Архитектура вычислительных систем. Контрольная работа. Вариант №8. Семестр 4-й

Глава 1. Способы организации и типы ВС
Вопрос: Каковы области применения однокристальных ВС?
Задача
Самостоятельно рассмотрите указанную область применения в плане  предъявляемых ею требований к ВС.
Карманный аудиоплеер для проигрывания звука, записанного в цифровом виде на компактный модуль flash памяти.

Глава 2. Параллельная обработка информации.
Вопрос: Как была устроена коммутирующая сеть ВС ILLIAC IV, в чем заключались ее достоинства и недостатки?
Задачи
1. МЗП клеточно-автоматная модель простейшего сумматора состоит из клеточного объекта - поля значений и двух правил: правило сложения и переноса и правило подъема. Клеточный объект в данном случае - это двумерный массив, элементами которого может быть 0 или 1. Строки клеточного объекта содержат двоичные представления чисел, которые сумматор должен сложить. Правила определяют, каким образом будут вычисляться новые значения ячеек клеточного массива. Каждое правило имеет правую и левую части. Правая часть означает условие применимости, а левая - новое значение после срабатывания правила. Вычисление на поле значений происходит в дискретном времени (по шагам) до того момента, когда значенния перестанут изменяться, т.е. будет получен результат. На каждом шаге правила пытаются примениться к каждому участку поля значений. Если обнаружено совпадение некоторого фрагмента поля значений и левой части правила, то правило считается применимым. На первой фазе каждого шага отыскиваются все участки поля значения, где применимо одно из правил. На второй фазе каждого шага все применимые правила срабатывают. Т.е. смена значений на поле на новые значения происходит одновременно. Нижняя строка в клеточном массиве должна быть заполнена нулями, иначе правило подьема не сможет поднять единицы с этого ряда.

Задача 1. МЗП клеточно-автоматная модель простейшего сумматора состоит из клеточного объекта - поля значений и двух правил: правило сложения и переноса и правило подъема. Клеточный объект в данном случае - это двумерный массив, элементами которого может быть 0 или 1. Строки клеточного объекта содержат двоичные представления чисел, которые сумматор должен сложить. Правила определяют, каким образом будут вычисляться новые значения ячеек клеточного массива. Каждое правило имеет правую и левую части. Правая часть означает условие применимости, а левая - новое значение после срабатывания правила. Вычисление на поле значений происходит в дискретном времени (по шагам) до того момента, когда значенния перестанут изменяться, т.е. будет получен результат. На каждом шаге правила пытаются примениться к каждому участку поля значений. Если обнаружено совпадение некоторого фрагмента поля значений и левой части правила, то правило считается применимым. На первой фазе каждого шага отыскиваются все участки поля значения, где применимо одно из правил. На второй фазе каждого шага все применимые правила срабатывают. Т.е. смена значений на поле на новые значения происходит одновременно. Нижняя строка в клеточном массиве должна быть заполнена нулями, иначе правило подьема не сможет поднять единицы с этого ряда.
Вариант 8
0000011
0000111
0001111
0000001
0000000
0000000
0000000

Задача 2. Клеточно-автоматная модель для оконтуривания растрового изображения основана на следующем правиле, описанным как функция от параметров-клеток своей части и применяемого к клеточному массиву. Так как мы не оговорили, как применять правила на границе клеточного массива, когда левая часть правила выходит за его пределы, будем использовать клеточный массив, в котором все крайние клетки и их соседи равны 0. Левая часть правила такова, что оно применимо ко всем клеткам клеточного массива.

Для заданных вариантами начальных значений клеточного массива, вычислите
результат работы модели.
Вариант 8
00000000000000000000000000000000
00000000000011111100000000000000
00000000000011111100000000000000
00000000000011001100000000000000
00000000000011001100000000000000
00000000111111001111110000000000
00000000111111001111110000000000
00000000110000000000110000000000
00000000110000000000110000000000
00000000111111001111110000000000
00000000111111001111110000000000
00000000000011001100000000000000
00000000000011111100000000000000
00000000000011111100000000000000
00000000000000000000000000000000

Глава 3. Конвейерная архитектура
Вопрос:
Какие существуют способы предсказания ветвления, и чем они отличаются?
Задача
ВС с неконвейерной архитектурой и временем исполнения любой инструкции A нс была заменена на ВС с идентичной системой команд, но с конвейерной архитектурой. Продолжительность такта - B нс, число стадий конвейера равно С. Вычислите полученное ускорение (отношение времени работы программы на старой ВС ко времени ее работы на новой ВС), учитывая стадию загрузки конвейера и считая, что при выполнении не возникло ни одной коллизии. Число инструкций в программе равно D.
A=240;
B = 80;
C = 4;
D = 50;

Глава 4. RISC-архитектуры
Вопрос: Какова структура АЛУ на микропроцессоре Alpha 21264 ev6 и с какими форматами данных оно работает?

