2025年超星爾雅學(xué)習(xí)通《多核處理器原理與并行計算應(yīng)用案例》考試備考題庫及答案解析就讀院校：________姓名：________考場號：________考生號：________一、選擇題1.多核處理器的基本架構(gòu)通常包含幾個核心單元？（）A.1個B.2個C.4個D.8個答案：B解析：多核處理器是指在一個處理器中集成多個處理核心，從而實現(xiàn)并行計算。目前主流的多核處理器通常包含2個或4個核心單元，雖然也有8核或更多核心的處理器，但2核是基本的多核架構(gòu)形式。2.并行計算的主要優(yōu)勢是什么？（）A.提高單核處理速度B.降低系統(tǒng)功耗C.實現(xiàn)同時處理多個任務(wù)D.增加內(nèi)存容量答案：C解析：并行計算的核心優(yōu)勢在于能夠同時處理多個任務(wù)或數(shù)據(jù)的多個部分，從而顯著提高計算效率和處理速度。單核處理速度的提升主要依靠提高主頻或采用更先進的單核技術(shù)。降低系統(tǒng)功耗、增加內(nèi)存容量與并行計算沒有直接關(guān)系。3.在多核處理器中，以下哪種技術(shù)用于協(xié)調(diào)不同核心之間的任務(wù)分配？（）A.超線程B.負載均衡C.緩存一致性D.芯片組答案：B解析：負載均衡技術(shù)用于在多個核心之間合理分配任務(wù)，確保每個核心的利用率接近均衡，從而提高整體并行計算的效率。超線程是提高單核利用率的另一種技術(shù)。緩存一致性確保多核訪問共享數(shù)據(jù)的正確性。芯片組是連接處理器與其他硬件的橋梁。4.OpenMP主要用于哪種類型的并行編程？（）A.GPU并行編程B.單核優(yōu)化C.多核CPU并行編程D.嵌入式系統(tǒng)編程答案：C解析：OpenMP（OpenMulti-Processing）是一個基于共享內(nèi)存的多核CPU并行編程的API和庫，它提供了一組簡單的指令來支持多線程編程，允許程序在多核CPU上實現(xiàn)并行計算。5.并行計算中常見的同步機制是什么？（）A.中斷B.信號量C.DMAD.I/O端口答案：B解析：信號量是一種常用的同步機制，用于控制多個進程或線程對共享資源的訪問，防止多個線程同時訪問導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題。中斷用于處理異步事件。DMA（DirectMemoryAccess）用于簡化硬件與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸。I/O端口用于CPU與外設(shè)之間的通信。6.線程與進程的主要區(qū)別是什么？（）A.線程擁有獨立的地址空間B.進程擁有獨立的地址空間C.線程可以共享進程的資源D.進程不可以進行并發(fā)執(zhí)行答案：B解析：進程是資源分配的基本單位，擁有獨立的地址空間；線程是CPU調(diào)度的基本單位，同一進程內(nèi)的多個線程共享進程的地址空間和資源。線程可以共享進程的資源是其重要特性，但不是其與進程的主要區(qū)別。7.并行計算中的數(shù)據(jù)并行與任務(wù)并行有什么不同？（）A.數(shù)據(jù)并行針對單一數(shù)據(jù)集，任務(wù)并行針對多個數(shù)據(jù)集B.數(shù)據(jù)并行通過多個核心處理同一數(shù)據(jù)的不同部分，任務(wù)并行通過多個核心執(zhí)行不同的任務(wù)C.數(shù)據(jù)并行需要復(fù)雜的同步，任務(wù)并行不需要同步D.數(shù)據(jù)并行適用于所有類型的問題，任務(wù)并行不適用于所有類型的問題答案：B解析：數(shù)據(jù)并行是指將同一個大規(guī)模數(shù)據(jù)集分割成多個小部分，由多個處理核心同時處理這些部分；任務(wù)并行是指將多個獨立的任務(wù)分配給不同的處理核心同時執(zhí)行。這是兩種主要的并行計算范式。8.多核處理器中的緩存一致性協(xié)議主要解決什么問題？（）A.數(shù)據(jù)傳輸延遲B.任務(wù)調(diào)度效率C.多核訪問共享數(shù)據(jù)的沖突D.內(nèi)存讀寫速度答案：C解析：緩存一致性協(xié)議用于確保在多核處理器中，多個核心緩存的共享數(shù)據(jù)保持一致，解決因緩存不一致導(dǎo)致的數(shù)據(jù)訪問錯誤問題。9.OpenMP中用于控制并行區(qū)域執(zhí)行級別的指令是？（）A.#pragmaompparallelforB.#pragmaompbarrierC.#pragmaompcriticalD.#pragmaompschedule答案：D解析：#pragmaompschedule指令用于控制并行循環(huán)的執(zhí)行調(diào)度策略，從而影響并行效率。parallelfor用于指定循環(huán)并行執(zhí)行。barrier用于線程同步。critical用于保護代碼塊不被并發(fā)執(zhí)行。