2022年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B(有答案)

2022年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、全相聯(lián)地址映象是指（）。A.任何虛頁都可裝入主存中任何實頁的位置B.一個虛頁只裝進固定的主存實頁位置C.組之間是固定的，而組內(nèi)任何虛頁可以裝入任何實頁位置D.組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入2、以下說法不正確的是()A.線性流水線是單功能流水線B.動態(tài)流水線是多功能流水線C.靜態(tài)流水線是多功能流水線D.動態(tài)流水線只能是單功能流水線3、在流水機器中，全局性相關(guān)是指()。A.先寫后讀相關(guān)B.先讀后寫相關(guān)C.指令相關(guān)D.由轉(zhuǎn)移指令引起的相關(guān)4、虛擬存儲器常用的地址映象方式是()A.全相聯(lián)B.段相聯(lián)C.組相聯(lián)D.直接5、"從中間開始"設(shè)計的"中間"目前多數(shù)是在()。A.傳統(tǒng)機器語言級與操作系統(tǒng)機器級之間B.傳統(tǒng)機器語言級與微程序機器級之間C.微程序機器級與匯編語言機器級之間D.操作系統(tǒng)機器級與匯編語言機器級之間6、直接執(zhí)行微指令的是()A.匯編程序B.編譯程序C.硬件D.微指令程序7、微指令由（）直接執(zhí)行。A.微指令程序B.硬件C.匯編程序D.編譯程序8、浮點數(shù)尾數(shù)基值rm=8，尾數(shù)數(shù)值部分長6位，可表示的規(guī)格化最小正尾數(shù)為()A.0.5B.0.25C.0.125D.1/649、下列說法中不正確的是()A.軟件設(shè)計費用比軟件重復生產(chǎn)費用高B.硬件功能只需實現(xiàn)一次，而軟件功能可能要多次重復實現(xiàn)C.硬件的生產(chǎn)費用比軟件的生產(chǎn)費用高D.硬件的設(shè)計費用比軟件的設(shè)計費用低10、以下說法中，不正確的是（）。軟硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例會A.提高解題速度B.提高硬件利用率C.提高硬件成本D.減少所需存儲器用量11、IBM360/91屬于（）A.向量流水機B.標量流水機C.陣列流水機D.并行流水機12、計算機中優(yōu)化使用的操作碼編碼方法是()。（書上為擴展編碼法）A哈夫曼編碼BASCII碼CBCD碼D擴展操作碼13、1TFLOPS計算機能力，1TBYTE/S的I/O帶寬和（）稱為計算機系統(tǒng)的3T性能目標。A，1TBYTE硬盤容量B.1TBYTE軟盤容量C.1TBYTE主存容量D.A和B14、程序員編寫程序時使用的地址是()。A.有效地址B.邏輯地址C.輔存實地址D.主存地址15、指令間“一次重疊”說法有錯的是()A.僅“執(zhí)行k”與“分析k+1”重疊B."分析k”完成后立即開始“執(zhí)行k”C.應(yīng)盡量使“分析k+1”與“執(zhí)行k”時間相等D.只需要一套指令分析部件和執(zhí)行部件二、填空題16、所謂鏈接技術(shù)是指把________鏈接起來成為________17、評價虛擬存貯器所用替換算法的好壞，主要是看主存________率的高低，其次看算法是否易于實現(xiàn)，以及所需的輔助軟硬件的多少。18、實現(xiàn)程序移植的主要途徑有統(tǒng)一高級語言、系列機、________和________19、層次存儲系統(tǒng)的設(shè)計的目的是使有效存取時間接近于________的存取時間，使總體的平均每字成本接近于________的每字成本，容量接近于最大存儲器的容量。20、解決Cache與主存不一致性的方法有________和________21、Cache存貯器是為解決主存________滿足不了要求發(fā)展出來的。22、向量處理機的結(jié)構(gòu)主要有________和________兩種。23、基于存儲器-存儲器的向量指令是指________來自________，兩種結(jié)或把而且把操作后的結(jié)果直接寫入存儲器。