2022年桂林旅游学院数据科学与大数据技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷B(有答案)

2022年桂林旅游学院数据科学与大数据技术专业《计算机系统结构》
科目期末试卷B(有答案）
一、选择题
1、IBM360/91属于（）
A.向量流水机
B.标量流水机
C.阵列流水机
D.并行流水机
2、高级语言程序经（）的（）成汇编语言程序。

A.编译程序，翻译
B.汇编程序，翻译
C.汇编程序，解释
D.编译程序，解释
3、在计算机系统设计中，比较好的方法是( )
A.从上向下设计
B.从下向上设计
C.从两头向中间设计
D.从中间开始向上、向下设计
4、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）
A.计算机软件所要完成的功能
B.计算机硬件的全部组成
C.编程要用到的硬件组织
D.计算机各部件的硬件实现。

5、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（）
A.“执行”指令
B.“访管”指令
C.“启动IO”指令
D“测试与置定”指令
6、直接执行微指令的是( )
A.汇编程序
B.编译程序
C.硬件
D.微指令程序
7、在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）
A.截断法
B.舍入法
C.恒置"1"法
D.ROM查表法
8、在流水机器中，全局性相关是指( )。

A.先写后读相关
B.先读后写相关
C.指令相关
D.由转移指令引起的相关
9、计算机系统结构不包括( )。

A.主存速度
B.机器工作状态
C.信息保护
D.数据
10、块冲突概率最高的Cache地址映象方式是( )
A.段相联
B.组相联
C.直接
D.全相联
二、填空题
11、Cache存贮器采用组相联的映象规则是组间________映象，组内各块间________映象。

12、交叉访问存储器通常有两种交叉编址方式：________和________
13、衡量向量处理机性能的主要参数是________和________
14、流水线消除速度瓶颈的方法有________和瓶颈子过程多套并联两种。

15、Amdah1等人在1964年把系统结构定义为：由程序设计者所看到的一个计算机系
统的属性，即________和________。

16、指令系统是软件设计人员与硬件设计人员之间的一个主要________，也是他们之间互
相沟通的一座桥梁。

在计算机系统的设计过程中，________的设计是非常关键的，它必须
由软件设计人员和硬件设计人员共同来完成。

17、基于寄存器-寄存器的向量指令是指________来自________或把操作后的结果写入向量
寄存器。

这类指令是向量指令集中最重要的指令。

18、开发并行性是为了并行处理，并行性又包括有________和________二重含义。

19、Cache存贮器对应用程序员是________的。

对系统程序员是________的（填“透明”
或“不透明”）
20、消息寻径方式可以分为两大类：________和________
三、判断题
21、流水线的效率是流水线的设备利用率。

（）
22、在一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，采用模拟方法比采用仿真方法更快捷。

（）
23、多数I/O系统的结构应面向操作系统设计，考虑如何在操作系统与I/O系统之间进行合理的软、硬件功能分配。

（）
24、分布系统以分布为特征，用真实处理机替代虚拟处理机，其并行性是属于并发性。

（）
25、多处理机中，两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则不能并行，但任何情况下可以交换串行。

（）
26、软硬功能分配时，提高软件功能的比例会提高系统灵活性，也会提高解题速度。

（）
27、系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。

（）
28、指令的重叠解释，既可加快程序的解释，又能加快指令的解释。

（）
29、总线仲裁算法有：静态优先级算法、固定时间片算法、动态优先级算法和先来先去服务算法。

（）
30、Cache存贮器等效访问速度达不到接近于第一级Cache的，可以增加Cache容量来解决。

（）
31、中断响应就是允许其中断CPU现行程序的运行，转去对该请求进行预处理，如保存
好运算的数据结果，调出中断服务程序，准备运行。

（）
32、硬件上设置多条相同的流水线，可实现超标量流水线。

（）
33、浮点数尾数下溢处理采用舍入法还是恒置"1"法，对计算机系统结构是不透明的。

（）
34、由于Cache存储器的地址变换和块替换算法是全硬件实现的，则Cache存储器对系统程序员是不透明的，Cache对处理机和主存间的信息交换是透明的。

（）
35、计算机仿真适合在两种结构差距大的机器间运用。

（）
四、名词解释
36、可靠性：
37、网络直径：
38、分支目标缓冲：
39、吞吐率：
40、流水线：
41、兼容机：
五、简答题
42、解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？
43、计算机系统结构的Flynn分类法是按什么来分类的？共分为哪几类？
44、指令集应满足哪几个基本要求？
45、简述减小Cache失效开销的几种方法。

