2022年滁州学院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年滁州学院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、计算机系统的层次结构按照由高到低的顺序分别为（）。

A.高级语言机器级，汇编语言机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级
B.高级语言机器级，应用语言机器级，汇编语言机器级，微程序机器级
C.应用语言机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级
D.应用语言机器级，操作系统机器级，微程序机器级，传统机器语言机器级
2、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
3、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
4、全相联地址映象是指（）。

A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置
B.一个虚页只装进固定的主存实页位置
C.组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置
D.组间可任意装入，组内是固定装入
5、在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会( )。

A.提高解题速度
B.减少需要的存贮容量
C.提高系统的灵活性
D.提高系统的性能价格比
6、对系统程序员不透明的应当是（）
A.CACHE 存储器
B.系列机各档不同的数据通路宽度
C.指令缓冲寄存器
D.虚拟存储器
7、多处理机的各自独立型操作系统（）。

A.要求管理程序不必是可再入的
B.适合于紧耦合多处理机
C.工作负荷较平衡
D.有较高的可靠性
8、最能确保提高虚拟存贮器访主存的命中率的改进途径是( )
A.增大辅存容量
B.采用FIFO替换算法并增大页面
C.改用LRU替换算法并增大页面
D.改用LRU替换算法并增大页面数
9、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
10、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
11、利用时间重叠概念实现并行处理的是( )。

A.流水处理机
B.多处理机
C.并行（阵列）处理机
D.相联处理机
12、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
13、下列说法中不正确的是( )
A.软件设计费用比软件重复生产费用高
B.硬件功能只需实现一次，而软件功能可能要多次重复实现
C.硬件的生产费用比软件的生产费用高
D.硬件的设计费用比软件的设计费用低
14、开发并行的途径有（），资源重复和资源共享。

A.多计算机系统
B.多道分时
C.分布式处理系统
D.时间重叠
15、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
二、填空题
16、解决Cache与主存不一致性的方法有________和________
17、多功能流水线各功能段同时可按不同运算或功能联接工作，称此流水线为________流
水线。

18、向量指令可分为________和________
19、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。

20、段页式虚拟存储器的内部地址映象表机构有________表和________表两部分。

21、虚拟存贮器是增加辅助________件。

使主、辅存形成整体，速度接近于________存的。

容量是辅存的。

22、直接网络可分为3类：________和________、超立方体网络。

23、所谓链接技术是指把________链接起来成为________
24、浮点数阶码位数影响数的可表示 ________大小，尾数位数影响数的可表示________大小。

25、互连函数通常有的表示方法有________法、输入输出对应表示法、________
三、判断题
26、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。

（）
27、能做为评价其它置换算法标准的置换算法是RAND。

（）
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、虚拟存贮器内部地址映象方式的选择，依据于是否有高的主存命中率，而不是高的实页冲突概率。

（）
30、系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。

（）
31、条件转移是局部相关。

（）
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、低速打印机，在总线上传送数据时，其"数据宽度"宜用可变长块。

（）
34、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。

（）
35、系列机低档低价格，但性能太低；高档机高性能，但价格太高。

因此，为获得高性能价格比，应尽可能购置性能价格比高的中档机。

（）
四、名词解释
36、紧密耦合系统：
37、向后（前）兼容：
38、异步I/O：
39、流水线的加速比：
40、处理机间流水线：
41、强制性失效：
五、简答题
42、从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：
43、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？
44、地址映象方法有哪几种？它们各有什么优缺点？
45、计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？并说出它们的含义。

46、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？
六综合题
47、写出三级Cache的平均访问时间的公式。

48、一个具有32台处理机的系统，对远程存储器访问时间是2000ns。

除了通信以外，假设计算中的访问均命中局部存储器。

当发出一个远程请求时，本地处理机挂起。

处理机
的时钟周期时间是10ns，假设指令基本的CPI为1.0（设所有访存均命中Cache）。

对
于下述两种情况：
（1）没有远程访问；
（2）0.5%的指令需要远程访问。

试问前者比后者快多少？
49、计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为：
部件加速比1=30；部件加速比2=20；部件加速比3=10
（1）如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？
（2）如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么
系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？
50、有一条静态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或
暂存于相应的流水寄存器中。

