2022年南昌工程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年南昌工程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、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
2、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
3、传统机器语言机器级，是用（）来（）机器指令。

A.硬件，翻译
B.编译程序，翻译
C.微指令程序，解释
D.微指令程序，翻译
4、"一次重叠"中消除"指令相关"最好的方法是( )。

A.不准修改指令
B.设相关专用通路
C.推后分析下条指令
D.推后执行下条指令
5、系列机软件应做到( )。

A.向前兼容，并向上兼容
B.向后兼容，力争向上兼容
C.向前兼容，并向下兼容
D.向后兼容，力争向下兼容
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、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。

8、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
9、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
10、非线性流水线是指( )
A.一次运算中使用流水线中的多个功能段
B.一次运算中要多次使用流水线中的某些功能段
C.流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同
D.流水线的各个功能段在各种运算中有不同的组合
11、推出系列机的新机器，不能更改的是（）。

A.原有指令的寻址方式和操作码
B.系统总线的组成
C.数据通路宽度
D.存储芯片的集成度
12、以下说法不正确的是( )
A.线性流水线是单功能流水线
B.动态流水线是多功能流水线
C.静态流水线是多功能流水线
D.动态流水线只能是单功能流水线
13、流水机器对全局性相关的处理不包括( )
A.猜测法
B.提前形成条件码
C.加快短循环程序的执行
D.设置相关专用通路
14、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
15、目前，MO由（）实现，M1用（）实现，M2至M5大多用（）实现。

A.软件，固件，硬件
B.固件，软件，硬件
C.硬件，软件，固件
D.硬件，固件，软件
二、填空题
16、解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是推后法和设置________法两种基本方法。

17、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。

18、虚拟存贮器按映象算法不同，存贮管理方式有段式、________ 和________式3种。

19、在虚拟存储器中有三种地址空间，一种是应用程序员用来编写程序的地址空间，称为________，第二种是________的地址空间，第三种是辅存地址空间，也就是磁盘存储器的地址空间。

它们对应的三种地址分别是________、________主存地址和________。

20、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。

21、多功能流水线各功能段同时只能按某一种功能联接的称为________流水线。

22、在一般标量流水线处理机中，通常把一条指令的执行过程分解为取指令、________和
________、写回结果4级流水线，每一级的执行时间为个基本时钟周期。

23、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。

24、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。

25、寻径的基本原则是：________或________
三、判断题
26、对标量数据来说，并行主存系统的实际频宽采用多体单字方式的要比采用单体单字方式组成的高。

（）
27、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。

（）
28、超标量功能流水线能完成执行多种指令的功能。

（）
29、重叠寄存器窗口技术是RISC最关键的技术。

（）
30、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。

（）
31、流水线的效率是流水线的设备利用率。

（）
32、最近最少使用法是STACK型替换算法。

（）
33、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。

（）
34、单功能流水线只能完成一种固定功能。

（）
35、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。

（）
四、名词解释
36、资源重复：
37、测试程序套件：
38、分离事务总线：
39、线性流水线：
40、换名技术：
41、容量失效：
五、简答题
42、指令集应满足哪几个基本要求？
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、根据CPU性能公式简述RISC指令集结构计算机和CISC指令集结构计算机的性能特点。

45、减少流水线分支延迟的静态方法有哪些？
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、写出三级Cache的平均访问时间的公式。

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、一个字节多路通道连接有6台设备，它们的数据传输率如下表所示。

（1）计算该通道的实际工作流量。

（2）若通道的最大流量等于实际工作流量，求通道的工作周期Ts+TD。

50、设某个字节多路通道的设备选择时间Ts为9.8μs，传送一个字节的数据所需的时间T D为0.2μs。

若某种低速外设每隔500μs发出一次传送请求，那么，该通道最多可连接多少台这种外设？
参考答案
一、选择题
1、【答案】C
2、【答案】C
3、【答案】C
4、【答案】A
5、【答案】B
6、【答案】C
7、【答案】C
8、【答案】B
9、【答案】D
10、【答案】B
11、【答案】A
12、【答案】D
13、【答案】D
14、【答案】C
15、【答案】D
二、填空题
16、【答案】相关专用通路
17、【答案】直接全相联
18、【答案】页式段页
19、【答案】虚拟地址空间主存储器虚拟地址辅存地址
20、【答案】分界面指令系统
21、【答案】静态
22、【答案】译码执行
23、【答案】软硬主
24、【答案】写直达
25、【答案】不应出现死锁循环等待
三、判断题
26、【答案】对
27、【答案】对
28、【答案】对
29、【答案】错
30、【答案】错
31、【答案】对
32、【答案】对
33、【答案】错
34、【答案】对
35、【答案】错
四、名词解释
36、答：在并行性概念中引入空间因素，以数量取胜。

通过重复设置硬件资源，大幅度地提高计算机系统的性能。

37、答：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。

38、答：将总线事务分成请求和应答两部分。

在请求和应答之间的空闲时间内，总线可以供给其它的I/O使用。

采用这种技术的总线称为分离事务总线。

39、答：线性流水线指各段串行连接、没有反馈回路的流水线。

数据通过流水线中的各段时，每一个段最多只流过一次。

40、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。

41、答：如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。

五、简答题
42、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。

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：CPU性能公式：CPU时间＝IC×CPI×T其中，IC为目标程序被执行的指令条数，CPI为指令平均执行周期数，T是时钟周期的时间。

相同功能的CISC目标程序的指令条
数ICCISC 少于RISC的ICRISC，但是CISC的CPICISC和TCISC都大于RISC的CPIRISC和TRISC，因此，CISC目标程序的执行时间比RISC的更长。

45、答：（1）预测分支失败：沿失败的分支继续处理指令，就好象什么都没发生似的。

当确定分支是失败时，说明预测正确，流水线正常流动；当确定分支是成功时，流水线就
把在分支指令之后取出的指令转化为空操作，并按分支目标地址重新取指令执行。

（2）预测分支成功：当流水线ID段检测到分支指令后，一旦计算出了分支目标地址，就开始从该目标地址取指令执行。

（3）延迟分支：主要思想是从逻辑上“延长”分支指令的执行时间。

把延迟分支看成是
由原来的分支指令和若干个延迟槽构成。

不管分支是否成功，都要按顺序执行延迟槽中的
指令。

3种方法的共同特点：它们对分支的处理方法在程序的执行过程中始终是不变的。

它们要
么总是预测分支成功，要么总是预测分支失败。

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：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：（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）通道实际流量为
ms B f f i i byte /2001025254050506
1=+++++==∑=
（2）由于通道的最大流量等于实际工作流量，即有
ms B T T f D
S byte /2001m ax =+=- 可得，通道的工作周期Ts+T D = 5μs 。

50、解：字节多路通道的最大流量为：D
S byte T T f +=
-1m ax 字节多路通道的实际流量为：∑==p i i byte f f 1
其中，p 为通道连接的外设台数，f i 为外设i 的数据传输速率。

因为连接的是同样的外设，所以f 1=f 2=…=f p =f ，故有f byte =pf 。

通道流量匹配的要求有：f max-byte ≥f byte 即有：pf T T D S ≥+1；可得：f T T p D S )(1+≤ 已知Ts = 9.8μs ，T D = 0.2μs ，1/f = 500μs ，可求出通道最多可连接的设备台数为：
50)2.08.9(500)(1=+=+≤s s f T T p D S μμ。