2022年?yáng)|北大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、若輸入流水線的指令既無(wú)局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則（）。A.可獲得高的吞吐率和效率B.流水線的效率和吞吐率惡化C.出現(xiàn)瓶頸D.可靠性提高2、以下說(shuō)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(huì)：()A.提高解題速度B.提高硬件利用率C.提高硬件成本D.減少所需要的存貯器用量3、利用時(shí)間重疊概念實(shí)現(xiàn)并行處理的是()。A.流水處理機(jī)B.多處理機(jī)C.并行（陣列）處理機(jī)D.相聯(lián)處理機(jī)4、"從中間開(kāi)始"設(shè)計(jì)的"中間"目前多數(shù)是在()。A.傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言級(jí)與操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)之間B.傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言級(jí)與微程序機(jī)器級(jí)之間C.微程序機(jī)器級(jí)與匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)之間D.操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)與匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)之間5、浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值rm=8，尾數(shù)數(shù)值部分長(zhǎng)6位，可表示的規(guī)格化最小正尾數(shù)為()A.0.5B.0.25C.0.125D.1/646、流水機(jī)器對(duì)全局性相關(guān)的處理不包括()A.猜測(cè)法B.提前形成條件碼C.加快短循環(huán)程序的執(zhí)行D.設(shè)置相關(guān)專用通路7、最能確保提高虛擬存貯器訪主存的命中率的改進(jìn)途徑是()A.增大輔存容量B.采用FIFO替換算法并增大頁(yè)面C.改用LRU替換算法并增大頁(yè)面D.改用LRU替換算法并增大頁(yè)面數(shù)8、Cache存貯器常用的地址映象方式是()。A.全相聯(lián)映象B.頁(yè)表法映象C.組相聯(lián)映象D.段頁(yè)表映象9、CRAY-I的流水線是()A.多條單功能流水線B.一條單功能流水線C.多條多功能流水線D.一條多功能流水線10、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)按照由高到低的順序分別為（）。A.高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，微程序機(jī)器級(jí)B.高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，微程序機(jī)器級(jí)C.應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)D.應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)，微程序機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)11、計(jì)算機(jī)中優(yōu)化使用的操作碼編碼方法是()。（書(shū)上為擴(kuò)展編碼法）A哈夫曼編碼BASCII碼CBCD碼D擴(kuò)展操作碼12、下列關(guān)于標(biāo)量流水機(jī)的說(shuō)法不正確的是（）A.可對(duì)標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理B.沒(méi)有向量數(shù)據(jù)表示C.不能對(duì)向量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算D.可以對(duì)向量、數(shù)組進(jìn)行運(yùn)算13、計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)不考慮()。A.專用部件設(shè)置B.功能部件的集成度C.控制機(jī)構(gòu)的組成D.緩沖技術(shù)14、1TFLOPS計(jì)算機(jī)能力，1TBYTE/S的I/O帶寬和（）稱為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)。