2022年山东工商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年山东工商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、组相联映象、LRU替换的Cache存贮器，不影响Cache命中率的是( )
A.增加Cache中的块数
B.增大组的大小
C.增大主存容量
D.增大块的大小
2、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
3、"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
4、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
5、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
6、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
7、CRAY-I的流水线是( )
A.多条单功能流水线
B.一条单功能流水线
C.多条多功能流水线
D.一条多功能流水线
8、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
9、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
10、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
11、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
12、与全相联映象相比，组相联映象的优点是( )
A.目录表小
B.块冲突概率低
C.命中率高
D.主存利用率高
13、对机器语言程序员透明的是（）
A.中断字
B.主存地址寄存器
C.通用寄存器
D.条件码
14、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
15、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
二、填空题
16、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。

17、评价存贮器性能的基本要求是大容量、________和低价格。

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

20、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。

21、按照流水线使用的级别，可以把流水线分为________、________和处理机间级三大类。

22、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________。

23、Cache存贮器写操作时，只写入Cache，仅当需要块替换时，才将其写回主存。

称
这种修改主存块内容的方法为________法。

24、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。

25、输入输出设备的异步性、实时性、与________三个特点是现代计算机系统必须具备的
共同特性。

三、判断题
26、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。

（）
27、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。

（）
28、页面失效请求可以在每条指令执行到末尾时检测，以便在此时看是否调页。

（）
29、条件转移是局部相关。

（）
30、硬件上设置多条相同的流水线，可实现超标量流水线。

（）
31、延迟转移技术是RISC关键技术之一。

（）
32、流水机器处理中断应着眼于解决断点现场如何保存和恢复，并不在于如何缩短断流的时间，去追求流水的高吞吐率和高效率。

（）
33、OPT是STACK型替换算法。

（）
34、多处理机中，两个程序段之间若同时有先写后读和先读后写2种相关，以交换数据为目的时，则必须并行执行，读写要完全同步，允许顺序串行和交换串行。

（）
35、合并网络提供了一组新的指令，其中一条称为Fetch-and-Add指令，叫做取与加指令。

（）
四、名词解释
36、模拟：
37、兼容机：
38、静态互连网络：
39、分段开采：
40、多功能流水线：
41、直接映象：
五、简答题
42、可采用哪些方法来提高向量处理机的性能？
43、简述通道完成一次数据传输的主要过程。

44、试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。

45、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。

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、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、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、列举出下面循环中的所有相关，包括输出相关、反相关、真相关。

for (i=2; i<100; i=i+1)
a[i]=b[i]+a[i] ;/* s1 */
c[i+1]=a[i]+d[i] ; /* s2 */
a[i-1]=2*b[i] ; /* s3 */
b[i+1]=2*b[i] ;/* s4 */
50、给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。

由计算结果能得出什么结论？
（1）理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2ns，平均每条指令访存1.2次；
（2）两者Cache容量均为64KB，块大小都是32字节；
（3）组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10％；
（4）这两种Cache的失效开销都是80ns；
（5）命中时间为1个时钟周期；
（6）64KB直接映象Cache的失效率为1.4％，64KB两路组相联Cache的失效率为1.0％。

参考答案
一、选择题
1、【答案】C
2、【答案】B
3、【答案】A
4、【答案】C
5、【答案】B
6、【答案】D
7、【答案】A
8、【答案】B
9、【答案】A
10、【答案】B
11、【答案】D
12、【答案】A
13、【答案】B
14、【答案】A
15、【答案】C
二、填空题
16、【答案】快慢
17、【答案】高速度
18、【答案】透明透明
19、【答案】硬主
20、【答案】数据驱动需求驱动
21、【答案】功能部件级处理机级
22、【答案】概念性结构功能特性
23、【答案】写回
24、【答案】动态
25、【答案】独立性
三、判断题
26、【答案】错
27、【答案】错
28、【答案】错
29、【答案】错
30、【答案】对
31、【答案】对
32、【答案】错
33、【答案】对
34、【答案】错
35、【答案】对
四、名词解释
36、答：用软件的方法在一台现有的计算机（称为宿主机）上实现另一台计算机（称为虚拟机）的指令系统。

37、答：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。

38、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。

39、答：当向量的长度大于向量寄存器的长度时，必须把长向量分成长度固定的段，然后循环分段处理，每一次循环只处理一个向量段。

40、答：多功能流水线指各段可以进行不同的连接，以实现不同的功能的流水线。

41、答：主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。

五、简答题
42、答：可采用多种方法：
（1）设置多个功能部件，使它们并行工作；
（2）采用链接技术，加快一串向量指令的执行；
（3）采用循环开采技术，加快循环的处理；
（4）采用多处理机系统，进一步提高性能。

43、答：（1）在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。

(2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。

(3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。

CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。

44、答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。

确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。

选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。

计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。

计算机实现是计算机组成的物理实现。

一种体系结构可以有多种组成。

一种组成可以有多种实现。

45、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。

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：94.1690%/100
10%/21=+=加速比 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：展开循环两次：
a[i] = b[i] + a[i] ; /* s1 */
c[i+1] = a[i] + d[i] ; /* s2 */
a[i-1] = 2 * b[i] ; /* s3 */
b[i+1] = 2 * b[i] ; /* s4 */
a[i+1] = b[i+1] + a[i+1] ; /* s1’ */
c[i+2] = a[i+1] + d[i+1] ; /* s2 ‘*/
a[i] = 2 * b[i+1] ; /* s3 ‘*/
b[i+2] = 2 * b[i+1] ; /* s4 ‘*/
输出相关：无
反相关：无
真相关：S1&S2
由于循环引入的相关：S4&S4’（真相关）、S1’&S4（真相关）、S3’&S4（真相关）、S1&S3’（输出相关、反相关）、S2&S3’（反相关）。

50、解：平均访问时间＝命中时间＋失效率×失效开销
平均访问时间1-路=2.0+1.4% *80=3.12ns
平均访问时间2-路=2.0*(1+10%)+1.0% *80=3.0ns
两路组相联的平均访问时间比较低
CPU time=（CPU执行+存储等待周期）*时钟周期
CPU time=IC（CPI执行+总失效次数/指令总数*失效开销） *时钟周期
=IC（（CPI执行*时钟周期）+（每条指令的访存次数*失效率*失效开销*时钟周期））CPU time 1-way=IC(2.0*2+1.2*0.014*80)＝5.344IC
CPU time 2-way=IC(2.2*2+1.2*0.01*80)＝5.36IC
相对性能比：=--1way time 2way
time CPU CPU 5.36/5.344=1.003
直接映象cache 的访问速度比两路组相联cache 要快1.04倍，而两路组相联Cache 的平均性能比直接映象cache 要高1.003倍。

因此这里选择两路组相联。