24、在Cache存貯器中，CPU每次寫Cache的同時，也寫入主存，稱這種更新主存塊內(nèi)容的方法為________法。25、要實現(xiàn)兩條指令在時間上重疊解釋，首先需要付出________，其次，要處理好指令之間可能存在的________三、判斷題26、指令的重疊解釋，既可加快程序的解釋，又能加快指令的解釋。（）27、低速打印機，在總線上傳送數(shù)據(jù)時，其"數(shù)據(jù)寬度"宜用可變長塊。（）28、按弗林（MichaelJ.Flynn）的觀點，計算機系統(tǒng)可分為單指令流單數(shù)據(jù)流、單指令流多數(shù)據(jù)流、多指令流單數(shù)據(jù)流和多指令流多數(shù)據(jù)流四大類。（）29、頁面失效請求可以在每條指令執(zhí)行到末尾時檢測，以便在此時看是否調(diào)頁。（）30、多數(shù)I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)面向操作系統(tǒng)設(shè)計，考慮如何在操作系統(tǒng)與I/O系統(tǒng)之間進行合理的軟、硬件功能分配。（）31、分布系統(tǒng)以分布為特征，用真實處理機替代虛擬處理機，其并行性是屬于并發(fā)性。（）32、流水線的效率是流水線的設(shè)備利用率。（）33、OPT是STACK型替換算法。（）34、流水機器處理中斷應(yīng)著眼于解決斷點現(xiàn)場如何保存和恢復，并不在于如何縮短斷流的時間，去追求流水的高吞吐率和高效率。（）35、在一種機器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)另一種機器的指令系統(tǒng)，采用模擬方法比采用仿真方法更快捷。（）四、名詞解釋36、異構(gòu)型多處理機系統(tǒng)：37、程序的局部性原理：38、目錄協(xié)議：39、分段開采：40、讀后寫沖突：41、LRU：五、簡答題42、分別從執(zhí)行程序的角度和處理數(shù)據(jù)的角度來看，計算機系統(tǒng)中并行性等級從低到高可分為哪幾級？43、什么是多處理機的一致性？給出解決一致性的監(jiān)聽協(xié)議和目錄協(xié)議的工作原理。44、通過編譯器對程序優(yōu)化來改進Cache性能的方法有哪幾種？簡述其基本思想。45、指令的執(zhí)行可采用順序執(zhí)行、重疊執(zhí)行和流水線三種方式，它們的主要區(qū)別是什么？各有何優(yōu)缺點。46、簡述先行控制的基本思想。六綜合題47、假設(shè)對指令Cache的訪問占全部訪問的75%；而對數(shù)據(jù)Cache的訪問占全部訪問的25%。Cache的命中時間為1個時鐘周期，失效開銷為50個時鐘周期，在混合Cache中一次load或store操作訪問Cache的命中時間都要增加一個時鐘周期，32KB的指令Cache的失效率為0.39%，32KB的數(shù)據(jù)Cache的失效率為4.82%，64KB的混合Cache的失效率為1.35%。又假設(shè)采用寫直達策略，且有一個寫緩沖器，并且忽略寫緩沖器引起的等待。試問指令Cache和數(shù)據(jù)Cache容量均為32KB的分離Cache和容量為64KB的混合Cache相比，哪種Cache的失效率更低？兩種情況下平均訪存時間各是多少？48、寫出三級Cache的平均訪問時間的公式。49、有一條靜態(tài)多功能流水線由5段組成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的時間為2△t，其余各段的時間均為△t，而且流水線的輸出可以直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)的流水寄存器中?，F(xiàn)要在該流水線上計算，畫出其時空圖，并計算其吞吐率、加速比和效率。50、設(shè)某個字節(jié)多路通道的設(shè)備選擇時間Ts為9.8μs，傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)所需的時間TD為0.2μs。若某種低速外設(shè)每隔500μs發(fā)出一次傳送請求，那么，該通道最多可連接多少臺這種外設(shè)？