A，1TBYTE硬盤(pán)容量B.1TBYTE軟盤(pán)容量C.1TBYTE主存容量D.A和B15、不同系列的機(jī)器之間，實(shí)現(xiàn)軟件移植的途徑不包括（）。A.用統(tǒng)一的高級(jí)語(yǔ)言B.用統(tǒng)一的匯編語(yǔ)言C.模擬D.仿真二、填空題16、CPU寫(xiě)Cache不命中時(shí)，除寫(xiě)入主存外，同時(shí)還將含該字的主存塊調(diào)入Cache。稱此分配法為_(kāi)_______分配法。17、尋徑的基本原則是：________或________18、在理想情況下，超標(biāo)量超流水線處理機(jī)執(zhí)行程序的速度是________和________的乘積。19、Cache存貯器地址映象大多采用________映象或________映象，以利于實(shí)現(xiàn)。20、虛擬存貯器是增加輔助________件。使主、輔存形成整體，速度接近于________存的。容量是輔存的。21、操作碼的表示方法通常有3種，即________、________和擴(kuò)展編碼。22、指令由________和________組成。23、虛擬存貯器主要是為解決主存________滿足不了要求發(fā)展出來(lái)的。24、動(dòng)態(tài)多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)可分為_(kāi)_______和________非阻塞網(wǎng)3種類型。25、在Cache存貯器中，CPU每次寫(xiě)Cache的同時(shí)，也寫(xiě)入主存，稱這種更新主存塊內(nèi)容的方法為_(kāi)_______法。三、判斷題26、浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)下溢處理采用舍入法還是恒置"1"法，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是不透明的。（）27、頁(yè)面失效請(qǐng)求可以在每條指令執(zhí)行到末尾時(shí)檢測(cè)，以便在此時(shí)看是否調(diào)頁(yè)。（）28、對(duì)概率不等的事件用Huffman編碼，其具體編碼不唯一，但平均碼長(zhǎng)肯定是唯一的，且是最短的。（）29、系列機(jī)應(yīng)用軟件應(yīng)做到向前兼容，力爭(zhēng)向下兼容。（）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(jì)，考慮如何在操作系統(tǒng)與I/O系統(tǒng)之間進(jìn)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(shí)處理機(jī)替代虛擬處理機(jī)，其并行性是屬于并發(fā)性。（）32、磁盤(pán)設(shè)備在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，數(shù)據(jù)寬度宜采用單字或單宇節(jié)。（）33、主存空間數(shù)相關(guān)是相間隔的兩條指令之間出現(xiàn)對(duì)主存同一單元要求先寫(xiě)而后讀的關(guān)聯(lián)。（）34、系列機(jī)低檔低價(jià)格，但性能太低；高檔機(jī)高性能，但價(jià)格太高。因此，為獲得高性能價(jià)格比，應(yīng)盡可能購(gòu)置性能價(jià)格比高的中檔機(jī)。（）35、超標(biāo)量功能流水線能完成執(zhí)行多種指令的功能。（）四、名詞解釋36、CPI：37、BHT：38、寫(xiě)更新協(xié)議：39、順序流水線：40、處理機(jī)級(jí)流水線：41、LRU：五、簡(jiǎn)答題42、在“Cache—主存”層次中，主存的更新算法有哪兩種？它們各有什么特點(diǎn)？43、指令中表示操作數(shù)類型的方法有哪幾種？44、簡(jiǎn)述流水線技術(shù)的特點(diǎn)。45、試比較可用于動(dòng)態(tài)互連的總線、交叉開(kāi)關(guān)和多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的硬件復(fù)雜度和帶寬。46、可采用哪些方法來(lái)提高向量處理機(jī)的性能？六綜合題47、11、根據(jù)需要展開(kāi)下面的循環(huán)并進(jìn)行指令調(diào)度，直到?jīng)]有任何延遲。指令的延遲如表4.4。LOOP: L.D F0,0(R1) MUL.D F0,F0,F2 L.D F4,0(R2) ADD.D F0,F0,F4 S.D F0,0(R2) DSUBI R1,R1,#8 DSUBI R2,R2,#8 BNEZ R1,LOOP48、一個(gè)具有32臺(tái)處理機(jī)的系統(tǒng)，對(duì)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間是2000ns。