Архитектура параллельных вычислительных систем

Упражнение 1:

Номер 1

Что произойдет, если в программе встретится запись данного вида?x := 0,5
"Считать Процедура sin(x)"

Ответ:

(1) текст процедуры запишется в буфер команд

(2) текст процедуры выводится на дисплей

(3) процедура выполнится, ее значение готово для дальнейшего использования в программе

Номер 2

Что произойдет, если в программе встретится запись данного вида?x := 0,6
z := y × cos(x)

Ответ:

(1) величине z присвоится значение y × cos(x)

(2) будет скомпилирована программа расчета cos(x) и его умножения на y

(3) значение cos(x) найдется в режиме интерпретации для дальнейшего умножения

Номер 3

Что произойдет, если в программе встретится запись данного вида? n := N
Считать "Факториал (n)"

Ответ:

(1) если есть описание процедуры Факториал (п), она выполнится и выработает значение

(2) текст процедуры поступит в буфер команд

(3) текст процедуры выведется на дисплей

Упражнение 2:

Номер 1

Проследите использование базовых регистров в иерархической (стековой) структуре программы при заданном порядке вложенности процедур. Сколько базовых регистров используется при счете? Каков максимальный лексикографический уровень?

Ответ:

(1) базовый регистр В₁ будет "смотреть" на область активации процедуры А. Затем, на втором лексикографическом уровне, запустится процедура В. На ее область активации будет "смотреть" базовый регистр В₂. После запуска процедуры С на ее область активации будет "смотреть" регистр В₃. Этот же регистр будет затем "смотреть" на новую область активации повторно запущенной рекурсивной процедуры В. После нового запуска процедуры В на ее область активации будет "смотреть" следующий базовый регистр В₄. Так – до начала обратного выхода из процедуры В. При возврате в процедуру А базовые регистры В₂, … готовы к переиспользованию в том же порядке

(2) произойдет прерывание при повторном обращении к процедуре В

(3) программа зациклится

Номер 2

Проследите использование базовых регистров в иерархической (стековой) структуре программы при заданном порядке вложенности процедур. Сколько базовых регистров используется при счете? Каков максимальный лексикографический уровень?

Ответ:

(1) программа зациклится

(2) произойдет прерывание при повторном запуске процедуры А

(3) базовый регистр В₁ "смотрит" на область активации процедуры А. При запуске процедуры В на ее область активации "смотрит" базовый регистр В₂. Этот же регистр затем "смотрит" и на область новой активации процедуры А. Затем регистр В₃ станет "смотреть" на новые области активации процедур В и А и т.д. – до обратного выхода из рекурсивной процедуры А

Номер 3

Проследите использование базовых регистров в иерархической (стековой) структуре программы при заданном порядке вложенности процедур. Сколько базовых регистров используется при счете? Каков максимальный лексикографический уровень?

Ответ:

(1) базовый регистр В₁ "смотрит" на область активации процедуры А. После повторного запуска рекурсивной процедуры А на ее новую область активации будет "смотреть" базовый регистр В₂ и т.д. Последний, п-й, запуск процедуры А должен довершить ее выполнение. То есть, в ней запустится процедура С, на область активации которой будет "смотреть" тот же базовый регистр В_n. Далее продолжится выполнение процедуры А предыдущего запуска, на область активации которой "смотрит" базовый регистр В_n-1. В ней запустится процедура С, на область активации которой будет "смотреть" тот же базовый регистр и т.д

(2) произойдет прерывание из-за недопустимости подобной структуры

(3) произойдет прерывание по зацикливанию

Упражнение 3:

Номер 1

Сформируйте статические и динамические цепочки выполнения процедур в соответствии с иерархией их описания и с порядком обращения.

Ответ:

(1) статическая цепочка для процедуры С , как самого высокого лексико-графического уровня, имеет вид С→ В→ А; динамическая цепочка при ее выполнении в составе процедуры В имеет вид С → В → D. При следующем обращении - С → D

(2) статическая цепочка имеет вид С → В → А. Динамическая цепочка при запуске С в составе В, запущенной в D, имеет вид С→ В → А. При следующем обращении – С → А

(3) статическая цепочка имеет вид С → В → А. Динамическая цепочка при выполнении С в составе В при обращении в D имеет вид C → B→ D. При следующем обращении – С → А

Номер 2

Сформируйте статические и динамические цепочки выполнения процедур в соответствии с иерархией их описания и с порядком обращения.

Ответ:

(1) статическая цепочка для процедуры С , как самого высокого лексико-графического уровня, имеет вид С→ В→ А; динамическая цепочка при ее выполнении в составе процедуры А имеет вид С → В → А→ D. При следующем обращении - С → D

(2) статическая цепочка имеет вид С → В → А. Динамическая цепочка при запуске С в составе В, запущенной в А, а затем - в D, имеет вид С→ В → А. При следующем обращении – С → А

(3) статическая цепочка имеет вид С → В → А. Динамическая цепочка при выполнении С в составе В и А при обращении в D имеет вид C → B→ А. При следующем обращении – С → А

Номер 3

Сформируйте статические и динамические цепочки выполнения процедур в соответствии с иерархией их описания и с порядком обращения.

