2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫——信息與計(jì)算科學(xué)的并行計(jì)算技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是并行計(jì)算的基本特征？A.并行性B.并發(fā)性C.分布式處理D.順序執(zhí)行2.在并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，MIMD的含義是？A.單指令流多數(shù)據(jù)流B.多指令流單數(shù)據(jù)流C.多指令流多數(shù)據(jù)流D.單指令流單數(shù)據(jù)流3.OpenMP主要用于哪一種并行計(jì)算架構(gòu)？A.分布式內(nèi)存架構(gòu)B.共享內(nèi)存架構(gòu)C.混合架構(gòu)D.網(wǎng)格計(jì)算架構(gòu)4.MPI是一種什么類型的并行編程模型？A.基于共享內(nèi)存的編程模型B.基于消息傳遞的編程模型C.基于GPU的編程模型D.基于/OpenCL的編程模型5.下列哪個(gè)指標(biāo)不是用來評估并行計(jì)算性能的？A.并行度B.加速比C.效率D.延遲6.并行算法設(shè)計(jì)中的“分治法”屬于哪種策略？A.減法策略B.加法策略C.分解策略D.合并策略7.并行編程中，臨界區(qū)是指？A.程序執(zhí)行的起點(diǎn)B.程序執(zhí)行的終點(diǎn)C.一段需要被保護(hù)起來，避免并發(fā)執(zhí)行的代碼片段D.一段可以被并發(fā)執(zhí)行的代碼片段8.GPU計(jì)算通常被稱為？A.單精度計(jì)算B.雙精度計(jì)算C.流式計(jì)算D.串行計(jì)算9.并行計(jì)算中，數(shù)據(jù)局部性原理指的是什么？A.數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量存儲(chǔ)在內(nèi)存中B.數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量存儲(chǔ)在高速緩存中C.數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量分散存儲(chǔ)D.數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量順序存儲(chǔ)10.并行計(jì)算技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域不包括？A.科學(xué)計(jì)算B.數(shù)據(jù)分析C.人工智能D.辦公自動(dòng)化二、填空題（每空1分，共10分）1.并行計(jì)算的核心思想是將______任務(wù)分解為多個(gè)可以同時(shí)執(zhí)行的子任務(wù)。2.并行計(jì)算的性能評估指標(biāo)中，______是指加速比與進(jìn)程數(shù)之比。3.并行編程中的______是指多個(gè)進(jìn)程或線程嘗試同時(shí)訪問并修改同一數(shù)據(jù)項(xiàng)。4.并行算法的______是指算法的并行效率。5.GPU具有大量的______，可以用于并行計(jì)算。6.并行計(jì)算中的______是指數(shù)據(jù)訪問模式與存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。7.并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展離不開______技術(shù)的進(jìn)步。8.并行編程模型為程序員提供了______的抽象層次。9.并行計(jì)算中的______是指多個(gè)處理器共享同一塊內(nèi)存。10.并行計(jì)算中的______是指多個(gè)處理器擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述并行計(jì)算與串行計(jì)算的區(qū)別。2.簡述共享內(nèi)存架構(gòu)和分布式內(nèi)存架構(gòu)的主要區(qū)別。3.簡述MPI和OpenMP的主要區(qū)別。4.簡述并行算法設(shè)計(jì)中的負(fù)載平衡問題。四、計(jì)算題（10分）假設(shè)一個(gè)串行算法執(zhí)行時(shí)間為T串行，將該算法分解為p個(gè)并行任務(wù)，每個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間相同，且任務(wù)之間沒有通信開銷。求該算法在理想并行計(jì)算機(jī)上的加速比。