计算机系统结构试题及答案(二)

计算机系统结构试题及答案

一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共20分）

1．以下正确的是（）。

A）机箱是计算机的外特性，属系统结构的研究范围

B）集成电路芯片的设计是计算机组成原理的研究范围

C）加法器的设计是计算机实现的研究内容

D）计算机性能评价是计算机系统结构的研究范围

2．在流水线相关处理中，采用（）会产生“写-写”相关和“先读后写”相关。

A）猜测法B）顺序流动

C）异步流动

D）相关专用通路3．非线性流水线是指（）

Ａ）存在分叉连接的流水线Ｂ）存在反向连接的流水线

Ｃ）一个任务使用多个功能段的流水线Ｄ）动态连接的流水线4．网络直径与网络的（）有关

A）度B）链路总数

C）结点间通信经过的最多链路数D）通信延迟

5．下列关于存储器的描述，哪个是正确的（）

A）多体交叉存储器主要解决扩充容量问题

B）Cache的功能全由硬件完成

C）Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache

D）“主存—外存”的存储层次是为了弥补主存速度的不足

6．在单指令流多数据流计算机中各处理单元必须（）。

A）以同步方式在同一时间内执行不同的指令

B）以同步方式在同一时间内执行相同的指令

C）以异步方式在同一时间内执行相同的指令

D）以异步方式在同一时间内执行不同的指令

7．虚拟存储器地址变换是指（）。

A）多用户虚地址与实地址如何一一对应

B）程序的逻辑地址变换成主存实地址

C）程序执行时将虚地址变换成对应的实存地址

D）指令的符号地址变换成二进制地址

8．反映网络在理想通信模式下通信带宽的特性是（）

A）度B）直径C）带宽总和D）等分带宽

9．依据Michael J.Flynn提出的按指令流和数据流的多倍性对计算机系统分类，Illiac IV计算机属于（）A）SISD B）SIMD C）MISD D）MIMD

10．全相联地址映象是指（）。

A）任何主存页都可装入Cache中任何页的位置

B) 一个虚页只装进固定的主存实页位置

C ) 组之间是固定的，而组内任何主存页可以装入任何Cache页位置

D) 组间可任意装入，组内是固定装入

二、名词解释题（本大题共5小题，每小题4分，共20分）解释每小题所给名词的含义，若解释正确则给分，若

解释错误则无分，若解释不准确或不全面，则酌情扣分。

1．目录表

2．阻塞网络

3. 写直达法

4. 乱序流动

5. 向量链接技术

三、简答题（本大题共4小题，共25分）

1.（5分）存储程序计算机(冯氏机)在系统结构上的主要特点是什么？

2．（5分）在cache容量一定的情况下,增加cache中的块大小能否达到提高cache命中率的效果?为什么?

3．（5分）解释数据相关（局部相关）与控制相关（全局相关）。

4．（10分）有哪几种向量处理方式？它们对向量处理机的结构要求有何不同？

四、综合题（本大题共4小题，共35分）

1. (5分)某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序

的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。

2．（5分）（1）使用终端标记法标出Ω网络(见下图)的从2号输入端到6号输出端网络连接以及从6号输入端到4

号输出端从的网络连接。

（2）上题的网络连接之间是否会产生冲突？如有，请指出冲突所在。

3．(10分)有一个Cache 存储器，主存有8块(0-7)，Cache 有4块(0-3)，采用组相联映像，组内块数为2块。采用LRU

（近期最久未使用）替换算法。

(1)指出主存各块与Cache 各块之间的映像关系。 (2)某程序运行过程中，访存的主存块地址流为：

2， 3， 4， 1， 0， 7， 5， 3， 6， 1， 5， 2， 3， 7， 1 说明该程序访存对Cache 的块位置的使用情况，计算Cache 命中率 。

4．（15分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、

2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。若在该流水线上计算 f ＝A 1*B 1 + A 2*B 2 + A 3*B 3 + A 4*B 4,

（1）画出处理过程的时空图； （2）计算其吞吐率、加速比和效率；

1 2 0 3 4 5 6 7

输入端

输出端

（3）该流水线的瓶颈段是哪一段？可用哪几种方法消除该瓶颈？画出改进后的流水线。

计算机科学系《计算机系统结构》期末考试试卷（A 卷）

一 单选题：(10分，每题1分)

