2022年安徽信息工程学院软件工程专业《计算机系统结构》科目期末试卷B(有答案)

2022年安徽信息工程学院软件工程专业《计算机系统结构》科目期末
试卷B（有答案）
一、选择题
1、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。

2、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
3、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
4、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
5、以下说法中，不正确的是（）。

软硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例会
A.提高解题速度
B.提高硬件利用率
C.提高硬件成本
D.减少所需存储器用量
6、输入输出系统硬件的功能对（）是透明的。

A.操作系统程序员
B.应用程序员
C.系统结构设计人员
D.机器语言程序设计员
7、IBM360/91对指令中断的处理方法是（）
A.不精确断点法
B.精确断点法
C.指令复执法
D.对流水线重新调度
8、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
9、静态流水线是指( )
A.只有一种功能的流水线
B.功能不能改变的流水线
C.同时只能完成一种功能的多功能流水线
D.可同时执行多种功能的流水线
10、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
二、填空题
11、浮点数尾数基值增大。

可使运算中的精度损失________ 可表示数的精度变________，
12、段式存储管理是指________，为此每道程序在系统中都有一个________
13、所谓链接技术是指把________链接起来成为________
14、软件和硬件成本由________和________组成。

15、向量指令可分为________和________
16、在理想情况下，超标量超流水线处理机执行程序的速度是________和________的乘积。

17、数据流机采用________，执行的操作序列取决于输入数据的可用性；归约机则采用
________，执行的操作序列取决于对数据的要求，对数据的需求又来源于函数式程序设计
语言对表达式的归纳。

18、Cache存贮器是增加辅助________件，使之速度接近于Cache的，容量是存的。

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、按照Flynn分类法，根据指令流和数据流的不同组织方式，计算机系统的结构可以分为SISD（单指令流单数据流）、MISD、________和________
三、判断题
21、时间是衡量计算机性能的主要标准。

（）
22、采用LRU替换的Cache存贮器，分配给程序的Cache容量一定时，块的大小增大，Cache的命中率将先上升，到一定时候又会逐渐降低。

（）
23、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。

（）
24、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。

（）
25、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。

（）
26、计算机仿真适合在两种结构差距大的机器间运用。

（）
27、在一段时间内相继发射多个任务，体现了并发性概念。

（）
28、系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。

（）
29、在存贮体系中，地址的映象与地址的变换没有区别。

（）
30、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。

（）
四、名词解释
31、静态互连网络：
32、高可用性机群：
33、计算机系统结构：
34、流水线的效率：
35、换名技术：
36、超标量：
五、简答题
37、简述减小Cache失效开销的几种方法。

38、表示寻址方式的主要方法有哪些？简述这些方法的优缺点。

39、区别不同指令集结构的主要因素是什么？根据这个主要因素可将指令集结构分为哪3类？
40、通常有哪几种指令格式，请简述其适用范围。

41、简述RISC指令集结构的设计原则。

六综合题
42、假设分支目标缓冲的命中率为90%，程序中无条件转移指令的比例为5%，没有无条件转移指令的程序CPI值为1。

假设分支目标缓冲中包含分支目标指令，允许无条件转移指令进入分支目标缓冲，则程序的CPI值为多少？
43、在CRAY-1机器上，按照链接方式执行下述4条向量指令（括号中给出了相应功能部件的执行时间），如果向量寄存器和功能部件之间的数据传送需要1拍，试求此链接流水线的通过时间是多少拍？如果向量长度为64，则需多少拍才能得到全部结果？
V0←存储器（从存储器中取数：7拍）
V2←V0+V1（向量加：3拍）
V3←V2<A3（按（A3）左移：4拍）
V5←V3∧V4（向量逻辑乘：2拍）
44、在MIPS流水线上运行如下代码序列：
LOOP： LW R1，0（R2）
DADDIU R1，R1，#1
SW R1， 0（R2）
DADDIU R2，R2，#4
DSUB R4，R3，R2
BNEZ R4，LOOP
其中：R3的初值是R2+396。

假设：在整个代码序列的运行过程中，所有的存储器访问
都是命中的，并且在一个时钟周期中对同一个寄存器的读操作和写操作可以通过寄存器文
件“定向”。

问：
（1）在没有任何其它定向（或旁路）硬件的支持下，请画出该指令序列执行的流水线时
空图。

假设采用排空流水线的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？
（2）假设该流水线有正常的定向路径，请画出该指令序列执行的流水线时空图。

假设采
用预测分支失败的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？
（3）假设该流水线有正常的定向路径和一个单周期延迟分支，请对该循环中的指令进行
调度，你可以重新组织指令的顺序，也可以修改指令的操作数，但是注意不能增加指令的
条数。

