2022年广西师范大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷A(有答案)

2022年广西师范大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目
期末试卷A（有答案）
一、选择题
1、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
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、汇编语言程序经（）的（）成机器语言程序。

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
4、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
5、不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括( )
A.用统一的高级语言
B.用统一的汇编语言
C.模拟
D.仿真
6、Cache存贮器常用的地址映象方式是( )。

A.全相联映象
B.页表法映象
C.组相联映象
D.段页表映象
7、微指令由（）直接执行。

A.微指令程序
B.硬件
C.汇编程序
D.编译程序
8、下列关于标量流水机的说法不正确的是（）
A.可对标量数据进行流水处理
B.没有向量数据表示
C.不能对向量数据进行运算
D.可以对向量、数组进行运算
9、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
10、对汇编语言程序员透明的是（）
A.I/O方式中的DMA访问
B.浮点数据表示
C.访问方式保护
D.程序性中断
11、计算机中优化使用的操作码编码方法是( )。

（书上为扩展编码法）A哈夫曼编码
B ASCII码
C BCD码
D扩展操作码
12、计算机组成设计不考虑( )。

A.专用部件设置
B.功能部件的集成度
C.控制机构的组成
D.缓冲技术
13、程序员编写程序时使用的地址是( )。

A.有效地址
B.逻辑地址
C.辅存实地址
D.主存地址
14、下列关于虚拟存贮器的说法，比较正确的应当是( )
A.访主存命中率随页面大小增大而提高
B.访主存命中率随主存容量增加而提高
C.更换替换算法能提高命中率
D.在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率
15、属计算机系统结构考虑的是（）
A.主存采用MOS还是TTL
B.主存采用多体交叉还是单体
C.主存容量和编址方式
D.主存频宽的确定
二、填空题
16、计算任何一个程序的执行时间的公式可表示为P=I•CPI•T，其中I是________ CPU是________T是一个周期的时间长度。

17、向量指令可分为________和________
18、三级存储系统是________、________、磁盘存储器。

19、一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，一般可采用________方法或
________方法。

20、段式存储管理是指________，为此每道程序在系统中都有一个________
21、页面调度的两种方式________和________
22、多计算机互连网络中的通信模式有________和________
23、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”）
24、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________。

25、在Cache存贮器中，CPU每次写Cache的同时，也写入主存，称这种更新主存块内容的方法为________法。

三、判断题
26、标志符与每个数据相连，合存于相邻存储单元，用于描述单个数据的类型特征。

（）
27、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。

（）
28、对概率不等的事件用Huffman编码，其具体编码不唯一，但平均码长肯定是唯一的，且是最短的。

（）
29、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。

（）
30、主存空间数相关是相间隔的两条指令之间出现对主存同一单元要求先写而后读的关联。

（）
31、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。

（）
32、超长指令字（）VLIW）结构是将水平型微码和超标量处理两者相结合。

（）
33、在一段时间内相继发射多个任务，体现了并发性概念。

（）
34、OPT是STACK型替换算法。

（）
35、异构机群的负载均衡任务优化调度问题可以描述为：寻找一个映射关系，将任务图TG映射到机群图PC，使作业时间最短。

（）
四、名词解释
36、计算机组成：
37、翻译：
38、粗粒度多线程技术：
39、控制冲突：
40、处理机级流水线：
41、写直达法：
五、简答题
42、在“Cache—主存”层次中，主存的更新算法有哪两种？它们各有什么特点？
43、试比较三种通道的优缺点及适用场合。

44、简述减小Cache失效开销的几种方法。

45、RAID有哪些分级？各有何特点？
46、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？
六综合题
47、采用排队锁和fetch-and-increment重新实现栅栏同步，并将它们分别与采用旋转锁实现的栅栏同步进行性能比较。

48、某台主频为400MHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：
求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。

49、在伪相联中，假设在直接映象位置没有发现匹配，而在另一个位置才找到数据（伪命中）时，不对这两个位置的数据进行交换。

这时只需要1个额外的周期。

假设失效开销为50个时钟周期，2KB直接映象Cache的失效率为9.8%，2路组相联的失效率为7.6%；128KB直接映象Cache的失效率为1.0%，2路组相联的失效率为0.7%。

（1）推导出平均访存时间的公式。

（2）利用（1）中得到的公式，对于2KBCache和128KBCache，计算伪相联的平均访存时间。

50、设指令流水线由取指令、分析指令和执行指令3个部件构成，每个部件经过的时间为△t，连续流入12条指令。

分别画出标量流水处理机以及ILP均为4的超标量处理机、超长指令字处理机、超流水处理机的时空图，并分别计算它们相对于标量流水处理机的加速比。

参考答案
一、选择题
1、【答案】D
2、【答案】A
3、【答案】B
4、【答案】D
5、【答案】B
6、【答案】C
7、【答案】B
8、【答案】C
9、【答案】B
10、【答案】A
11、【答案】D
12、【答案】B
13、【答案】B
14、【答案】D
15、【答案】C
二、填空题
16、【答案】程序的指令条数每条指令执行的平均周期数
17、【答案】基于寄存器-寄存器的向量指令基于存储器-存储器的向量指令
18、【答案】高速缓冲存储器主存储器
19、【答案】仿真，模拟
20、【答案】主存按段分配的存储管理方式段表
21、【答案】分页式请求页式
22、【答案】单播模式选播模式广播模式
23、【答案】透明透明
24、【答案】概念性结构功能特性
25、【答案】写直达
三、判断题
26、【答案】错
27、【答案】错
28、【答案】对
29、【答案】错
30、【答案】错
31、【答案】错
32、【答案】对
33、【答案】对
34、【答案】对
35、【答案】对
四、名词解释
36、答：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