10.并行計算中，以下哪種情況會導(dǎo)致線程競爭？（）A.線程獨占使用資源B.線程訪問不同資源C.多個線程訪問同一共享資源D.線程優(yōu)先級設(shè)置不當(dāng)答案：C解析：線程競爭發(fā)生在多個線程同時嘗試訪問同一共享資源時，由于缺乏適當(dāng)?shù)耐綑C制，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或其他并發(fā)問題。線程獨占使用資源、訪問不同資源或優(yōu)先級設(shè)置不當(dāng)都不會導(dǎo)致線程競爭。11.在多核處理器架構(gòu)中，以下哪種技術(shù)允許多個線程在單個物理核心上并發(fā)執(zhí)行？（）A.芯片級多處理B.超線程C.SIMD指令集D.多路徑并行答案：B解析：超線程技術(shù)通過在單個物理核心上模擬多個邏輯核心，使得操作系統(tǒng)能夠?qū)⒍鄠€線程分配給同一個物理核心，讓它們在時間上交錯執(zhí)行，從而提高核心的利用率和系統(tǒng)整體性能。芯片級多處理涉及多個物理核心。SIMD指令集用于并行處理相同類型的數(shù)據(jù)。多路徑并行通常指數(shù)據(jù)并行的一種實現(xiàn)方式。12.OpenMP并行區(qū)域指令#pragmaompparallel通常需要配合哪個指令來指定循環(huán)的并行執(zhí)行？（）A.#pragmaompbarrierB.#pragmaompforC.#pragmaompcriticalD.#pragmaompschedule答案：B解析：在OpenMP中，要實現(xiàn)循環(huán)的并行執(zhí)行，通常需要在循環(huán)前面加上#pragmaompfor指令。這樣，OpenMP運行時會將循環(huán)體分配給多個線程并行執(zhí)行。barrier用于線程同步。critical用于保護代碼塊。schedule用于控制循環(huán)迭代調(diào)度。13.并行計算中的負載均衡問題主要是指？（）A.核心利用率不均B.內(nèi)存訪問沖突C.數(shù)據(jù)傳輸延遲D.編程模型復(fù)雜答案：A解析：負載均衡問題是指在并行計算任務(wù)中，如何合理地將工作分配給各個處理核心，使得每個核心的負載盡可能均勻，避免某些核心過載而其他核心空閑的情況，從而提高整體計算效率和資源利用率。14.多核處理器中，每個核心通常都包含一定大小的緩存，這種緩存的主要作用是？（）A.替代主存B.提高I/O速度C.減少內(nèi)存訪問延遲D.增加系統(tǒng)功耗答案：C解析：緩存（Cache）是位于CPU和主存之間的高速存儲器，用于存儲近期頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令的副本。其主要作用是減少CPU訪問主存的次數(shù)和延遲，提高內(nèi)存訪問速度，從而提升系統(tǒng)性能。15.在并行編程中，使用臨界區(qū)（CriticalSection）的主要目的是？（）A.實現(xiàn)線程間通信B.防止多個線程同時訪問共享資源導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致C.提高線程執(zhí)行速度D.減少線程切換開銷答案：B解析：臨界區(qū)是指一段需要被單個線程獨占執(zhí)行的代碼片段。使用臨界區(qū)的主要目的是通過某種同步機制（如鎖），確保在任意時刻只有一個線程能進入該代碼段，從而防止多個線程并發(fā)訪問共享資源時發(fā)生競態(tài)條件，保證數(shù)據(jù)的一致性。16.任務(wù)并行編程模型通常適用于哪種類型的問題？（）A.數(shù)據(jù)規(guī)模巨大但結(jié)構(gòu)簡單的問題B.需要大量進行同類型計算操作的問題C.包含大量依賴關(guān)系的問題D.可以分解為多個獨立子任務(wù)的問題答案：D解析：任務(wù)并行編程模型的核心思想是將一個大的計算任務(wù)分解為多個相互獨立或依賴性較小的子任務(wù)，然后分配給不同的處理核心（或線程）同時執(zhí)行。這種方法特別適用于可以自然分解為多個獨立子問題的計算密集型應(yīng)用。17.OpenMP中，如何指定并行循環(huán)中迭代調(diào)度的策略？（）A.#pragmaompparallelB.#pragmaompforscheduleC.#pragmaompcriticalD.#pragmaompbarrier答案：B解析：在OpenMP中，使用#pragmaompforschedule子句來指定并行循環(huán)（由#pragmaompparallelfor修飾）中迭代（循環(huán)變量）的調(diào)度策略。這可以控制迭代是如何分配給線程的，例如靜態(tài)分配、動態(tài)分配或引導(dǎo)分配。18.并行計算中，數(shù)據(jù)共享通常會帶來什么問題？（）A.提高計算效率B.降低程序復(fù)雜度C.