Задача 1. Гипотетический RISC микропроцессор имеет регистровый файл (см. гл. 4., раздел 2) с A глобальными регистрами, и Е окон из B регистров для входных параметров, C регистров для локальных переменных и D регистров для выходных параметров.
Определите:
1) общее число регистров микропроцессора;
2) размер регистрового окна, видимого подпрограмме;
3) размер регистров в области пересечения двух окон.
A = 10
B = 6
C = 10
D = 6
E = 8

Задача 2. Гипотетический RISC микропроцессор имеет регистровый файл, в котором всего A регистров, из которых B - глобальные. В каждом из E окон есть C регистров для входных параметров и D регистров для выходных параметров. Сколько регистров для локальных переменных есть в окне?
A = 160
B = 32
C = 4
D = 4
E = 8

Задача 3. Гипотетический RISC микропроцессор имеет регистровый файл, в котором всего A регистров, из которых B - глобальные. В каждом из D окон есть C регистров для локальных переменных. Сколько всего в каждом окне есть регистров для входных и выходных параметров?

A = 288
B = 32
C = 16
D = 8

Глава 5. ВС с крупноблочным параллелизмом
Вопрос1: Каковы характерные черты ВС с архитектурой NUMA?
Вопрос2: Какие существуют виды кластеров?
Задача
Имеется гипотетический кластер (см. гл. 5., раздел 7), имеющий в своем составе A счетных узлов. Каждый узел имеет оперативную память объема B Мб. Операционная система занимает C Мб оперативной памяти на каждом узле. Пользователь хочет запустить процесс физического моделирования на всех узлах кластера. Модель содержит двумерный массив для хранения значений переменных в равномерно расположенных (на равномерной сетке) точках пространства. В каждой точке для модели требуется иметь C переменных одинакового формата. Размер переменной D байт. Модель такова, что размер массива по вертикали всегда равен размеру по горизонтали. Массив разрезается на равные части и распределяется между узлами кластера. Крайние столбцы части массива (расположенные у линии разреза) дублируются в соседнем узле. Нулевой столбец части массива в первом узле и последний столбец части массива в последнем узле — не дублируются. Оцените в соответствии с данными Вашего варианта, каков максимальный размер массива (число ячеек по вертикали или горизонтали) может быть использован для моделирования на кластере? Размером моделирующей программы и всех остальных ее данных принять равной 1 Мб.

A=32 B=512 C=50 D=8

Глава 6. Анализ и измерение производительности ВС
Вопрос: Какие имеются виды аналитических моделей с дискретным временем и в чем их особенности?
Задача 1. Разработчик решил установить Web-портал на машину, подключенную к сети Internet по каналу передачи данных с пропускной способностью A КБит/сек. Средний размер генерируемой по запросу пользователя страницы - B КБайт. Размер пакета данных с запросом принять равным 1 КБайт. Дайте оптимистическую оценку числа запросов, которые может обслужить портал за одни сутки. (см. гл. 6, разд. 4, параграф о вычислении граничных значений) Пропускную способность канала в 1КБит/сек считать равной 1000 Бит/сек.
А=1024
В=40
Задача 2. Сервер для Web-портала из предыдущей задачи в среднем тратит на обработку каждого запроса одну секунду. Что в таком случае будет ограничивать оптимистическую оценку числа запросов - пропускная способность канала передачи данных или производительность самой ВС, на которой развернут портал?

Глава 7. Технология распределенной обработки данных.
Вопрос: Какие бывают схемы построения распределенных систем?

Глава 8. Развитие архитектур, ориентированных на языковые средства и среду программирования
Вопрос: Какие имеются примеры влияния программного обеспечения на архитектуры CISC и RISC микропроцессоров?

Работа была зачтена с первого раза и без замечаний в 2013г.
Преподаватель: Остапкевич М.Б.