37、答：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

38、答：粗粒度多线程技术是一种实现多线程的技术。

只有线程发生较长时间的停顿时才切换到其他线程。

39、答：流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令所引起的冲突。

40、答：又称指令流水线。

它是把指令的执行过程按照流水方式进行处理，即把一条指令的执行过程分解为若干个子过程，每个子过程在独立的功能部件中执行。

41、答：在执行写操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储
器中相应的块。

五、简答题
42、答：
（1）写直达法。

易于实现，而且下一级存储器中的数据总是最新的。

（2）写回法。

速度快，“写”操作能以Cache存储器的速度进行。

而且对于同一单元的
多个写最后只需一次写回下一级存储器，有些“写”只到达Cache，不到达主存，因而所使用的存储器频带较低。

43、答：（1）字节多路通道。

一种简单的共享通道，主要为多台低速或中速的外围设备
服务。

（2）数组多路通道。

适于为高速设备服务。

（3）选择通道。

为多台高速外围设备（如磁盘存储器等）服务的。

44、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。

45、答：
(1)RAID0。

亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。

(2)RAID1。

亦称镜像盘，使用双备份磁盘。

每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另
一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。

如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得
所需要的信息。

镜像是最昂贵的解决方法。

特点是系统可靠性很高，但效率很低。

(3)RAID2。

位交叉式海明编码阵列。

即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，采用海明编码。

原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。

(4)RAID3。

位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。

即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。

(5)RAID4。

专用奇偶校验独立存取盘阵列。

即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。

(6)RAID5。

块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。

即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有
磁盘上。

(7)RAID6。

双维奇偶校验独立存取盘阵列。

即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。

并且，每次写入数据都要访问一个数据盘
和两个校验盘，可容忍双盘出错。

46、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
六综合题
47、解：fetch-and-increment(count)；
if (count=total){ //进程全部到达
count=0；//重置计数器
release=1；//释放进程
}
else{ //还有进程未到达
spin(release=1)；//等待信号
}
当有N个处理器时，上述代码执行fetch-and-increment操作N次，当访问释放操作的
时候，有N个Cache未命中。

当最后一个处理器到达栅栏条件后，release被置为“1”，此时有N-1个Cache未命中（对于最后一个到达栅栏的处理器，当它读release的时候，将在主存中命中）。

所以，共有3N-1次总线传输操作。

如果有10个处理器，则共有29
次总线传输操作，总共需要2900个时钟周期。

48、解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776（2）MIPS速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS
（3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s
49、解：
不管作了何种改进，失效开销相同。

不管是否交换内容，在同一“伪相联”组中的两块都是用同一个索引得到的，因此失效率相同，即：失效率伪相联＝失效率2路。

伪相联cache的命中时间等于直接映象cache的命中时间加上伪相联查找过程中的
命中时间*该命中所需的额外开销。

命中时间伪相联＝命中时间1路＋伪命中率伪相联×1
交换或不交换内容，伪相联的命中率都是由于在第一次失效时，将地址取反，再在第
二次查找带来的。

因此伪命中率伪相联＝命中率2路－命中率1路＝（1－失效率2路）－（1－失效率1路）
＝失效率1路－失效率2路。

交换内容需要增加伪相联的额外开销。

平均访存时间伪相联＝命中时间1路＋（失效率1路－失效率2路）×1
＋失效率2路×失效开销1路
将题设中的数据带入计算，得到：
平均访存时间2Kb =1+(0.098-0.076)*1+(0.076 *50 ) =4.822
平均访存时间128Kb =1+(0.010-0.007)*1+(0.007 *50 ) =1.353
显然是128KB 的伪相联Cache 要快一些。

50、解：标量流水处理机的时空图：
执行完12条指令需T 1＝14△t 。

超标量流水处理机与超长指令字处理机的时空图：
时间
超标量处理机时空图
时间
超长指令字处理机时空图
超标量流水处理机中，每一个时钟周期同时启动4条指令。

执行完12条指令需T 2＝5△t ，相对于标量流水处理机的加速比为：
8.2514212=∆Λ==t
t T T S 超长指令字处理机中，每4条指令组成一条长指令，共形成3条长指令。

执行完12条指令需T 3＝5△t ，相对于标量流水处理机的加速比为：
8.2514313=∆Λ==t
t T T S 超流水处理机的时空图：
超流水处理机中，每1/4个时钟周期启动一条指令。

执行完12条指令需T 4＝5.75△t ，相对于标量流水处理机的加速比为：
435.2.75514414=∆Λ==t t T T S。