请画出该指令序列执行的流水线时空图，并计算执行上述循环所需要的时钟周期数。

参考答案
一、选择题
1、【答案】C
2、【答案】A
3、【答案】C
4、【答案】B
5、【答案】B
6、【答案】B
7、【答案】A
8、【答案】D
9、【答案】C
10、【答案】D
二、填空题
11、【答案】减小低
12、【答案】主存按段分配的存储管理方式段表
13、【答案】两条功能部件流水线一条功能较强的流水线
14、【答案】一次性开发成本每个部件的生产成本
15、【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
16、【答案】超标量处理机超流水线处理机执行程序速度
17、【答案】数据驱动需求驱动
18、【答案】硬主
19、【答案】分界面指令系统
20、【答案】单指令多数据流SIMD 多指令多数据流MIMD
三、判断题
21、【答案】对
22、【答案】错
23、【答案】错
24、【答案】错
25、【答案】对
26、【答案】错
27、【答案】对
28、【答案】错
29、【答案】错
30、【答案】对
四、名词解释
31、答：各结点之间有固定的连接通路、且在运行中不能改变的网络。

32、答：当系统中某些结点出现故障的情况下，仍能继续对外提供服务。

它采用冗余机制，当系统中某个结点由于软、硬件故障而失效时，该结点上的任务将在最短的时间内被迁移
到机群内另一个具有相同功能与结构的结点上继续执行。

33、答：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。

在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

34、答：即流水线设备的利用率，它是指流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比值。

35、答：名相关的两条指令之间并没有数据的传送，只是使用了相同的名。

可以把其中一条指令所使用的名换成别的，以此来消除名相关。

36、答：一种多指令流出技术。

它在每个时钟周期流出的指令条数不固定，依代码的具体情况而定，但有个上限。

五、简答题
37、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。

38、答：表示寻址方式有两种常用的方法：
（1）将寻址方式编于操作码中，由操作码在描述指令的同时也描述了相应的寻址方式。

这种方式译码快，但操作码和寻址方式的结合不仅增加了指令的条数，导致了指令的多样性，而且增加了CPU对指令译码的难度。

（2）为每个操作数设置一个地址描述符，由该地址描述符表示相应操作数的寻址方式。

这种方式译码较慢，但操作码和寻址独立，易于指令扩展。

39、答：区别不同指令集结构的主要因素是CPU中用来存储操作数的存储单元。

据此可
将指令系统结构分为堆栈结构、累加器结构和通用寄存器结构。

40、答：
（1）变长编码格式。

如果系统结构设计者感兴趣的是程序的目标代码大小，而不是性能，就可以采用变长编码格式。

（2）固定长度编码格式。

如果感兴趣的是性能，而不是程序的目标代码大小，则可以选
择固定长度编码格式。

（3）混合型编码格式。

需要兼顾降低目标代码长度和降低译码复杂度时，可以采用混合
型编码格式。

41、答：
（1） 选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令； （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成； （3）所有指令长度均相同；
（4）只有Load 和Store 操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行； （5）以简单有效的方式支持高级语言。

六综合题
42、解：设每条无条件转移指令的延迟为x ，则有： 1＋5%×x ＝1.1 x ＝2
当分支目标缓冲命中时，无条件转移指令的延迟为0。

所以 程序的CPI ＝ 1 ＋ 2 × 5% ×(1 －90%) ＝1.01
43、解：通过时间就是每条向量指令的第一个操作数执行完毕需要的时间，也就是各功能流水线由空到满的时间，具体过程如下图所示。

要得到全部结果，在流水线充满之后，向量中后继操作数继续以流水方式执行，直到整组向量执行完毕。

（拍）
＝＋）＝－＋（（拍））＝＋＋）＋（＋＋）＋（＋＋）＋（＋＝（通过总共通过866323164T T 2312114113117T
44、解：
寄存器读写可以定向，无其他旁路硬件支持。

排空流水线。

第i次迭代（i＝0..98）开始周期：1＋（i×17）
总的时钟周期数：（98×17）＋18＝1684
有正常定向路径，预测分支失败。

指令12345678910111131415 LW IF ID EX M WB
DADDIU IF ID S EX M WB
SW IF S ID EX M WB
DADDIU IF ID EX M WB
DSUB IF ID EX M WB
BNEZ IF ID EX M WB
LW IF miss miss IF ID EX M WB
第i次迭代（i＝0..98）开始周期：1＋（i×10）
总的时钟周期数：（98×10）＋11＝991
有正常定向路径。

单周期延迟分支。

LOOP: LW R1，0(R2)
DADDIU R2，R2，#4
DADDIU R1，R1，#1
DSUB R4，R3，R2
BNEZ R4，LOOP
SW R1，-4(R2)
第i次迭代（i ＝0..98）开始周期：1＋（i ×6 ）
总的时钟周期数：（98×6）＋10＝598
指令1234567891011 LW IF ID EX M WB
DADDIU IF ID EX M WB
DADDIU IF ID EX M WB
DSUB IF ID EX M WB
BNEZ IF ID EX M WB
SW IF ID EX M WB
LW IF ID EX M WB。