數(shù)據(jù)競爭D.減少內(nèi)存訪問答案：C解析：在并行計算中，當(dāng)多個線程或核心需要訪問和修改同一塊共享數(shù)據(jù)時，如果缺乏適當(dāng)?shù)耐綑C制，就可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)競爭問題。數(shù)據(jù)競爭是指兩個或多個線程同時訪問同一內(nèi)存位置，并且至少有一個是寫操作，這可能導(dǎo)致程序結(jié)果不可預(yù)測。19.線程的上下文切換是指？（）A.線程創(chuàng)建的過程B.線程銷毀的過程C.操作系統(tǒng)為了調(diào)度線程執(zhí)行而保存當(dāng)前線程狀態(tài)、加載另一個線程狀態(tài)的過程D.線程睡眠的過程答案：C解析：線程上下文切換是指操作系統(tǒng)在多線程環(huán)境下，為了切換當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)（線程），而保存當(dāng)前線程的執(zhí)行狀態(tài)（包括程序計數(shù)器、寄存器值等），并加載另一個線程的執(zhí)行狀態(tài)，使其能夠繼續(xù)執(zhí)行的過程。這個過程涉及到內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的切換，會帶來一定的開銷。20.在多核處理器系統(tǒng)中，以下哪項不是影響并行計算性能的關(guān)鍵因素？（）A.核心數(shù)量B.核心互聯(lián)帶寬C.內(nèi)存延遲D.編譯器優(yōu)化答案：A解析：雖然核心數(shù)量是衡量多核處理器能力的一個指標(biāo)，但它并非唯一或絕對的關(guān)鍵因素。并行計算性能更關(guān)鍵地受到核心間通信帶寬（互聯(lián)拓撲和帶寬）、內(nèi)存系統(tǒng)性能（延遲和帶寬）、內(nèi)存一致性協(xié)議開銷、系統(tǒng)總線帶寬、以及最重要的編程模型、并行算法設(shè)計、線程親和性、任務(wù)調(diào)度策略和編譯器優(yōu)化等多個因素的共同影響。增加核心數(shù)量并不總是能線性提升并行性能，還需要考慮這些其他因素。二、多選題1.多核處理器相比單核處理器的主要優(yōu)勢包括哪些方面？（）A.提高單個任務(wù)的執(zhí)行速度B.增強系統(tǒng)的并行處理能力C.降低單位計算任務(wù)的能耗D.提供更高的內(nèi)存尋址空間E.增加單個核心的時鐘頻率答案：BC解析：多核處理器的核心優(yōu)勢在于能夠同時執(zhí)行多個任務(wù)或并行處理數(shù)據(jù)，從而顯著提升系統(tǒng)的并行處理能力和整體計算效率。相比于單核處理器，多核架構(gòu)在相同功耗下通常能提供更高的性能，即單位計算任務(wù)的能耗可能更低。選項A、D、E描述的特性并非多核處理器相比單核處理器的獨有或主要優(yōu)勢。提高單個任務(wù)的執(zhí)行速度主要依賴于單核性能提升或算法優(yōu)化。增加內(nèi)存尋址空間和時鐘頻率是提升處理器性能的通用手段，不特定于多核架構(gòu)。2.并行計算應(yīng)用中，常見的性能瓶頸可能包括哪些？（）A.核心間通信開銷B.內(nèi)存訪問延遲和帶寬限制C.數(shù)據(jù)共享與同步開銷D.線程創(chuàng)建與管理開銷E.單核計算能力不足答案：ABCD解析：在并行計算中，盡管目標(biāo)是利用多核提升性能，但也會引入新的開銷和瓶頸。核心間通信需要時間和帶寬，大規(guī)模并行時開銷巨大（A）。所有計算核心都需要訪問主存，內(nèi)存延遲和帶寬成為共享資源，成為性能瓶頸（B）。在并行處理共享數(shù)據(jù)時，需要復(fù)雜的同步機制，保護數(shù)據(jù)一致性會帶來顯著的開銷（C）。頻繁地創(chuàng)建、銷毀和管理線程本身也有一定的計算和內(nèi)存開銷（D）。如果單個任務(wù)本身難以分解或單核計算復(fù)雜度很高，即使使用多核，整體性能提升也可能受限（E），但這通常不是并行計算模型內(nèi)部引入的瓶頸，而是任務(wù)本身的特性。3.OpenMP提供哪些類型的指令來支持并行編程？（）A.用于線程同步的指令B.用于控制并行區(qū)域執(zhí)行的指令C.用于指定循環(huán)執(zhí)行調(diào)度的指令D.用于分配共享內(nèi)存的指令E.用于設(shè)置線程親和性的指令答案：ABCE解析：OpenMP通過一系列編譯器指令來支持并行編程。用于線程同步的指令如barrier、critical、flush、atomic（部分實現(xiàn)）等（A）?？刂撇⑿袇^(qū)域執(zhí)行的指令如#pragmaompparallel、#pragmaompparallelfor等（B）。指定循環(huán)執(zhí)行調(diào)度的指令如#pragmaompforschedule（C）。