I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ B ）

A.目态指令

B.管态指令

C.目态、管态都能用的指令

D.编译程序只能用的指令

2、 输入输出系统硬件的功能对(B )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

3、 全相联地址映象是指（A ）

A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置

B.一个虚页只装进固定的主存实页位置

C.组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置

D.组间可任意装入，组内是固定装入

4、 ( C ) 属于MIMD 系统结构

A.各处理单元同时受一个控制单元的管理

B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令

C.松耦合多处理机和多计算机系统

D.阵列处理机

5、 多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（B ）

A.可以并行执行

B.不可能并行

C.任何情况均可交换串行

D.必须并行执行

6、 计算机使用的语言是（B ）

A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关

B.分属于计算机系统各个层次

C.属于用以建立一个用户的应用环境

D.属于符号化的机器指令

7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（C ）

A.输入/输出中断

B.机器校验中断

C.程序性中断

D.外部中断

8、 块冲突概率最高的Cache 地址映象方式是（A ）

A ．直接

B ．组相联

C ．段相联

D ．全相联

9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响Cache 命中率的是(B )

A ．增大块的大小

B ．增大主存容量

C ．增大组的大小

D ．增加Cache 中的块数

10、 流水处理机对全局性相关的处理不．包括（C ） 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

1、 数

据通

路宽度就是 数据总线上一次并行传送的信息位数 。

2、 计算机仿真用 微程序 解释，计算机模拟用 机器语言 解释

二 填空题：（20分，每题2分）

3、阵列处理机按存贮器的组成方式可分为两种构形,分别为: 分布式存储器

和集中共享式。

4、按弗林的观点，计算机系统可分为 SISD 、 SIMD 、

MISD 和 MIMD 四大类

5、浮点数尾数的下溢处理方法有：截断法, 舍入法, 恒置1法, 查表舍入法。

6、流水线消除速度瓶颈的方法有瓶颈子过程_ 拆分_和瓶颈子过程_并联_ ____两种。

7、具有相同“系统结构”（如指令系统相同）的计算机可以因为速度要求等因素的不同而采用计算机组成。

8.在非线性流水线机器中, 可能发生的数据相关有: 先读后写相关 , 写写相关

和先写后读相关。

8、互连网络的交换方法主要有线路交换、包交换、线路/包交换，SIMD互连网络多采用线交换，多处理机常采用包交换。

9、Cache存储器写操作时，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__写回法____。

三简答题：（40分，每题4分）

1．计算机系统结构研究的是什么？

软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。

2．计算机组成和计算机实现有什么关系？

计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现指的是计算机组成的物理实现。计算机组成和计算机实现关系密切, 有人将它们和称为计算机实现。

3．器件的发展对系统结构的影响？

器件的发展改变了逻辑设计的传统方法。器件的发展也使系统结构的“下移”速度加快。器件的发展还促进了算法、语言和软件的发展。

4．解决计算机主存与CPU的速度差对机器性能的影响，可采用哪些解决方法?

设置Cache, 采用并行主存系统

5.简述设计RISC结构使用的基本技术。

(1)按设计RISC的一般原则来设计 (2)逻辑实现上采用硬联和微程序相结合 (3)设置大量工作寄存器并采用

重叠寄存器窗口 (4)指令用流水和延迟转移 (5) 采用Cache (6)优化设计编译系统

6.什么是软件的可移植性?

软件不修改或只经少量修改就可由一台机器移植到另一台机器上运行

7.请解释说明常用的4种基本单级互联网络.

立方体单级网络, PM2I网络, 混洗交换单级网络, 蝶形单级网络

8.什么是中断响应次序和处理次序?

中断响应次序是在同时发生多个不同种类的中断请求时,中断响应硬件中排队器所决定的响应次序. 处理次序是各个中断请求实际被处理完毕的顺序.

9.请解释存储系统和存储体系的区别.

存储系统是将多种不同工艺的存储器组织在一起, 但从逻辑上还不能成为一个整体. 而存储体系就是从程序员角度来看, 各种不同工艺的存储器在逻辑上是一个整体.

10.请说明一次重叠中通用寄存器组相关的处理办法.

