2025年大學(xué)計算機應(yīng)用技術(shù)（計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共40分）答題要求：本卷共8小題，每小題5分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)中，最貼近硬件的是A.微程序機器級B.傳統(tǒng)機器語言機器級C.匯編語言機器級D.高級語言機器級2.指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的是A.提高從內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)的速度B.提高從外存獲取數(shù)據(jù)的速度C.降低操作碼的譯碼難度D.擴大尋址空間并提高編程靈活性3.以下關(guān)于流水線技術(shù)的說法，錯誤的是A.流水線可提高指令執(zhí)行的速度B.流水線存在數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)和資源沖突等問題C.流水線的深度越大，效率越高D.流水線會增加硬件成本4.虛擬存儲器的最大容量A.由計算機的地址結(jié)構(gòu)決定B.由內(nèi)存容量決定C.由硬盤容量決定D.由操作系統(tǒng)決定5.多處理機系統(tǒng)中，提高并行性的主要途徑不包括A.資源重復(fù)B.時間重疊C.資源共享D.數(shù)據(jù)加密6.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，衡量存儲系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)不包括A.存儲容量B.存儲速度C.存儲價格D.存儲帶寬7.指令流水線的加速比是指A.順序執(zhí)行時間與流水線執(zhí)行時間之比B.流水線執(zhí)行時間與順序執(zhí)行時間之比C.流水線執(zhí)行時間與非流水線執(zhí)行時間之比D.非流水線執(zhí)行時間與流水線執(zhí)行時間之比8.以下關(guān)于Cache的說法，正確的是A.Cache容量越大，命中率越高B.Cache速度越快，命中率越高C.主存塊大小與Cache塊大小相等時，命中率最高D.采用全相聯(lián)映射方式的Cache命中率最高第II卷（非選擇題，共60分）9.（10分）簡述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義及研究內(nèi)容。10.（15分）說明指令系統(tǒng)設(shè)計的原則，并舉例說明其中一條原則的應(yīng)用。11.（15分）分析流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題，并說明如何解決。12.（10分）閱讀以下材料：在某計算機系統(tǒng)中，主存容量為16MB，Cache容量為64KB，采用直接映射方式。主存地址為32位，Cache地址為16位。問題：計算主存地址為0x12345678時，對應(yīng)的Cache地址。13.（20分）閱讀以下材料：某多處理機系統(tǒng)采用分布式共享存儲結(jié)構(gòu)，有4個處理機節(jié)點。系統(tǒng)通過高速互連網(wǎng)絡(luò)進行通信。在一次并行計算任務(wù)中，各處理機需要頻繁訪問共享數(shù)據(jù)。問題：（1）分析該系統(tǒng)中可能存在的通信瓶頸問題。（2）提出一種解決通信瓶頸問題的方案，并說明理由。答案：1.A2.D3.C4.A5.D6.C7.A8.C9.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指計算機系統(tǒng)中各個組成部分的相互連接方式、功能分配以及如何對其編程的一種結(jié)構(gòu)。研究內(nèi)容包括計算機系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、運算方法和控制結(jié)構(gòu)、并行處理技術(shù)、輸入輸出系統(tǒng)等方面。10.指令系統(tǒng)設(shè)計原則有完整性、規(guī)整性、高效率、兼容性等。以規(guī)整性為例，指令格式和數(shù)據(jù)格式采用統(tǒng)一的規(guī)則，如指令長度固定、操作碼位數(shù)固定等。這樣便于硬件設(shè)計，提高指令譯碼速度，減少指令譯碼的復(fù)雜性，例如MIPS指令系統(tǒng)就采用了規(guī)整的指令格式，使得處理器的設(shè)計和實現(xiàn)更加高效。11.數(shù)據(jù)相關(guān)問題是指在流水線中，由于指令對操作數(shù)的使用順序不當(dāng)，導(dǎo)致后續(xù)指令需要的操作數(shù)尚未產(chǎn)生。解決方法有：前推技術(shù)，將計算結(jié)果提前送到需要的地方；stall（暫停）技術(shù)，當(dāng)遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時，暫停流水線，直到數(shù)據(jù)可用；編譯器優(yōu)化，通過調(diào)整指令順序來避免數(shù)據(jù)相關(guān)。12.主存地址32位，Cache容量64KB=2^16B，Cache地址16位。主存地址0x12345678，高16位1234作為主存塊號，低16位5678為塊內(nèi)地址。Cache采用直接映射，主存塊號對Cache容量取模，1234%2^16=1234，所以Cache地址為12345678的低16位即5678。13.（1）通信瓶頸問題可能包括：互連網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，導(dǎo)致處理機之間數(shù)據(jù)傳輸速度慢；共享數(shù)據(jù)訪問沖突頻繁，影響通信效率；通信協(xié)議不合理，增加通信延遲。（