參考答案一、選擇題1、【答案】A2、【答案】D3、【答案】D4、【答案】A5、【答案】A6、【答案】C7、【答案】B8、【答案】C9、【答案】D10、【答案】B11、【答案】B12、【答案】D13、【答案】C14、【答案】B15、【答案】B二、填空題16、【答案】兩條功能部件流水線一條功能較強的流水線17、【答案】命中18、【答案】模擬仿真19、【答案】最內(nèi)層存儲器最外層存儲器20、【答案】寫直達法寫回法21、【答案】速度22、【答案】存儲器-存儲器結(jié)構(gòu)寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)23、【答案】參加運算操作的向量存儲器24、【答案】寫直達25、【答案】空間代價、關(guān)聯(lián)三、判斷題26、【答案】錯27、【答案】錯28、【答案】對29、【答案】錯30、【答案】對31、【答案】錯32、【答案】對33、【答案】對34、【答案】錯35、【答案】錯四、名詞解釋36、答：由多個不同類型、至少擔負不同功能的處理機組成，它們按照作業(yè)要求的順序，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務(wù)進行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。37、答：程序執(zhí)行時所訪問的存儲器地址不是隨機分布的，而是相對地簇聚。包括時間局部性和空間局部性。38、答：用一種專用的存儲器所記錄的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它記錄著可以進入Cache的每個數(shù)據(jù)塊的訪問狀態(tài)、該塊在各個處理器的共享狀態(tài)以及是否修改過等信息。39、答：當向量的長度大于向量寄存器的長度時，必須把長向量分成長度固定的段，然后循環(huán)分段處理，每一次循環(huán)只處理一個向量段。40、答：考慮兩條指令i和j，且i在j之前進入流水線，指令j的目的寄存器和指令i的源操作數(shù)寄存器相同，而且j在i讀取該寄存器之前就先對它進行了寫操作，導致i讀到的值是錯誤的。41、答：選擇最近最少被訪問的塊作為被替換的塊。實際實現(xiàn)都是選擇最久沒有被訪問的塊作為被替換的塊。五、簡答題42、答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級從低到高可分為：（1）字串位串：每次只對一個字的一位進行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在并行性；（2）字串位并：同時對一個字的全部位進行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)并行性；（3）字并位串：同時對許多字的同一位（稱為位片）進行處理。這種方式具有較高的并行性；（4）全并行：同時對許多字的全部位或部分位進行處理。這是最高一級的并行。43、答：（1）對多個處理器維護一致性的協(xié)議稱為Cache一致性協(xié)議。（2）目錄協(xié)議的工作原理：采用一個集中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——目錄。對于存儲器中的每一個可以調(diào)入Cache的數(shù)據(jù)塊，在目錄中設(shè)置一條目錄項，用于記錄該塊的狀態(tài)以及哪些Cache中有副本等相關(guān)信息。目錄協(xié)議根據(jù)該項目中的信息以及當前要進行的訪問操作，依次對相應(yīng)的Cache發(fā)送控制消息，并完成對目錄項信息的修改。此外，還要向請求處理器發(fā)送響應(yīng)信息。（3）監(jiān)聽協(xié)議的工作原理：每個Cache除了包含物理存儲器中塊的數(shù)據(jù)拷貝之外，也保存著各個塊的共享狀態(tài)信息。Cache通常連在共享存儲器的總線上，當某個Cache需要訪問存儲器時，它會把請求放到總線上廣播出去，其他各個Cache控制器通過監(jiān)聽總線來判斷它們是否有總線上請求的數(shù)據(jù)塊。如果有，就進行相應(yīng)的操作。