处理办法有推后读和设置相关通路

四计算题：（30分，每题6分）

1. 经统计, 某机器14条指令的使用频率分别为: 0.01, 0.15, 0.12, 0.03, 0.02, 0.04, 0.02,

0.04, 0.01, 0.13, 0.15, 0.14, 0.11, 0.03。请分别求出用等长码, 哈夫曼码, 只有两种码长的扩展操

作码的操作码平均码长。

等长码码长为４位，哈夫曼码平均码长为３.３８位，两种码长的扩展操作码的操作码平均码长为３.４位

2. 设有两个向量C和D，各有4个元素，在图中的静态双功能流水线上工作。其中，1->2->3->5组成加法流

水线，1->4->5组成乘法流水线。设每个流水线所经过的时间均为Δt，而且流水线的输出结果可以直接返回到输入或暂存于相应的缓冲寄存器中，其延迟时间和功能切换所需要的时间都可以忽略不计。求：该流水线的实际吞吐率TP和效率η。

5

4

3

2

1

t

实际吞吐率TP=7/（15Δt）

η=32%

3. 在一个5段的流水线处理机上需经9拍才能完成一个任务，其预约表如下表所示。

(1)分别写出延迟禁止表F、初始冲突向量C；(2)画出流水线状态转移图；(3)求出最小平均延迟、调度

最佳方案。

分别写出延迟禁止表F = {1, 5, 6, 8},

初始冲突向量C = {1 0 1 1 0 0 0 1 },

流水线状态转移图

最小平均延迟: 3.5拍调度最佳方案（３，４）

4. 如果设一个系统有四个中断级，中断响应次序为1->2->3->4。现要求中断处理次序改为1->4->3->2, (1)请画出中断级屏蔽位表。(2) 如果在运行用户程序的过程中同时发生了1,2,3,4 级中断, 请画出此程序运行过程示意图。(3) 如果在运行用户程序的过程中同时发生了2,3级中断, 而在3级中断未处理完毕又发生了4级中断, 最后回到用户程序时又同时发生了1,2级中断, 请画出此程序运行过程示意图。

（１）

（２）（３）

5. 计算多级立方体互连网络。见图N=8多级立方体互连网络，求当输入端级控制信号为S2S1S0=010时，输入端为0 1 2 3 4 5 6 7时，输出端为： 23016745 。

0 1

2 3

4 5

6 7 A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

计算机科学系《计算机系统结构》期末考试试卷（B 卷）

年级：＿＿＿专业：＿＿＿＿＿ 班级：＿ 学号：＿＿＿ 姓名：＿＿＿＿＿

注：1、共100分，考试时间120分钟。

2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。

一 单选题：(10分，每题1分)

D ）

A. 哈夫曼编码

B. ASCII 码

C. BCD 码

D. 扩展操作码

12、 对系统程序员不透明的应当是 ( B )

A. Cache 存储器

B. 虚拟存储器

C. 指令缓冲寄存器

D. 数据通路宽度

13、 全相联地址映象是指（A ）

A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置

B.一个虚页只装进固定的主存实页位置

C.组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置

D.组间可任意装入，组内是固定装入

14、 ( C ) 属于MIMD 系统结构

A.各处理单元同时受一个控制单元的管理

B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令

C.松耦合多处理机和多计算机系统

D.阵列处理机

15、 多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（B ）

A.可以并行执行

B.不可能并行

C.任何情况均可交换串行

D.必须并行执行

16、 系列机软件必须保证（ C ）

A. 向前兼容，并向上兼容

B. 向前兼容，并向下兼容

C. 向后兼容，力争向上兼容

D. 向后兼容，力争向下兼容

17、 指令执行结果出现异常引起的中断是（C ）

A.输入/输出中断

B.机器校验中断

C.程序性中断

D.外部中断

18、 在Cache 存储器中常用的地址映象方式是（C ）

A ．全相联映象

B ．页表法映象

C ．组相联映象

D ．段页表映象

19、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响Cache 命中率的是(B )

A ．增大块的大小

B ．增大主存容量

C ．增大组的大小

D ．增加Cache 中的块数

20、 流水处理机对全局性相关的处理不．包括（D ） 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

10、 数

据宽

度就是 Ｉ／Ｏ设备取得Ｉ／Ｏ总线后所传送数据的总量 。 11、 计算机仿真用 微程序 解释，计算机模拟用 机器语言 解释

12、 固件就是 一种具有软件功能的硬件 。 13、 按弗林的观点，计算机系统可分为 SISD 、 SIMD 、

MISD 和 MIMD 四大类

14、 浮点数尾数的下溢处理方法有： 截断法, 舍入法, 恒置1法, 查表舍入法 。 15、 实现软件移植的基本技术有 同一高级语言， 采用系列机， 模拟和仿真。 16、 并行主存系统包括 单体多字，多体单字 和 多体多字交叉存储器 。 17、 在非线性流水线机器中, 可能发生的数据相关有: 先读后写相关 , 写写相关