46、分别从执行程序的角度和处理数据的角度来看，计算机系统中并行性等级从低到高可分为哪几级？
六综合题
47、假设一台计算机的I/O处理时间占10%，当其CPU性能改进为原来的100倍，而I/O性能仅改进为原来的2倍时，系统总体性能会有什么样的变化？
48、假设有一条长流水线，仅仅对条件转移指令使用分支目标缓冲。

假设分支预测错误的开销为4个时钟周期，缓冲不命中的开销为3个时钟周期。

假设：命中率为90%，预测精度为90%，分支频率为15%，没有分支的基本CPI为1。

（1）求程序执行的CPI。

（2）相对于采用固定的2个时钟周期延迟的分支处理，哪种方法程序执行速度更快？
49、试证明多级Omega网络采用不同大小构造块构造时所具有的下列特性：
（1）一个k×k开关模块的合法状态（连接）数目等于k k。

（2）试计算用2×2开关模块构造的64个输入端的Omega网络一次通过所能实现置换的百分比。

（3）采用8×8开关模块构造64个输入端的Omega网络，重复（2）。

（4）采用8×8开关模块构造512个输入端的Omega网络，重复（2）。

50、在相同的条件下，如果展开7遍循环，求：（1）每遍循环的平均时钟周期；
（2）每个时钟周期流出指令数；
（3）操作槽（功能部件）的使用效率；
（4）如果展开10遍，会出现哪些问题？
参考答案
一、选择题
1、【答案】B
2、【答案】A
3、【答案】D
4、【答案】C
5、【答案】C
6、【答案】C
7、【答案】A
8、【答案】D
9、【答案】A
10、【答案】C
二、填空题
11、【答案】直接全相联
12、【答案】地址码的高位交叉编址地址码的低位交叉编址
13、【答案】向量指令的处理时间向量长度为无穷量处理机的最大性能
14、【答案】瓶颈过程再细分
15、【答案】概念性结构功能特性
16、【答案】分界面指令系统
17、【答案】参加运算操作的向量向量寄存器
18、【答案】同时性并发性
19、【答案】透明透明
20、【答案】线路交换包交换
三、判断题
21、【答案】对
22、【答案】错
23、【答案】对
24、【答案】错
25、【答案】错
26、【答案】错
27、【答案】错
28、【答案】错
29、【答案】对
30、【答案】对
31、【答案】错
32、【答案】对
33、【答案】错
34、【答案】错
35、【答案】错
四、名词解释
36、答：可靠性指系统从某个初始参考点开始一直连续提供服务的能力，它通常用平均无故障时间来衡量。

37、答：网络直径指互连网络中任意两个结点之间距离的最大值。

38、答：分支目标缓冲是一种动态分支预测技术。

将执行过的成功分支指令的地址以及预测的分支目标地址记录在一张硬件表中。

在每次取指令的同时，用该指令的地址与表中所有项目的相应字段进行比较，以便尽早知道分支是否成功，尽早知道分支目标地址，达到减少分支开销的目的。

39、答：在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

40、答：将一个重复的时序过程，分解成为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行。

41、答：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。

五、简答题
42、答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段
43、答：Flynn分类法是按照指令流和数据流的多倍性进行分类。

把计算机系统的结构分为：
（1）单指令流单数据流SISD
（2）单指令流多数据流SIMD
（3）多指令流单数据流MISD
（4）多指令流多数据流MIMD
44、答：对指令集的基本要求是：完整性、规整性、高效率和兼容性。