分配共享內(nèi)存通常由系統(tǒng)或編譯器管理，OpenMP不直接提供此類分配指令。設(shè)置線程親和性（控制線程與核心的綁定關(guān)系）的指令如#pragmaompthreadprivate、#pragmaompbind等（E）。4.并行計算中的數(shù)據(jù)并行編程通常具有哪些特點？（）A.任務(wù)之間通常有依賴關(guān)系B.可以將問題分解為多個獨立的子任務(wù)C.需要大量的同步操作D.主要利用共享內(nèi)存進行通信E.數(shù)據(jù)規(guī)模通常很大答案：BE解析：數(shù)據(jù)并行編程的核心思想是將一個大規(guī)模的數(shù)據(jù)集分割成多個小塊，每個處理核心（或線程）并行處理數(shù)據(jù)的不同部分。這種模型通常將問題分解為多個可以獨立執(zhí)行的子任務(wù)（B），特別適用于數(shù)據(jù)規(guī)模巨大但計算操作相對簡單的場景（E）。任務(wù)之間通常依賴性小或無依賴。由于每個核心處理的是數(shù)據(jù)的獨立部分，因此數(shù)據(jù)并行通常不需要復(fù)雜的同步操作（C），而是更多地利用網(wǎng)絡(luò)或高速互聯(lián)（如共享內(nèi)存，但共享的是數(shù)據(jù)副本而非地址）進行數(shù)據(jù)分發(fā)和結(jié)果收集。選項A和C描述的是任務(wù)并行或共享內(nèi)存編程的特點。5.多核處理器中的緩存一致性協(xié)議需要解決哪些核心問題？（）A.確保所有核心看到的數(shù)據(jù)版本一致B.最小化緩存缺失帶來的性能損失C.避免由于緩存不一致導(dǎo)致的死鎖D.簡化編程模型的設(shè)計復(fù)雜度E.優(yōu)化核心的利用率和系統(tǒng)性能答案：ABC解析：緩存一致性協(xié)議的主要目的是解決多核處理器中因每個核心擁有自己的私有緩存而導(dǎo)致的共享數(shù)據(jù)不一致問題。它需要確保當(dāng)一個核心修改了共享數(shù)據(jù)時，其他核心的緩存副本能夠得到更新或失效，從而保證所有核心看到的數(shù)據(jù)版本是一致的（A）。協(xié)議的設(shè)計也需要考慮如何最小化因緩存失效（緩存未命中）帶來的性能損失（B）。不當(dāng)?shù)膮f(xié)議設(shè)計或?qū)崿F(xiàn)可能引入死鎖風(fēng)險，協(xié)議需要避免這種情況（C）。緩存一致性協(xié)議本身增加了硬件設(shè)計的復(fù)雜度，而不是簡化編程模型（D），其目標(biāo)是優(yōu)化系統(tǒng)性能（E），但復(fù)雜性是達成目標(biāo)的一部分。6.OpenMP并行編程中，哪些指令或特性與線程同步相關(guān)？（）A.#pragmaompparallelB.#pragmaompcriticalC.#pragmaompbarrierD.#pragmaomplockE.#pragmaompatomic答案：BCE解析：OpenMP提供了多種用于線程同步的指令。#pragmaompcritical用于定義一個代碼塊，確保同一時間只有一個線程能執(zhí)行該塊內(nèi)的代碼，常用于保護共享變量的更新（B）。#pragmaompbarrier用于顯式地同步所有參與并行區(qū)域的線程，確保它們都在屏障處等待，直到所有線程都到達才繼續(xù)執(zhí)行（C）。#pragmaompatomic用于保證單個內(nèi)存操作（讀-改-寫序列）的原子性，常用于無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的并發(fā)編程（E）。#pragmaompparallel是啟動并行區(qū)域的關(guān)鍵指令，它本身不提供同步功能，但可以配合其他同步指令使用。#pragmaomplock不是OpenMP的標(biāo)準(zhǔn)同步指令，雖然有些編譯器可能支持，但標(biāo)準(zhǔn)中用的是critical和atomic。7.在多核處理器系統(tǒng)中，影響并行計算性能的因素有哪些？（）A.核心數(shù)量B.核心互聯(lián)帶寬C.內(nèi)存延遲和帶寬D.緩存大小和一致性協(xié)議開銷E.編譯器并行代碼生成質(zhì)量答案：ABCDE解析：多核處理器的并行計算性能受到多種因素的綜合影響。核心數(shù)量（A）是基礎(chǔ)，但并非決定性因素。核心之間的互聯(lián)帶寬（B）決定了數(shù)據(jù)傳輸效率，是大規(guī)模并行計算的關(guān)鍵瓶頸。內(nèi)存系統(tǒng)的性能，包括延遲（C）和帶寬，直接影響核心獲取數(shù)據(jù)的能力。緩存的大小和緩存一致性協(xié)議的開銷（D）也顯著影響性能，較大的緩存和高效的協(xié)議可以提升性能，但協(xié)議本身也有成本。編譯器如何將串行或并行代碼轉(zhuǎn)換成優(yōu)化的、適合硬件執(zhí)行的低級指令（E），對最終性能有直接影響。