现要在该流水线上计算 ，画出其时空图，并计算其
吞吐率、加速比和效率。

乘法
加法
)(4
1
i
i i
B A +∏=
参考答案
一、选择题
1、【答案】A
2、【答案】C
3、【答案】B
4、【答案】A
5、【答案】C
6、【答案】D
7、【答案】D
8、【答案】D
9、【答案】B
10、【答案】C
11、【答案】A
12、【答案】C
13、【答案】D
14、【答案】D
15、【答案】D
二、填空题
16、【答案】写直达法写回法
17、【答案】动态
18、【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
19、【答案】分界面指令系统
20、【答案】快慢
21、【答案】软硬主
22、【答案】网格网络环形网络
23、【答案】两条功能部件流水线一条功能较强的流水线
24、【答案】范围精度
25、【答案】函数表示法图形表示法
三、判断题
26、【答案】错
27、【答案】对
28、【答案】错
29、【答案】错
30、【答案】错
31、【答案】错
32、【答案】对
33、【答案】错
34、【答案】对
35、【答案】对
四、名词解释
36、答：又称直接耦合系统。

在这种系统中，计算机之间的物理连接的频带较高，一般是通过总线或高速开关互连，可以共享主存。

37、答：按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改地就能运行于在它之后（前）投入市场的计算机。

38、答：允许进程在发出I/O请求后继续执行，直到该进程真正访问这些数据而它们又尚未就绪时，才被挂起。

39、答：使用顺序处理方式处理一批任务所用的时间与按流水处理方式处理同一批任务所用的时间之比。

40、答：又称为宏流水线。

它是把多个处理机串行连接起来，对同一数据流进行处理，每个处理机完成整个任务中的一部分。

前一个处理机的输出结果存入存储器中，作为后一个处理机的输入。

41、答：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。

五、简答题
42、答：
（1）指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行；
（2）指令级并行：并行执行两条或两条以上的指令；
（3）线程级并行：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位；
（4）任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务（程序段），以子程序或进程为调度单元；
（5）作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。

43、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。

44、答：
(1) 全相联映象。

实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。

Cache空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache的失效率也低。

（2）直接映象。

实现查找的机制简单，速度快。

Cache空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。

（3）组相联映象。

组相联是直接映象和全相联的一种折衷。

45、答：（1）以经常性事件为重点。

在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。

（2）Amdahl定律。

加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。

（3）CPU性能公式。

执行一个程序所需的CPU时间= IC ×CPI ×时钟周期时间。

（4）程序的局部性原理。

程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。

46、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。

六综合题
47、解：平均访存时间＝命中时间＋失效率×失效开销
只有第I层失效时才会访问第I＋1。

设三级Cache 的命中率分别为H L1、 H l2、 H L3，失效率分别为M l1、M l2、M L3，第三级Cache 的失效开销为P L3。

平均访问时间T A ＝H L1＋M l1{H l2＋M l2(H L3＋M L3×P L3)}
48、解：已知远程访问率 p = 0.5%，远程访问时间 t = 2000ns ，时钟周期 T = 10ns 远程访问开销 C = t/T = 2000ns/10ns = 200（时钟周期数） 有 0.5%远程访问的机器的实际 CPI 2 为：
CPI 2 = CPI 1 + p ×C = 1.0 + 0.5%×200 = 2.0 只有局部访问的机器的基本 CPI 1 = 1.0
CPI 2/ CPI 1 = 2.0/1.0 = 2（倍）
因此，没有远程访问状态下的机器速度是有0.5% 远程访问的机器速度的2 倍。

49、解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展：
∑∑+-=
i
i
i n S F
F S )1(1
已知S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，S n ＝10，F 1＝0.3，F 2＝0.3，得：
）
（）（10/20/0.330/0.30.30.3-11
1033F F +++++=
得F 3＝0.36，即部件3的可改进比例为36%。

（2）设系统改进前的执行时间为T ，则3个部件改进前的执行时间为：（0.3+0.3+0.2）T = 0.8T ，不可改进部分的执行时间为0.2T 。

已知3个部件改进后的加速比分别为S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，因此3个部件改进后的执行时间为：
T T
T T T n 045.010
2.020
3.0303.0'=++=
改进后整个系统的执行时间为：Tn = 0.045T+0.2T = 0.245T
那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是：
82.0245.02.0=T
T
50、解：首先，应选择适合于流水线工作的算法。

对于本题，应先计算A 1＋B 1、A 2＋B 2、A 3＋B 3和A 4＋B 4；再计算(A 1＋B 1) ×(A 2＋B 2)和(A 3＋B 3) ×(A 4＋B 4)；然后求总的结果。

其次，画出完成该计算的时空图，如图所示，图中阴影部分表示该段在工作。

由图可见，它在18个△t 时间中，给出了7个结果。

所以吞吐率为：
t
TP ∆=
817
如果不用流水线，由于一次求积需3△t ，一次求和需5△t ，则产生上述7个结果共需（4×5+3×3）△t =29△t 。

所以加速比为：
该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得：
时间
段
输 入
A 1
B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4
A B C
D
A ×
B
C ×D
61.18192=∆∆=
t
t
S 22
3.018
53
354=⨯⨯+⨯=
E。