)2、什么是并行性？开发并行性有哪三种主要途径（请分别解释并举例）？
并行性指同一时刻或同一时间间隔内发生两件或两件以上事件。并行性分为同时性和并发性。
同时性指的是两个或多个事件发生在同一时刻。并发性则是指两个或多个事件发生在同一段时间间隔内。
在计算机系统中，提高并行性的技术途径可以归纳为以下三种：
1）时间重叠：在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，重叠的使用同一套部件的各个部分，加快硬件使用的周转来提高处理速度。典型的例子有流水技术。 2）资源重复：在并行性概念中引入空间因素，通过重复设置资源，尤其是硬件资源，来提高系统的性能。典型的例子有双工系统、相联处理机和阵列处理机等。
3）资源共享：主要是采用软件手段让多个任务按一定顺序轮流使用一套资源，通过提高资源利用率来提高系统的性能和效率。典型的例子有多道程序分时系统、计算机网络和分布处理系统等。
3、分别说明字节多路通道、选择多路通道、数组多路通道的工作过程？ 字节多路通道：以字节为单位交叉为多台设备传输。
选择通道：完成一台设备的全部传输后，再去为另一台设备服务。 数组多路通道：以数组（定长的数据块）为单位交叉为多台设备传输。 4、说明消除流水线瓶颈段有哪两种方法？ 瓶颈段细分、重复设置瓶颈段
四、设某台计算机有9 条指令，各指令的使用频度分别为：
I1：52% I2：14% I3：12% I4：7% I5：6% I6：5% I7：2% I8：1% I9：1%
试分别用哈夫曼编码（要求构造Huffman树）和2-4-6 等长扩展编码为其操作码编码，并分别计算平均码长。（10分）
由哈夫曼算法生成的哈夫曼树如下图所示。
由哈夫曼树生成的哈夫曼编码和2-4-6 扩展编码如下表所示。
由表中的哈夫曼编码计算操作码平均码长为：
由表2.5 中的2-4-6 扩展编码计算操作码平均码长为：
五、一条线性动态双功能流水线由6个功能段组成，加法操作使用其中的1->2->3->6功能段，乘法操作使用其中的1->4->5->6功能段，每个功能段的延迟时间均相等。流水线的输入端与输出端之间有直接数据通路，而且设置有足够的缓冲寄存器。现在用这条流水线计算：
（1）画出流水线时空图
（2）计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。（10分）
计算f 需要先做4 次加法，再做3 次乘法。为便于流水计算，计算f 的表达式可写 为： f = [(a1+b1)×(a2+b2)]×[(a3+b3)×(a4+b4)] 按表达式中表示的计算优先次序，先做的4 次加法表示为1~4，后做的3 次乘法表示为5~7，其中，2 个方括号内的2 次变法分别表示为5 和6，方括号外的最后一次乘法表示为7。动态流水线计算f 的时空图如图所示。
流水线的实际吞吐率和效率分别为:：
六、有4 个中断处理程序1~4，相应的中断请求优先级由高到低为1、2、3、4。各级中断处理程序的中断屏蔽码如表1所示，设中断屏蔽位为“1”对应屏蔽；中断屏蔽位为“0”对应开放。
（1）如果4个级别的中断请求同时发生，请说明4个中断处理程序被执行完的次序。
（2）假设所有的中断处理都各需3Δt，中断响应和中断返回所需时间相对于中断处理时间少得多。当CPU 正在运行用户程序时，同时发生第2、3 级中断请求，经过2Δt 又同时发生第1、4 级中断请求。请画出程序运行过程示意图，说明4个中断处理程序被执行的次序。
表1 中断屏蔽码
（10分）
（1） 4 个中断处理程序被执行完的次序是：1、3、4、2 （2）程序运行过程示意图：