所有這些因素都共同決定了并行程序的實際表現(xiàn)。8.OpenMP并行區(qū)域指令#pragmaompparallel可以配合哪些指令來指定循環(huán)的執(zhí)行方式？（）A.#pragmaompforB.#pragmaompscheduleC.#pragmaompsingleD.#pragmaompmasterE.#pragmaompcritical答案：ABD解析：在使用#pragmaompparallel指令啟動并行區(qū)域后，可以通過其他指令來進一步控制循環(huán)的執(zhí)行。#pragmaompfor指令用于指定區(qū)域內(nèi)的for循環(huán)應(yīng)該被并行執(zhí)行（A）。#pragmaompschedule指令用于指定for循環(huán)迭代（循環(huán)變量）的調(diào)度策略，即如何將迭代分配給并行線程（B）。#pragmaompmaster指令用于指定一個代碼塊，該塊只能由一個線程（主線程）執(zhí)行（D）。#pragmaompsingle指令用于指定一個代碼塊，該塊只能由一個線程執(zhí)行，且所有線程都需要等待該塊執(zhí)行完成（C）。#pragmaompcritical用于定義需要互斥執(zhí)行的代碼塊（E）。因此，A、B、D是與#pragmaompparallel配合指定循環(huán)執(zhí)行方式的指令。9.多核處理器架構(gòu)有哪些類型？（）A.單芯片多核（ChipMultiprocessor,CMP）B.多芯片多核（Multi-ChipMultiprocessor,MCM）C.共享內(nèi)存架構(gòu)D.分布式共享內(nèi)存架構(gòu)E.對稱多處理（SymmetricMultiprocessing,SMP）答案：ABCDE解析：多核處理器架構(gòu)可以根據(jù)核心的集成方式和內(nèi)存架構(gòu)進行分類。單芯片多核（CMP）是將多個核心集成在同一個芯片上的架構(gòu)（A）。多芯片多核（MCM）是將多個包含核心的芯片通過互連網(wǎng)絡(luò)連接起來的架構(gòu)（B）。共享內(nèi)存架構(gòu)（C）是指所有核心共享同一塊主內(nèi)存，并通過一致性協(xié)議保證數(shù)據(jù)一致性的架構(gòu)，常與CMP結(jié)合。分布式共享內(nèi)存架構(gòu)（D）是指內(nèi)存分布在多個節(jié)點上，核心通過消息傳遞或共享目錄等方式訪問遠程內(nèi)存的架構(gòu)，常與MCM結(jié)合。對稱多處理（SMP）是一種系統(tǒng)架構(gòu)，其中多個處理核心（可以是單核或多核CPU）共享相同的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源，并由一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理（E）。這些分類方式可以交叉，例如一個SMP系統(tǒng)可以由CMP節(jié)點組成，也可以由MCM節(jié)點組成。因此，所有選項都是描述多核處理器相關(guān)概念的正確分類。10.并行編程模型有哪些常見類型？（）A.數(shù)據(jù)并行B.任務(wù)并行C.基于共享內(nèi)存的編程模型D.基于消息傳遞的編程模型E.單線程編程模型答案：ABCD解析：并行編程模型主要分為兩大類：數(shù)據(jù)并行和任務(wù)并行（A,B）。此外，根據(jù)內(nèi)存訪問共享方式的不同，還可以分為基于共享內(nèi)存的編程模型（C），如OpenMP、C++11標(biāo)準(zhǔn)庫中的thread、mutex等，以及基于消息傳遞的編程模型（D），如MPI（MessagePassingInterface）。單線程編程模型（E）不屬于并行編程模型。11.并行計算中，以下哪些是常見的同步機制？（）A.信號量B.互斥鎖C.條件變量D.信號量集E.原子操作答案：ABCE解析：在并行編程中，為了協(xié)調(diào)多個線程或核心的執(zhí)行，避免數(shù)據(jù)競爭和確保程序邏輯正確，需要使用同步機制。信號量（A）是一種經(jīng)典的同步工具，可以用于控制多個線程對共享資源的訪問數(shù)量。互斥鎖（Mutex,B）是一種用于確保同一時間只有一個線程能進入臨界區(qū)的同步原語。條件變量（C）通常與互斥鎖配合使用，允許線程等待某個條件成立。原子操作（AtomicOperations,E），如讀-改-寫序列的原子性保證，是解決某些并發(fā)問題的有效手段，特別是在無鎖編程中。信號量集（SemaphoreSet,D）是信號量的一種擴展，提供了更復(fù)雜的同步能力，但不是最基礎(chǔ)或最常用的同步機制。12.OpenMP編程模型有哪些主要特點？（）A.基于共享內(nèi)存的并行編程模型B.支持多種并行區(qū)域指令C.提供簡單的API進行并行編程D.主要用于GPU并行計算E.