和 先写后读相关 。

18、 互连网络的交换方法主要有线路交换、包交换、线路/包交换，SIMD 互连网络多采用 线 交换，

多处理机常采用 包 交换。

19、 Cache 存储器写操作时，在写入Cache 的同时将其写回主存，称这种修改主存块内容的方法为

__写直达法____。

三 简答题：（40分，每题4分）

5． 计算机系统结构研究的是什么？

软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。 6． 计算机组成设计要解决的问题是什么？

在所希望能达到的性能和价格比的前提下，怎样最佳、最合理地把各种设备和部件组织成为一台计算机，以实现所确定的系统结构。

7． 举例说明几种指令级高度并行的超级处理机？

超标量处理机 、超长指令字处理机 、超流水线处理机 、超标量超流水线处理机 8． 解决计算机主存与CPU 的速度差对机器性能的影响，可采用哪些解决方法? 设置Cache, 采用并行主存系统 11. CISC 指令系统的含义?

复杂指令系统计算机，即机器指令系统变得越来越庞杂，这就是所谓的CISC 指令系统。 12. 什么是软件的可移植性?

软件不修改或只经少量修改就可由一台机器移植到另一台机器上运行 13. 请解释说明常用的4种基本单级互联网络.

立方体单级网络, PM2I 网络, 混洗交换单级网络, 蝶形单级网络 14. 什么是并行性？

只要在同一时刻或是在同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，它们在时间上能相互重叠，都体现了并行性。

15. 请解释存储系统和存储体系的区别.

存储系统是将多种不同工艺的存储器组织在一起, 但从逻辑上还不能成为一个整体. 而存储体系就是从程序员角度来看, 各种不同工艺的存储器在逻辑上是一个整体. 16. 请说明一次重叠中通用寄存器组相关的处理办法. 处理办法有推后读和设置相关通路

二 填空题：（20分，每题2分）

得分四计算题：（30分，每题6分）

评分人

1. 设一台模型机有7条指令，其使用频度为：

指令使用频度 | 指令使用频度

I1 0.03 | I4 0.05

I2 0.03 | I5 0.15

I3 0.04 | I6 0.3

| I7 0.4

2. 设有两个向量C和D，各有4个元素，在图中的静态双功能流水线上工作。其中，1->2->3->5组成加法流

水线，1->4->5组成乘法流水线。设每个流水线所经过的时间均为Δt，而且流水线的输出结果可以直接返回到输入或暂存于相应的缓冲寄存器中，其延迟时间和功能切换所需要的时间都可以忽略不计。求：该流水线的实际吞吐率TP和效率η。

5

4

3

2

1

t

实际吞吐率TP=7/（15Δt）

η=32%

3. 在一个5段的流水线处理机上需经9拍才能完成一个任务，其预约表如下表所示。

(1)分别写出延迟禁止表F、初始冲突向量C；(2)画出流水线状态转移图；(3)求出最小平均延迟、调度

最佳方案。

分别写出延迟禁止表F = {1, 5, 6, 8},

初始冲突向量C = {1 0 1 1 0 0 0 1 },

流水线状态转移图

最小平均延迟: 3.5拍调度最佳方案（３，４）

4. 若机器共有5级中断，中断响应优先次序为l→2→3→4→5，现要求其实际的中断处理次序为l→4→5→2→3。(1) 设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位(令“1”对应于屏蔽，“0”对应于开放)；(2) 若在运行用户程序时，同时出现第4、2级中断请求，而在处理第2级中断未完成时，又同时出现第l、3、5级中断请求，请画出此程序运行过程示意图。

中断处理程

中断级屏蔽位

序级别

１２３４ 5

１ 1 1 1 1 1

２0 1 １0 0

３0 ０ 1 ０0

４0 1 １ 1 1

5 0 1 1 0 0

5. 计算多级立方体互连网络。见图N=8多级立方体互连网络，求当输入端级控制信号为S2S1S0=010时，输入端为0 1 2 3 4 5 6 7时，输出端为： 23016745 。