Ответ:

(1) статическая цепочка для процедуры С , как самого высокого лексико-графического уровня, имеет вид С→ В→ А; динамическая цепочка при ее выполнении первый раз в составе процедуры D имеет вид С → D. При следующем запуске в составе процедуры В - С → В→ D

(2) статическая цепочка имеет вид С → В → А. Динамическая цепочка при запуске С в составе В, запущенной в D, имеет вид С→ В → А. При следующем обращении – С → А

(3) статическая цепочка имеет вид С → В → А. Динамическая цепочка при выполнении С в составе D имеет вид С → А. При обращении в D к В динамическая цепочка имеет вид C → B→ А

Упражнение 4:

Номер 1

Задан трехмерный массив A[0:10; 0:10; 0:10]. Адрес начала равен 10 (в десятичной системе счисления). Найдите адрес элемента а[3, 5, 4].

Ответ:

(1) 522

(2) 463

(3) 499

Номер 2

Задан трехмерный массив A[0:10; 0:10; 0:10]. Адрес начала равен 10 (в десятичной системе счисления). Найдите адрес элемента a[5, 5, 5].

Ответ:

(1) 565

(2) 675

(3) 612

Номер 3

Задан трехмерный массив A[0:10; 0:10; 0:10]. Адрес начала равен 10 (в десятичной системе счисления). Найдите адрес элемента a[4, 3, 4].

Ответ:

(1) 444

(2) 531

(3) 492

Упражнение 5:

Номер 1

Проанализируйте средства языковой поддержки, использующиеся в процессорах высокопроизводительных вычислительных систем. Как производится поддержка типов данных и как она обеспечивает типовый контроль?

Ответ:

(1) теги, характеризующие типы данных, определяют допустимые операции над данными. Это относится и к адресной информации. Пользователь не может выходить за границы предписанного ему адресного контекста. Так реализуется контекстная защита данных

(2) благодаря тегам сокращается набор команд процессора

(3) теги позволяют производить обращение к параметрам процедур "по ссылке" и "процедурой"

Номер 2

Проанализируйте средства языковой поддержки, использующиеся в процессорах высокопроизводительных вычислительных систем. Какие преимущества обеспечивает стековый механизм выполнения процедур?

Ответ:

(1) он поддерживает структурированную программу, в общем случае представляющую собой композицию обращения к процедурам. Механизм обеспечивает повторную входимость рекурсивных процедур, универсальную защиту локальных данных, отображение статической и динамической цепочек, а также прерывание

(2) он обеспечивает способ реализации специальной структуры программы, поддерживая выполнение операций на стеке

(3) благодаря явному отображению статической и динамической цепочек, стековый механизм выполнения процедур обеспечивает независимость места нахождения процедуры от порядка обращения к ней

Номер 3

 Проанализируйте средства языковой поддержки, использующиеся в процессорах высокопроизводительных вычислительных систем. Как производится индексация массивов?

Ответ:

(1) процедурой ОС с помощью дескриптора и паспорта массива. Паспорт массива содержит шаги переадресации по каждому индексу. С их помощью переадресация в цикле производится от текущего значения индекса к следующему

(2) индексация производится с помощью процедуры ОС, рассчитывающей новое значение адреса по измененным значениям индексов

(3) паспорт массива устанавливает максимальную размерность, обслуживаемую с помощью процедуры ОС

Упражнение 6:

Номер 1

Проанализируйте способы ускорения выполнения операций управления в процессорах высокопроизводительных вычислительных систем. Как ускоряется выполнение условного перехода?

Ответ:

(1) по предварительной команде с адреса перехода запускается второй конвейер выполнения команд. Оба конвейера работают в спекулятивном режиме до формирования значения условия перехода. Затем ненужный конвейер отвергается

(2) вычислительный процесс прерывается до формирования значения условия перехода

(3) используется условный переход по предпочтению

(4) буфер команд выполнен в ассоциативной памяти, что обеспечивает быстрое переключение на анализ команд, начиная с адреса перехода. Это позволяет быстро запустить второй конвейер по предварительной команде условного перехода

Номер 2

Проанализируйте способы ускорения выполнения операций управления в процессорах высокопроизводительных вычислительных систем. Как минимизируется количество условных переходов в программе?

Ответ:

(1) с помощью команды if-then-else, позволяющей параллельно рассчитывать значения условия и альтернативных операторов, или памяти предикатов, позволяющей планировать вычисление арифметических операторов в спекулятивном режиме

(2) оптимальным включением условных операторов в программу на этапе трансляции

(3) за счет структуризации программы, обеспечивающей последовательность запуска процедур, подобной их выполнению на стеке

Номер 3

Проанализируйте способы ускорения выполнения операций управления в процессорах высокопроизводительных вычислительных систем. Как минимизируется время выполнения циклов?

Ответ:

(1) время выполнения цикла типа арифметической прогрессии сокращается при использовании элемента цикла. Он содержит счетчик цикла, граничное значение и адрес начала. Цикл также отмечается командой "конец цикла". Цикл типа пересчет поддерживается средствами организации условного перехода

(2) время выполнения цикла минимизируется с помощью элемента цикла и средств поддержки условного перехода

(3) средства поддержки условного перехода обеспечивают и возможный минимум времени выполнения цикла

Архитектура параллельных вычислительных систем - тест 5