完整性是指在一个有限可用的存储空间内，对于任何可解的问题，编制计算程序时，指令集所提供的指令足够使用。

规整性主要包括对称性和均匀性。

对称性是指所有与指令集有关的存储单元的使用、操作码的设置等都是对称的。

均匀性是指对于各种不同的操作数类型、字长、操作种类和数据存储单元，指令的设置都要同等对待。

高效率是指指令的执行速度快、使用频度高。

45、答：让读失效优先于写、写缓冲合并、请求字处理技术、非阻塞Cache 或非锁定Cache 技术、采用二级Cache 。

46、答：从处理数据的角度来看，并行性等级从低到高可分为：
（1）字串位串：每次只对一个字的一位进行处理。

这是最基本的串行处理方式，不存在并行性；
（2）字串位并：同时对一个字的全部位进行处理，不同字之间是串行的。

已开始出现并行性；
（3）字并位串：同时对许多字的同一位（称为位片）进行处理。

这种方式具有较高的并行性；
（4）全并行：同时对许多字的全部位或部分位进行处理。

这是最高一级的并行。

六综合题
47、解：94.1690%/100
10%/21
=+=
加速比
48、解：（1）程序执行的CPI = 没有分支的基本CPI （1） + 分支带来的额外开销 分支带来的额外开销是指在分支指令中，缓冲命中但预测错误带来的开销与缓冲没有命中带来的开销之和。

分支带来的额外开销= 15% * (90%命中×10%预测错误×4 + 10％没命中×3)= 0.099 所以，程序执行的CPI ＝ 1 ＋ 0.099 = 1.099
（2）采用固定的2 个时钟周期延迟的分支处理CPI = 1 + 15%×2 = 1.3 由（1）（2）可知分支目标缓冲方法执行速度快。

49、解：（1）一个k×k 开关的合法状态或合法连接有：① 一个输入端连接一个输出端，即一对一的置换连接；② 一个输入端连接多个或全部输出端，即一对多的选播连接或一对全体的广播连接。

两个或两个以上的输入端连接一个输出端是非法连接。

因此，某个输出端可被连接到任意一个输入端的连接有k 种，无论这个输出端是被置换连接还是被播送连接。

k 个输出端被连接到输入端的合法连接的数量为：
（2）用k×k 开关模块构造N 个输入端的Omega 网络时，开关级数为n ＝log k N ，每级开关模块数为N/k ，网络的开关模块总数为（N/k ）log k N 。

一个k×k 开关一对一连接的合法状态只有k 种，所有开关都是一对一连接的合法状态才能实现一种一次使用网络的无冲突置换连接。

因此，由（N/k ）log k N 个k×k 开关组成的Omega 网络一次使用的无冲突置换连接函数为：
k
N k
N
N N k
N
N
k k k k ==)(log log
网络可以实现的置换连接数即为N 个输出端的不同排序的排序数，即为N ！，所以，Omega 网使用一次实现的无冲突置换连接数占可以实现的置换连接数的比例为：
!/N N
k
N
若采用2×2开关模块构造的64个输入端的Omega 网络，即有k=2，N=64，则Omega 网使用一次实现置换连接的比例为：
32-32
104.956464⨯≈！
（3）若采用8×8开关模块构造64个输入端的Omega 网络，即有k=8，N=64，则Omega 网使用一次实现置换连接的比例为：
16-8
103.856464⨯≈！
（4）若采用8×8开关模块构造512个输入端的Omega 网络，即有k=8，N=512，则Omega 网使用一次实现置换连接的比例为：
k×k×…×k ＝k k
k 个
51264
/
512
！
50、解：展开7遍循环
这段程序的运行时间为9个时钟周期，每遍循环平均约1.28个时钟周期。

9个时钟周期内流出了23条指令，每个时钟周期2.55条。

9个时钟周期共有操作槽9 5=45个，有效槽的比例为51.1%。