44、答：（1）數(shù)組合并。通過提高空間局部性來減少失效次數(shù)。有些程序同時用相同的索引來訪問若干個數(shù)組的同一維，這些訪問可能會相互干擾，導致沖突失效，可以將這些相互獨立的數(shù)組合并成一個復合數(shù)組，使得一個Cache塊中能包含全部所需元素。（2）內(nèi)外循環(huán)交換。循環(huán)嵌套時，程序沒有按數(shù)據(jù)在存儲器中的順序訪問。只要簡單地交換內(nèi)外循環(huán)，就能使程序按數(shù)據(jù)在存儲器中的存儲順序進行訪問。（3）循環(huán)融合。有些程序含有幾部分獨立的程序段，它們用相同的循環(huán)訪問同樣的數(shù)組，對相同的數(shù)據(jù)作不同的運算。通過將它們?nèi)诤铣梢粋€單一循環(huán)，能使讀入Cache的數(shù)據(jù)被替換出去之前得到反復的使用。（4）分塊。通過改進時間局部性來減少失效。分塊不是對數(shù)組的整行或整列進行訪問，而是對子矩陣或塊進行操作。45、答：（1）指令的順序執(zhí)行是指指令與指令之間順序串行。即上一條指令全部執(zhí)行完后，才能開始執(zhí)行下一條指令。優(yōu)點：控制簡單，節(jié)省設(shè)備。缺點：執(zhí)行指令的速度慢，功能部件的利用率低。（2）指令的重疊指令是在相鄰的指令之間，讓第k條指令與取第k+l條指令同時進行。重疊執(zhí)行不能加快單條指令的執(zhí)行速度，但在硬件增加不多的情況下，可以加快相鄰兩條指令以及整段程序的執(zhí)行速度。與順序方式相比，功能部件的利用率提高了，控制變復雜了。（3）指令的流水執(zhí)行是把一個指令的執(zhí)行過程分解為若干個子過程，每個子過程由專門的功能部件來實現(xiàn)。把多個處理過程在時間上錯開，依次通過各功能段，每個子過程與其它的子過程并行進行。依靠提高吞吐率來提高系統(tǒng)性能。流水線中各段的時間應(yīng)盡可能相等46、答：先行控制技術(shù)是把緩沖技術(shù)和預處理技術(shù)相結(jié)合。緩沖技術(shù)是在工作速度不固定的兩個功能部件之間設(shè)置緩沖器，用以平滑它們的工作。預處理技術(shù)是指預取指令、對指令進行加工以及預取操作數(shù)等。采用先行控制方式的處理機內(nèi)部設(shè)置多個緩沖站，用于平滑主存、指令分析部件、運算器三者之間的工作。這樣不僅使它們都能獨立地工作，充分忙碌而不用相互等待，而且使指令分析部件和運算器分別能快速地取得指令和操作數(shù)，大幅度地提高指令的執(zhí)行速度和部件的效率。這些緩沖站都按先進先出的方式工作，而且都是由一組若干個能快速訪問的存儲單元和相關(guān)的控制邏輯組成。采用先行控制技術(shù)可以實現(xiàn)多條指令的重疊解釋執(zhí)行。六綜合題47、解：（1）根據(jù)題意，約75%的訪存為取指令。因此，分離Cache的總體失效率為：（75%×0.15%）＋（25%×3.77%）＝1.055%；容量為128KB的混合Cache的失效率略低一些，只有0.95%。（2）平均訪存時間公式可以分為指令訪問和數(shù)據(jù)訪問兩部分：平均訪存時間＝指令所占的百分比×（讀命中時間＋讀失效率×失效開銷）＋數(shù)據(jù)所占的百分比×（數(shù)據(jù)命中時間＋數(shù)據(jù)失效率×失效開銷）所以，兩種結(jié)構(gòu)的平均訪存時間分別為：分離Cache的平均訪存時間＝75%×（1＋0.15%×50）＋25%×（1＋3.77%×50）＝（75%×1.075）＋（25%×2.885）＝1.5275混合Cache的平均訪存時間＝75%×（1＋0.95%×50）＋25%×（1＋1＋0.95%×50）＝（75%×1.475）＋（25%×2.475）＝1.725因此，盡管分離Cache的實際失效率比混合Cache的高，但其平均訪存時間反而較低。分離Cache提供了兩個端口，消除了結(jié)構(gòu)相關(guān)。48、解：平均訪存時間＝命中時間＋失效率×失效開銷只有第I層失效時才會訪問第I＋1。設(shè)三級Cache的命中率分別為HL1、Hl2、HL3，失效率分別為Ml1、Ml2、ML3，第三級Cache的失效開銷為PL3。平均訪問時間TA＝HL1＋Ml1{Hl2＋