2022年安徽大学网络工程专业《计算机系统结构》科目期末试卷A(有答案)

2022年安徽大学网络工程专业《计算机系统结构》科目期末试卷A
（有答案）
一、选择题
1、下列说法正确的是（）
A."一次重叠"是一次解释一条指令
B."一次重叠"是同时解释相邻两条指令
C.流水方式是同时只能解释两条指令
D."一次重叠"是同时可解释很多条指令
2、指令间“一次重叠”说法有错的是( )
A.仅“执行k”与“分析k+1”重叠
B."分析k”完成后立即开始“执行k”
C.应尽量使“分析k+1”与“执行k”时间相等
D.只需要一套指令分析部件和执行部件
3、费林按指令流和数据流的多倍性把计算机系统分类，这里的多倍性指（）。

A.系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令流是数据流的多少倍。

B.系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的数据流是指令流的多少倍。

C.系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。

D.A和B
4、在计算机系统的层次结构中，机器被定义为（）的集合体
A.能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构
B.硬件和微程序（固件）
C.软件和固件
D.软件和硬件
5、计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是（）。

A.汇编语言机器级，操作系统机器级，高级语言机器级
B.微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级
C.传统机器语言机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级
D.汇编语言机器级，应用语言机器级，高级语言机器级
6、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.减少所需要的存贮器用量
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、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
9、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
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
二、判断题
11、对操作码进行优化编码时，在了解每种指令在程序中出现的概率后，使用Huffman
算法构造Huffman树，这样获得的Huffman编码是唯一的。

（）
12、条件转移是局部相关。

（）
13、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。

（）
14、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。

（）
15、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。

（）
16、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。

（）
17、由于Cache存贮器的地址变换和块替换算法是用软件实现的，因此Cache存贮器对应用程序员是透明的，而且Cache对处理机和主存间的信息交往也是透明的。

（）
18、重叠寄存器窗口技术是RISC最关键的技术。

（）
19、系列机不再是方向，因为它约束了计算机系统结构的发展。

（）
20、OPT是STACK型替换算法。

（）
三、填空题
21、页面替换是发生于页面失效，同时又发生________的时候。

22、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。

23、层次存储系统的设计的目的是使有效存取时间接近于________的存取时间，使总体的
平均每字成本接近于________的每字成本，容量接近于最大存储器的容量。

24、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。

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。

26、基于存储器-存储器的向量指令是指________来自________，两种结或把而且把操作后
的结果直接写入存储器。

27、流水有部件、处理机、系统等不同等级，多个处理机之间的流水属________级流水，
也称________流水。

28、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。

29、系列机软件兼容必须做到向________兼容，尽可能争取向________兼容。

30、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。

四、名词解释
31、异步I/O：
32、机群：
33、计算机组成：
34、写直达法：
35、冲突失效：
36、链接技术：
五、简答题
37、什么是多处理机的一致性？给出解决一致性的监听协议和目录协议的工作原理。

38、同步总线和异步总线各有什么优缺点？
39、简述减小Cache失效开销的几种方法。

40、从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：
41、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
42、假设各种分支指令数占所有指令数的百分比如下：
现有一条段数为4的流水线，无条件分支在第二个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第三个时钟周期结束时才能够被解析出来。

第一个流水段是完全独立于指令类型的，即所有类型的指令都必须经过第一个流水段的处理。

请问在没有任何控制相关的情况下，该流水线相对于存在上述控制相关情况下的加速比是多少？
43、计算机系统字长32位，包含两个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接了
两台磁盘机和两台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机，10台终端，假定各设备的传输率如下：
磁盘机：800KBps
磁带机：200KBps
行打机：6.6KBps
读卡机：1.2KBps
终端：1KBps
计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。

44、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？
参考答案
一、选择题
1、【答案】В
2、【答案】B
3、【答案】C
4、【答案】A
5、【答案】B
6、【答案】B
7、【答案】C
8、【答案】D
9、【答案】D
10、【答案】C
二、判断题
11、【答案】错
12、【答案】错
13、【答案】错
14、【答案】错
15、【答案】对
16、【答案】对
17、【答案】错
18、【答案】错
19、【答案】错
20、【答案】对
三、填空题
21、【答案】页面争用
22、【答案】写回
23、【答案】最内层存储器最外层存储器
24、【答案】功能部件级处理机级
25、【答案】独立性
26、【答案】参加运算操作的向量存储器
27、【答案】系统宏
28、【答案】软硬主
29、【答案】后上
30、【答案】动态
四、名词解释
31、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。