除了通信以外，假設(shè)計(jì)算中的訪問(wèn)均命中局部存儲(chǔ)器。當(dāng)發(fā)出一個(gè)遠(yuǎn)程請(qǐng)求時(shí)，本地處理機(jī)掛起。處理機(jī)的時(shí)鐘周期時(shí)間是10ns，假設(shè)指令基本的CPI為1.0（設(shè)所有訪存均命中Cache）。對(duì)于下述兩種情況：（1）沒(méi)有遠(yuǎn)程訪問(wèn)；（2）0.5%的指令需要遠(yuǎn)程訪問(wèn)。試問(wèn)前者比后者快多少？49、設(shè)某個(gè)字節(jié)多路通道的設(shè)備選擇時(shí)間Ts為9.8μs，傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)所需的時(shí)間TD為0.2μs。若某種低速外設(shè)每隔500μs發(fā)出一次傳送請(qǐng)求，那么，該通道最多可連接多少臺(tái)這種外設(shè)？50、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有三個(gè)部件可以改進(jìn)，這三個(gè)部件的部件加速比為：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的可改進(jìn)比例均為30%，那么當(dāng)部件3的可改進(jìn)比例為多少時(shí)，系統(tǒng)加速比才可以達(dá)到10？（2）如果三個(gè)部件的可改進(jìn)比例分別為30%、30%和20%，三個(gè)部件同時(shí)改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？

參考答案一、選擇題1、【答案】A2、【答案】B3、【答案】A4、【答案】A5、【答案】C6、【答案】D7、【答案】D8、【答案】C9、【答案】A10、【答案】A11、【答案】D12、【答案】C13、【答案】B14、【答案】C15、【答案】B二、填空題16、【答案】按寫(xiě)17、【答案】不應(yīng)出現(xiàn)死鎖循環(huán)等待18、【答案】超標(biāo)量處理機(jī)超流水線處理機(jī)執(zhí)行程序速度19、【答案】組相聯(lián)全相聯(lián)20、【答案】軟硬主21、【答案】程序的存儲(chǔ)量程序的執(zhí)行速度22、【答案】操作碼地址碼23、【答案】容量24、【答案】阻塞網(wǎng)可重排非阻塞網(wǎng)25、【答案】寫(xiě)直達(dá)三、判斷題26、【答案】錯(cuò)27、【答案】錯(cuò)28、【答案】對(duì)29、【答案】錯(cuò)30、【答案】對(duì)31、【答案】錯(cuò)32、【答案】錯(cuò)33、【答案】錯(cuò)34、【答案】對(duì)35、【答案】對(duì)四、名詞解釋36、答：每條指令執(zhí)行的平均時(shí)鐘周期數(shù)。37、答：分支歷史表。用來(lái)記錄相關(guān)分支指令最近一次或幾次的執(zhí)行情況是成功還是失敗，并據(jù)此進(jìn)行預(yù)測(cè)。38、答：當(dāng)一個(gè)處理器對(duì)某數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)，它把該新數(shù)據(jù)廣播給所有其它Cache。這些Cache用該新數(shù)據(jù)對(duì)其中的副本進(jìn)行更新。39、答：流水線輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入的順序完全相同。40、答：又稱指令流水線。它是把指令的執(zhí)行過(guò)程按照流水方式進(jìn)行處理，即把一條指令的執(zhí)行過(guò)程分解為若干個(gè)子過(guò)程，每個(gè)子過(guò)程在獨(dú)立的功能部件中執(zhí)行。41、答：選擇最近最少被訪問(wèn)的塊作為被替換的塊。實(shí)際實(shí)現(xiàn)都是選擇最久沒(méi)有被訪問(wèn)的塊作為被替換的塊。五、簡(jiǎn)答題42、答：（1）寫(xiě)直達(dá)法。易于實(shí)現(xiàn)，而且下一級(jí)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)總是最新的。（2）寫(xiě)回法。速度快，“寫(xiě)”操作能以Cache存儲(chǔ)器的速度進(jìn)行。而且對(duì)于同一單元的多個(gè)寫(xiě)最后只需一次寫(xiě)回下一級(jí)存儲(chǔ)器，有些“寫(xiě)”只到達(dá)Cache，不到達(dá)主存，因而所使用的存儲(chǔ)器頻帶較低。