五、編程題（20分）使用MPI編程模型，編寫一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程之間的點(diǎn)對點(diǎn)消息傳遞。其中，進(jìn)程0發(fā)送一個(gè)整數(shù)消息給進(jìn)程1，進(jìn)程1接收該消息并打印出來。六、論述題（20分）論述并行計(jì)算技術(shù)在未來發(fā)展中的趨勢和挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.A6.C7.C8.C9.B10.D二、填空題1.計(jì)算2.收斂速度3.競態(tài)條件4.效率5.流處理器（或SP）6.數(shù)據(jù)局部性7.硬件8.抽象9.共享內(nèi)存10.分布式內(nèi)存三、簡答題1.解析思路：對比并行計(jì)算和串行計(jì)算在任務(wù)執(zhí)行方式、資源利用、性能提升等方面的差異。*答案要點(diǎn)：*任務(wù)執(zhí)行方式：并行計(jì)算同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，串行計(jì)算依次執(zhí)行任務(wù)。*資源利用：并行計(jì)算充分利用多核處理器資源，串行計(jì)算只利用單個(gè)處理器資源。*性能提升：并行計(jì)算可以顯著提高計(jì)算速度，串行計(jì)算速度提升有限。*編程復(fù)雜度：并行計(jì)算編程復(fù)雜度較高，串行計(jì)算編程簡單。2.解析思路：分析共享內(nèi)存架構(gòu)和分布式內(nèi)存架構(gòu)在內(nèi)存管理、通信方式、適用場景等方面的區(qū)別。*答案要點(diǎn)：*內(nèi)存管理：共享內(nèi)存架構(gòu)所有處理器共享同一塊內(nèi)存，分布式內(nèi)存架構(gòu)每個(gè)處理器擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間。*通信方式：共享內(nèi)存架構(gòu)通過內(nèi)存訪問進(jìn)行通信，分布式內(nèi)存架構(gòu)通過消息傳遞進(jìn)行通信。*適用場景：共享內(nèi)存架構(gòu)適用于小規(guī)模并行計(jì)算，分布式內(nèi)存架構(gòu)適用于大規(guī)模并行計(jì)算。3.解析思路：對比MPI和OpenMP在編程模型、適用架構(gòu)、通信方式等方面的差異。*答案要點(diǎn)：*編程模型：MPI是消息傳遞接口，OpenMP是共享內(nèi)存編程模型。*適用架構(gòu)：MPI適用于分布式內(nèi)存架構(gòu)和混合架構(gòu)，OpenMP適用于共享內(nèi)存架構(gòu)。*通信方式：MPI需要顯式編寫消息傳遞代碼，OpenMP主要通過編譯指令控制并行性。4.解析思路：闡述負(fù)載平衡問題在并行算法設(shè)計(jì)中的重要性，并說明解決方法。*答案要點(diǎn)：*負(fù)載平衡問題是指并行任務(wù)之間的工作量分配不均勻，導(dǎo)致部分處理器空閑而部分處理器過載。*負(fù)載不平衡會(huì)影響并行計(jì)算的效率。*解決方法：動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡、靜態(tài)負(fù)載平衡、工作竊取等。四、計(jì)算題解析思路：利用加速比的定義，結(jié)合題目給出的條件進(jìn)行計(jì)算。*答案要點(diǎn)：*加速比S=T串行/T并行*T并行=T串行/p*S=T串行/(T串行/p)=p五、編程題解析思路：使用MPI庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。*答案要點(diǎn)：*初始化MPI環(huán)境：`MPI_Init`*獲取進(jìn)程rank：`MPI_Comm_rank`*獲取進(jìn)程總數(shù)：`MPI_Comm_size`*進(jìn)程0發(fā)送消息：`MPI_Send`*進(jìn)程1接收消息：`MPI_Recv`*結(jié)束MPI環(huán)境：`MPI_Finalize`六、論述題解析思路：從多個(gè)角度論述并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)。*答案要點(diǎn)：*趨勢：*異構(gòu)計(jì)算：CPU、GPU、FPGA等異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)的融合。*超級計(jì)算：計(jì)算能力的持續(xù)提升。*云計(jì)算：并行計(jì)算資源的云化。*人工智能：并行計(jì)算在人工智能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。