32、答：机群是一种价格低廉、易于构建、可扩放性极强的并行计算机系统。

它由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网络或局域网互连在一起，协同完成特定的并行计算任务。

从用户的角度来看，机群就是一个单一、集中的计算资源。

33、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。

34、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。

35、答：在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现
该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。

36、答：具有先写后读相关的两条指令，在不出现功能部件冲突和Vi冲突的情况下，可
以把功能部件链接起来进行流水处理，以达到加快执行的目的。

五、简答题
37、答：
（1）对多个处理器维护一致性的协议称为Cache一致性协议。

（2）目录协议的工作原理：采用一个集中的数据结构——目录。

对于存储器中的每一个
可以调入Cache的数据块，在目录中设置一条目录项，用于记录该块的状态以及哪些Cache中有副本等相关信息。

目录协议根据该项目中的信息以及当前要进行的访问操作，依次对相应的Cache发送控制消息，并完成对目录项信息的修改。

此外，还要向请求处
理器发送响应信息。

（3）监听协议的工作原理：每个Cache除了包含物理存储器中块的数据拷贝之外，也保
存着各个块的共享状态信息。

Cache通常连在共享存储器的总线上，当某个Cache需要
访问存储器时，它会把请求放到总线上广播出去，其他各个Cache控制器通过监听总线
来判断它们是否有总线上请求的数据块。

如果有，就进行相应的操作。

38、答：
(1) 同步总线。

同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。

同步总线成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑。

但是其缺点是总线操作必须以相同的速度运行。

(2) 异步总线。

异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。

设备之
间的信息传送用总线发送器和接收器控制。

异步总线容易适应更广泛的设备类型，扩充总
线时不用担心时钟时序和时钟同步问题。

但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。

39、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。

40、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。

41、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
42、解：没有控制相关时流水线的平均CPI＝1
存在控制相关时：由于无条件分支在第二个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支
要到第3个时钟周期结束时才能被解析出来。

所以：
（1）若使用排空流水线的策略，则对于条件分支，有两个额外的stall，对无条件分支，有一个额外的stall：
CPI = 1+20%*2+5%*1 = 1.45
加速比S=CPI/1 = 1.45
（2）若使用预测分支成功策略，则对于不成功的条件分支，有两个额外的stall，对无条件分支和成功的条件分支，有一个额外的stall 1：
CPI = 1+20%*(60%*1+40%*2) +5%*1 = 1.33
加速比S=CPI/1 = 1.33
（3）若使用预测分支失败策略，则对于成功的条件分支，有两个额外的stall ；对无条件分支，有一个额外的stall ；对不成功的条件分支，其目标地址已经由PC 值给出，不必等待，所以无延迟：
CPI = 1+20%*(60%*2 + 40%*0) +5%*1 = 1.29
加速比S=CPI/1 = 1.29
43、解：本题要求计算通道的吞吐率，而且机器有一个多路通道，这就有两种可能：字节多路通道和数组多路通道。

因为如果将多路通道组织成数组多路通道，某个时刻通道只能为一台设备传送数据，所以它的传输率是所有设备的传输率的最大值，而如果将它组织成字节多路通道，该通道的最大传输率就是所有设备的传输率之和。

所以在本题中，从性能上考虑，应组织成字节多路通道形式。

所以此类通道的最大传输率为：
（1）f BYTE ＝∑fi ＝f 打印机传输率×2＋f 读卡机传输率×2＋f 终端传输率×10＝25.6KBps （i ＝1..14）
（2）两个选择通道连接的设备相同，所以只要计算其中一个通道的传输率既可。

因为磁盘机的传输率大于磁带机。

所以此类通道的传输率为：
max{800，200}＝800KBps
所以本系统的最大数据传输率为： f 系统＝2×800＋25.6＝1625.6KBps 。

44、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：
）
（）（10/20/0.330/0.30.30.3-111033F 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。