依賴于特定的操作系統(tǒng)內(nèi)核答案：ABC解析：OpenMP是一個支持多核CPU并行編程的API和庫。其主要特點包括：它是一個基于共享內(nèi)存的并行編程模型（A），主要適用于多核CPU系統(tǒng)。它提供了豐富的并行區(qū)域指令，如parallel、for、sections、barrier等，用于控制并行執(zhí)行（B）。OpenMP的設(shè)計目標(biāo)是簡化并行編程，通過編譯器指令的方式，讓串行代碼能夠相對容易地轉(zhuǎn)換為并行代碼（C）。OpenMP不主要用于GPU并行計算，那是CUDA、OpenCL等技術(shù)領(lǐng)域（D）。OpenMP的運行不依賴于特定的操作系統(tǒng)內(nèi)核，它通過編譯器插樁和運行時庫與操作系統(tǒng)協(xié)作（E）。13.多核處理器中的緩存層次結(jié)構(gòu)通常包含哪些級別？（）A.指令緩存（I-Cache）B.數(shù)據(jù)緩存（D-Cache）C.超標(biāo)量緩存D.共享緩存E.主存（RAM）答案：ABDE解析：為了提高內(nèi)存訪問速度，現(xiàn)代多核處理器通常采用多級緩存層次結(jié)構(gòu)。從近到遠（速度從快到慢，容量從小到大），通常包括：指令緩存（I-Cache,A），用于存儲近期要執(zhí)行的指令；數(shù)據(jù)緩存（D-Cache,B），用于存儲近期要訪問的數(shù)據(jù)；共享緩存（SharedCache/LastLevelCache,LLC,D），通常是最后一級緩存，被所有核心共享，用于提高核心間數(shù)據(jù)共享的效率；最后是主存（RAM,E），容量最大但速度最慢。超標(biāo)量緩存（SuperscalarCache,C）描述的是一種緩存設(shè)計技術(shù)或處理器設(shè)計風(fēng)格，不是緩存層次結(jié)構(gòu)中的一個標(biāo)準(zhǔn)級別。14.并行計算中的任務(wù)調(diào)度策略有哪些類型？（）A.靜態(tài)調(diào)度B.動態(tài)調(diào)度C.引導(dǎo)調(diào)度D.輪轉(zhuǎn)調(diào)度E.鏈?zhǔn)秸{(diào)度答案：ABC解析：在并行計算中，任務(wù)（或數(shù)據(jù)塊）需要被分配給可用的處理核心。任務(wù)調(diào)度策略決定了這種分配方式。靜態(tài)調(diào)度（StaticScheduling,A）在任務(wù)開始前就預(yù)先將所有任務(wù)分配給核心。動態(tài)調(diào)度（DynamicScheduling,B）在任務(wù)執(zhí)行過程中根據(jù)核心的負載情況實時分配任務(wù)。引導(dǎo)調(diào)度（GuidedScheduling,C）結(jié)合了靜態(tài)和動態(tài)調(diào)度的特點，預(yù)先為每個任務(wù)分配一個核心，但允許任務(wù)在執(zhí)行過程中遷移到負載更輕的核心上。輪轉(zhuǎn)調(diào)度（Round-RobinScheduling,D）通常用于時間片輪轉(zhuǎn)的進程調(diào)度，不常作為并行計算中的任務(wù)分配策略。鏈?zhǔn)秸{(diào)度（ChainScheduling）不是一個標(biāo)準(zhǔn)的并行計算任務(wù)調(diào)度術(shù)語（E）。15.OpenMP中，哪些指令用于控制并行循環(huán)的迭代分配方式？（）A.#pragmaompforB.#pragmaompfornowaitC.#pragmaompforscheduleD.#pragmaompsingleE.#pragmaompcritical答案：C解析：在OpenMP中，要控制并行循環(huán)（由#pragmaompparallelfor修飾的for循環(huán)）中迭代（循環(huán)變量）的分配方式，即如何將循環(huán)的每次迭代分配給哪個線程執(zhí)行，需要使用#pragmaompforschedule指令（C）。schedule子句后面的參數(shù)（如static、dynamic、guided）指定了具體的調(diào)度策略。#pragmaompfor（A）是啟動循環(huán)并行執(zhí)行的基礎(chǔ)指令，但不指定具體分配方式。#pragmaompfornowait（B）表示不使用等待機制，即線程在進入循環(huán)后不等待其他線程，但這本身不控制迭代分配。#pragmaompsingle（D）用于指定一個代碼塊只能由一個線程執(zhí)行。#pragmaompcritical（E）用于定義一個互斥代碼塊，保護共享數(shù)據(jù)，與循環(huán)迭代分配無關(guān)。16.多核處理器系統(tǒng)中，內(nèi)存一致性協(xié)議的作用是什么？（）A.保證所有核心的緩存數(shù)據(jù)保持一致B.最小化緩存缺失率C.避免死鎖D.提高內(nèi)存訪問速度E.