43、答：操作數(shù)類型有兩種表示方法：（1）操作數(shù)的類型由操作碼的編碼指定，這是最常見(jiàn)的一種方法；（2）數(shù)據(jù)可以附上由硬件解釋的標(biāo)記，由這些標(biāo)記指定操作數(shù)的類型，從而選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算。44、答：流水技術(shù)有以下特點(diǎn)：（1）流水線把一個(gè)處理過(guò)程分解為若干個(gè)子過(guò)程，每個(gè)子過(guò)程由一個(gè)專門(mén)的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，流水線實(shí)際上是把一個(gè)大的處理功能部件分解為多個(gè)獨(dú)立的功能部件，并依靠它們的并行工作來(lái)提高吞吐率。（2）流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等，否則將引起流水線堵塞和斷流。（3）流水線每一個(gè)功能部件的前面都要有一個(gè)緩沖寄存器，稱為流水寄存器。（4）流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只有在輸入端不斷地提供任務(wù)，才能充分發(fā)揮流水線的效率。（5）流水線需要有通過(guò)時(shí)間和排空時(shí)間。在這兩個(gè)時(shí)間段中，流水線都不是滿負(fù)荷工作。45、答：總線互連的復(fù)雜性最低，成本也是最低。其缺點(diǎn)是每臺(tái)處理機(jī)可用的帶寬較窄。交叉開(kāi)關(guān)是最昂貴的，因?yàn)槠溆布?fù)雜性以n2上升，所以其成本最高。但是交叉開(kāi)關(guān)的帶寬和尋徑性能最好。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較小時(shí)，它是一種理想的選擇。多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和帶寬介于總線和交叉開(kāi)關(guān)之間，是一種折中方案。其主要優(yōu)點(diǎn)是采用模塊化結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性較好。不過(guò)，其時(shí)延隨網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)的增加而上升。另外，由于其硬件復(fù)雜度比總線高很多，其成本也不低。46、答：可采用多種方法：（1）設(shè)置多個(gè)功能部件，使它們并行工作；（2）采用鏈接技術(shù)，加快一串向量指令的執(zhí)行；（3）采用循環(huán)開(kāi)采技術(shù)，加快循環(huán)的處理；（4）采用多處理機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高性能。六綜合題47、解：將循環(huán)展開(kāi)兩次，進(jìn)行指令調(diào)度，即可以消除延遲，代碼如下：LOOP：L.D F0，0（R1）L.D F10，-8（R1）MUL.D F0，F(xiàn)0，F(xiàn)2MUL.D F10，F(xiàn)10，F(xiàn)2L.D F4，0（R2）L.D F14，-8（R2）ADD.D F0，F(xiàn)0，F(xiàn)4ADD.D F10，F(xiàn)10，F(xiàn)14DSUBI R1，R1，16S.D 0（R2），F(xiàn)0DSUBI R2，R2，16BNEZ R1，LOOPS.D 8（R2），F(xiàn)1048、解：已知遠(yuǎn)程訪問(wèn)率p=0.5%，遠(yuǎn)程訪問(wèn)時(shí)間t=2000ns，時(shí)鐘周期T=10ns遠(yuǎn)程訪問(wèn)開(kāi)銷C=t/T=2000ns/10ns=200（時(shí)鐘周期數(shù)）有0.5%遠(yuǎn)程訪問(wèn)的機(jī)器的實(shí)際CPI2為：CPI2=CPI1+p×C=1.0+0.5%×200=2.0只有局部訪問(wèn)的機(jī)器的基本CPI1=1.0CPI2/CPI1=2.0/1.0=2（倍）因此，沒(méi)有遠(yuǎn)程訪問(wèn)狀態(tài)下的機(jī)器速度是有0.5%遠(yuǎn)程訪問(wèn)的機(jī)器速度的2倍。49、解：字節(jié)多路通道的最大流量為：字節(jié)多路通道的實(shí)際流量為：其中，p為通道連接的外設(shè)臺(tái)數(shù)，fi為外設(shè)i的數(shù)據(jù)傳輸速率。因?yàn)檫B接的是同樣的外設(shè)，所以f1=f2=…=fp=f，故有fbyte=pf。通道流量匹配的要求有：fmax-byte≥fbyte即有：；可得：已知Ts=9.8μs，TD=0.2μs，1/f=500μs，可求出通道最多可連接的設(shè)備臺(tái)數(shù)為：50、解：（1）在多個(gè)部件可改進(jìn)情況下，Amdahl