Контрольная работа по Архитектуре вычислительных систем

Для каждой главы выбирается вопрос и вариант задачи по последней цифре пароля.
Глава 1. Способы организации и типы ВС
1.1. Какие бывают виды внешних устройств ВС?
1.2.Какие требования к ВС предъявляют задачи обработки и хранения данных?
Задачи
1. Самостоятельно рассмотрите указанную область применения в плане предъявляемых ею требований к ВС.
1.1. Система управления автомобильным движением, служащая для управления группой светофоров на перекрестках некоторого района города и позволяющая в реальном времени менять интервалы переключения светофоров в зависимости от данных о числе проходящих по разным направлениям машин, которые поступают от датчиков.
Глава 2. Параллельная обработка информации.
Вопросы
1. Какие в настоящее время существуют классы ВС с мелкозернистым параллелизмом?
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.
Правило сложения и переноса:
x1 x0
01 -> 10
00 xx
(x в левой части означает, что значение клетки на поле может быть любым, x в правой части означает, что правило не изменяет значение клетки в соответствующей позиции на поле)
Правило подъема:
0 1
1 --> 0
0 0
Для заданных вариантами начальных значений клеточного массива размера 7x7, вычислите результат работы модели. Для проверки правильности вычислений можно пользоваться тем фактом, что сумма чисел во всех строках поля значений одинакова после всех шагов. Если она изменилась, то на соответствующем шаге была допущена ошибка. После правильного исполнения всех шагов верхняя строка будет содержать двоичное представление суммы чисел, а все остальные строки будут заполнены нулями.
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.
Правило оконтуривания:
ijk xxx
lmn -> xfx
opq xxx
где в левой части правила указаны девять переменных, принимающих значения из соответствующей клетки клеточного массива, а x - не изменяет значение клетки в соответствующей позиции на поле, а f вычисляется по формуле:
f = (m != i) или (m != j) или(m != k) или (m != l) или(m != m) или (m != n) или(m != o) или (m != p) или(m!= q)
Клеточное поле данной задачи в исходном виде содержит коды пикселов растрового изображения (0 - черный, 1 - белый). Правило оконтуривания применяется к каждой клетке клеточного поля. Оно записывает в центральную клетку 1, если эта клетка - часть контура, или 0, если нет. К контуру она относится, если значение центральной клетки (той, для которой вычисляется новое значение) не равно значению хотя бы одной из оставшихся восьми клеток (клеток вокруг центральной клетки, или клеток окрестности).
Для заданных вариантами начальных значений клеточного массива, вычислите результат работы модели.
Вариант Задача 1 Задача 2
  
1 0000000
0000000
0010001
0010111
0010001
0000000
0000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000
00000000111111111111111100000000
00000011111111111111111111000000
00000011111111111111111111000000
00000011111111111111111111000000
00000011111111000011111111000000
00000011111111000011111111000000
00000011111111000011111111000000
00000011111111000011111111000000
00000011111111000011111111000000
00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000

Глава 3. Конвейерная архитектура.
Вопросы
1. Какие конвейеризация имеет достоинства и недостатки?
Задачи
1. ВС с не конвейерной 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. Разбор работы конвейера в таком режиме см. в гл. 3., раздел 1.
вариант A B C D
1 100 20 5 100
Глава 4. RISC-архитектуры;
Вопросы
1.1. Какие узкие места были выявлены в архитектуре CISC?
1.2. Какие свойства RISC систем могут быть непосредственно реализованы в CISC процессорах?
Задачи
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.
вариант A B C D E
1 32 8 16 8 4
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?
вариант A B C D E
1 132 32 4 4 10
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?
вариант A B C D
1 320 64 8 8
Глава 5. ВС с крупноблочным параллелизмом.
Вопросы
1. В чем заключаются достоинства и ограничения ВС с архитектурой SMP?
Задачи
1. 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.
вариант A B C D
1 16 256 7 8






Глава 6. Анализ и измерение производительности ВС
Вопросы
1. Для каких целей может потребоваться знание производительности ВС?
Задачи
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.
Варианты A B
1 56 20
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?
Если число обрабатываемых сервером запросов меньше, чем число запросов, которые можно передать по каналу за одинаковое время, то узким местом будет производительность сервера. Если, эти числа одинаковые, что имеет очень низкую вероятность, то узкое место отсутствует. Если сервер может обработать больше, чем канал - передать, то узким местом является канал передачи данных. Первый случай возникает, если по каналу может передаваться более 86400 запросов в сутки. Третий случай имеет место, если это число меньше, чем 86400.
Глава 7. Технология распределенной обработки данных.
Вопросы
1. Каково устройство распределенной файловой системы в ОС Sprite?
Глава 8. Развитие архитектур, ориентированных на языковые средства и среду программирования.
Вопросы
1. Каково машинное представление кода программ у Lisp Machine?

Работа была успешно зачтена в 2014 г. Замечаний нет.