簡化并行程序編寫答案：A解析：內(nèi)存一致性協(xié)議（MemoryConsistencyProtocol）是存在于多核處理器（特別是共享內(nèi)存多核處理器）中的一種機制，其核心作用是確保當(dāng)一個核心修改了共享內(nèi)存數(shù)據(jù)時，其他核心能夠觀察到這一修改，從而保證所有核心看到的共享數(shù)據(jù)視圖是一致的（A）。選項B、D描述的是內(nèi)存系統(tǒng)性能指標(biāo)或提升內(nèi)存性能的技術(shù)目標(biāo)，而非一致性協(xié)議本身的作用。一致性協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)是保證數(shù)據(jù)一致性，雖然可能帶來一定的性能開銷，但不是避免死鎖（C）的主要手段，死鎖通常與鎖的使用和資源分配有關(guān)。一致性協(xié)議的存在增加了硬件復(fù)雜度，對于程序員來說是透明的，其目的是簡化硬件對并發(fā)程序的支持，而不是簡化程序編寫（E）。17.OpenMP并行區(qū)域指令#pragmaompparallel可以與哪些指令配合使用來指定循環(huán)的執(zhí)行？（）A.#pragmaompforB.#pragmaompsingleC.#pragmaompmasterD.#pragmaompforscheduleE.#pragmaompcritical答案：ACD解析：在使用#pragmaompparallel指令定義一個并行區(qū)域后，可以通過其他OpenMP指令來進一步控制該區(qū)域內(nèi)循環(huán)的執(zhí)行。#pragmaompfor（A）用于指定區(qū)域內(nèi)的for循環(huán)應(yīng)該被并行執(zhí)行。#pragmaompmaster（C）用于指定一個代碼塊，該塊只能由一個線程（主線程）執(zhí)行。#pragmaompforschedule（D）用于指定for循環(huán)迭代（由#pragmaompfor指定）的調(diào)度策略。#pragmaompsingle（B）用于指定一個代碼塊只能由一個線程執(zhí)行。#pragmaompcritical（E）用于定義需要互斥執(zhí)行的代碼塊。因此，A、C、D是與#pragmaompparallel配合指定循環(huán)執(zhí)行方式的指令。18.并行計算應(yīng)用中，哪些是常見的性能優(yōu)化策略？（）A.減少線程同步開銷B.提高數(shù)據(jù)局部性C.優(yōu)化內(nèi)存訪問模式D.使用更高效的并行算法E.增加核心數(shù)量答案：ABCD解析：為了提升并行計算應(yīng)用的性能，可以采取多種優(yōu)化策略。減少線程同步開銷（A）是關(guān)鍵，因為頻繁的同步會降低并行效率。提高數(shù)據(jù)局部性（B），例如通過數(shù)據(jù)重用、合理的數(shù)組布局，可以減少緩存缺失和內(nèi)存訪問延遲。優(yōu)化內(nèi)存訪問模式（C），如使用連續(xù)內(nèi)存分配、避免偽共享（FalseSharing）等，能顯著提升性能。選擇或設(shè)計更高效的并行算法（D）本身就能提升性能。增加核心數(shù)量（E）有時能提升性能，但并非總是有效，且可能加劇通信和同步開銷，并非一種普適的優(yōu)化策略，更準(zhǔn)確的說是系統(tǒng)資源。19.OpenMP提供了哪些指令來控制線程的執(zhí)行行為？（）A.#pragmaompparallelB.#pragmaompthreadprivateC.#pragmaompbindD.#pragmaompscheduleE.#pragmaompsingle答案：BCE解析：OpenMP提供了幾種用于控制線程執(zhí)行行為的指令。#pragmaompthreadprivate（B）用于指定一個變量在每個線程中都有自己獨立的副本，不與其他線程共享。#pragmaompbind（C）用于指定線程與處理核心之間的綁定關(guān)系（如CPU或核心）。#pragmaompsingle（E）用于指定一個代碼塊只能由一個線程執(zhí)行。#pragmaompparallel（A）是啟動并行區(qū)域的基礎(chǔ)指令，不直接控制單個線程的行為。#pragmaompschedule（D）用于控制并行循環(huán)迭代（由#pragmaompfor指定）的調(diào)度策略，影響迭代分配，但不直接控制線程的綁定或執(zhí)行模式。20.在多核處理器系統(tǒng)中，以下哪些因素會影響并行計算的通信開銷？（）A.核心間的互聯(lián)帶寬B.核心間的距離（拓撲結(jié)構(gòu)）C.共享內(nèi)存的帶寬D.緩存一致性協(xié)議的復(fù)雜度E.程序中線程間的同步點數(shù)量答案：ABCE解析：在并行計算中，特別是任務(wù)并行和數(shù)據(jù)并行中，處理核心之間需要交換數(shù)據(jù)，這構(gòu)成了通信開銷。影響通信開銷的因素包括：核心間的互聯(lián)帶寬（A），帶寬越高，單位時間內(nèi)能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，開銷越小。核心間的物理或邏輯距離（拓撲結(jié)構(gòu),B），距離越遠（例如MCM架構(gòu)中芯片間通信），延遲通常越高，開銷越大。共享內(nèi)存系統(tǒng)的帶寬（C）直接影響核心通過共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換的效率。程序中線程間的同步點數(shù)量（E），每個同步點可能伴隨著數(shù)據(jù)交換或狀態(tài)更新，同步點越多，潛在的通信開銷越大。緩存一致性協(xié)議的復(fù)雜度（D）雖然影響緩存性能和一致性維護的開銷，但其主要影響的是內(nèi)存訪問延遲和數(shù)據(jù)一致性問題，而不是核心間顯式的數(shù)據(jù)傳輸（通信）開銷。三、判斷題1.并行計算就是同時計算，多核處理器是實現(xiàn)并行計算的唯一途徑。（）答案：錯誤解析：并行計算是指將任務(wù)分解為多個子任務(wù)，由多個處理單元同時執(zhí)行，以提高計算效率。同時計算是并行計算的一個特征，但并非全部。實現(xiàn)并行計算的方式有多種，除了硬件層面的多核處理器，還有通過消息傳遞接口（MPI）等軟件方式連接的多個獨立計算機組成的集群系統(tǒng)。因此，多核處理器是實現(xiàn)并行計算的重要途徑之一，但不是唯一途徑。2.OpenMP主要用于GPU并行編程。（）答案：錯誤解析：OpenMP（OpenMulti-Processing）是一個支持多核CPU并行編程的API和庫，它主要通過編譯器指令的方式簡化共享內(nèi)存系統(tǒng)的并行編程。OpenMP不適用于GPU并行編程。GPU并行編程通常使用CUDA（NVIDIA）或OpenCL等平臺和編程模型。3.多核處理器中的每個核心都必須擁有獨立的緩存。（）答案：錯誤解析：雖然許多多核處理器設(shè)計包含每個核心擁有自己私有緩存的架構(gòu)（PrivateCache），但這并非強制要求。也存在共享緩存架構(gòu)，其中多個核心共享一個或多個較大的緩存（SharedCache），例如最后一級緩存（LLC）。此外，還有一些處理器可能采用混合架構(gòu)，結(jié)合私有緩存和共享緩存。因此，并非每個核心都必須擁有獨立緩存。4.數(shù)據(jù)并行編程適用于具有高度依賴關(guān)系的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。（）答案：錯誤解析：數(shù)據(jù)并行編程的核心思想是將數(shù)據(jù)集分割，讓多個處理單元并行處理數(shù)據(jù)的各個部分。它特別適用于那些數(shù)據(jù)操作可以獨立進行、數(shù)據(jù)之間依賴性小的任務(wù)。如果數(shù)據(jù)處理任務(wù)中存在高度的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，那么數(shù)據(jù)并行可能難以直接應(yīng)用或效率低下，更適合任務(wù)并行。5.OpenMP的并行區(qū)域指令#pragmaompparallel必須與#pragmaompfor指令一起使用才能實現(xiàn)循環(huán)并行。（）答案：錯誤解析：#pragmaompparallel指令用于啟動一個并行區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的代碼可以由多個線程執(zhí)行。#pragmaompfor指令是專門用于指定for循環(huán)應(yīng)該被并行執(zhí)行的。雖然#pragmaompparallelfor是啟動循環(huán)并行的一種常用方式，但并行區(qū)域也可以包含其他并行指令，如#pragmaompsections等，用于并行化代碼塊而非特定循環(huán)。因此，parallel指令不必須與for指令一起使用才能實現(xiàn)并行。6.緩存一致性協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)是完全消除緩存缺失。（）答案：錯誤解析：緩存一致性協(xié)議的主要目標(biāo)是確保所有核心在訪問共享數(shù)據(jù)時能看到一致的數(shù)據(jù)視圖，解決數(shù)據(jù)競爭問題。緩存缺失（CacheMiss）是不可避免的，因為核心的私有緩存容量有限，無法存儲所有共享數(shù)據(jù)。協(xié)議的設(shè)計是在保證數(shù)據(jù)一致性的前提下，盡可能減少因緩存失效（CacheInvalidation）和同步而帶來的性能開銷，而不是完全消除緩存缺失。7.在基于消息傳遞的并行編程模型中，進程之間通過共享內(nèi)存進行通信。（）答案：錯誤解析：基于消息傳遞的并行編程模