計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(09Q計(jì)算機(jī)專升本)模擬題答案

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（專升本）模擬題答案一、單選 1. 對匯編語言程序員透明的是（a ）。a.cache內(nèi)容的存取 b.浮點(diǎn)運(yùn)算 c.程序性中斷 d.存取操作數(shù) 2. 通常計(jì)算機(jī)中采用浮點(diǎn)數(shù)來表示數(shù)學(xué)中的實(shí)數(shù)，如果浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值取大，下列說法中不正確的是（c ）。a.擴(kuò)大浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍 b.增加可表示數(shù)的個(gè)數(shù) c.增加數(shù)據(jù)的表示精度 d.提高運(yùn)算速度 3. risc計(jì)算機(jī)中采用重疊寄存器窗口的作用是（b ）。a.減少運(yùn)算過程中對內(nèi)存儲器的訪問b.減少過程切換時(shí)參數(shù)保存和傳遞所花費(fèi)的時(shí)間c.減少對內(nèi)存容量的要求d.加快運(yùn)算器的運(yùn)算速度4. 非線性流水線的特征是（b ）。a.一次運(yùn)算中使用流水線中的多

2、個(gè)功能段b.一次運(yùn)算中要多次使用流水線中的某些功能段c.流水線中某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同d.流水線的各功能段在不同運(yùn)算中可以有不同的連接5. cray-1的兩條向量指令：；屬于（ b ）。a.沒有功能部件沖突和源vi沖突，可以并行b.沒有功能部件沖突和源vi沖突，可以鏈接c.沒有源vi沖突，可以交換執(zhí)行順序d.有向量vi沖突，只能串行6. 流水機(jī)器對全局性相關(guān)的處理不包括（d ）。a.猜測法 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)專用通道 7. 系列機(jī)軟件應(yīng)做到（ b）。a.向前兼容，并向上兼容 b.向后兼容，力爭向上兼容 c.向前兼容，并向下兼容 d.向后兼容，力

3、爭向下兼容 8. 以提高存儲容量為目的的存儲器是（b）。a.cache存儲器 b.虛擬存儲器 c.并行訪問存儲器 d.交叉訪問存儲器 9. risc執(zhí)行程序的速度比cisc要快的關(guān)鍵原因是（ c）。a.risc的指令系統(tǒng)的指令數(shù)較少b.程序在risc上編譯生成的目標(biāo)程序較短c.risc的指令平均周期數(shù)較少d.risc只允許load指令和store指令訪存10. 對于機(jī)器語言程序員而言，以下（c ）是透明的。a.通用寄存器 b.程序性中斷 c.cache數(shù)據(jù)的存取 d.主存儲器 11. 利用時(shí)間交叉概念實(shí)現(xiàn)并行處理的是（a ）。a.流水處理機(jī) b.多處理機(jī) c.陣列處理機(jī) d.機(jī)群系統(tǒng) 12.

4、在推出系列機(jī)的新機(jī)器時(shí)，不能更改的是（ a）。a.原有指令的尋址方式和操作碼b.系統(tǒng)總線的組成c.數(shù)據(jù)通路寬度d.存儲芯片的集成度13. 下面關(guān)于流水線的說法中不正確的是（ a）。a在流水線中處理的必須是連續(xù)的任務(wù)b流水線實(shí)際上是將一個(gè)大的功能部件分解成多個(gè)獨(dú)立的功能部件，并依靠多個(gè)功能部件并行工作來縮短程序的執(zhí)行時(shí)間c流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡量相等，否則將引起“堵塞”、“斷流”等現(xiàn)象d流水線需要有“裝入時(shí)間”和“排空時(shí)間”14. 下面對huffman編碼的說法中，正確的是（ a）。a.編碼結(jié)果不唯一，但結(jié)果的平均碼長唯一。b.編碼結(jié)果唯一，但結(jié)果的平均碼長不唯一。c.編碼結(jié)果和結(jié)果的平均碼長都

5、不唯一。d.編碼結(jié)果和結(jié)果的平均碼長都唯一。15. 高速緩存的地址映像與變換方法中最常用的是（ c）。a.全相聯(lián) b.直接相聯(lián) c.組相聯(lián) d.組相聯(lián)和全相聯(lián) 16. 向量計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)有（ a）。a.寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)和存儲器-存儲器結(jié)構(gòu)b.cache-主存-外存模式c.橫向和縱向鏈接模式d.橫向、縱向和分組模式17. 下述4種編碼中，不是2-4擴(kuò)展碼的是（d ）。a.12 b.28 c.34 d.4/8 18. 如下圖所示一條單功能流水線，圖中標(biāo)明了各功能所需的時(shí)間，這條流水線的最大吞吐率應(yīng)為（ b ）。 a.b.c.d.19. 按照flynn分類法可以將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為四類，他們是（

6、a ）。a.單指令流單數(shù)據(jù)流、單指令流多數(shù)據(jù)流、多指令流單數(shù)據(jù)流、多指令流多數(shù)據(jù)流b.字串位串、字并位串、字串位并、字并位并c.科學(xué)計(jì)算、事務(wù)處理、實(shí)時(shí)控制、家用d.單處理機(jī)、多處理機(jī)、標(biāo)量處理機(jī)、向量處理機(jī)20. 以下說法不正確的是（ d）。a.線性流水線是單功能流水線b.動(dòng)態(tài)流水線是多功能流水線c.靜態(tài)流水線是多功能流水線d.動(dòng)態(tài)流水線只能是單功能流水線21. 在順序流動(dòng)的指令流水線中，最可能發(fā)生的相關(guān)是（b ）。a.同一條指令的讀操作與寫操作之間的先寫后讀相關(guān)b.先流入的指令的寫操作與后流入的指令的讀操作之間的先寫后讀相關(guān)c.后流入的指令的寫操作與先流入的指令的讀操作之間的先讀后寫相關(guān)d

7、.兩條指令的寫操作之間的寫寫相關(guān)22. 虛擬存儲器常用的地址映像是（ a）。a.全相聯(lián)映像 b.組相聯(lián)映像 c.直接映像 d.全相聯(lián)、組相聯(lián)和直接映像 23. 與全相聯(lián)映像相比，組相聯(lián)映像的優(yōu)點(diǎn)是（a ）。a.目錄表小 b.塊沖突概率低 c.命中率高 d.主存利用率高 24. 衡量機(jī)器性能的唯一固定而且可靠的標(biāo)準(zhǔn)是（ d）。a.mips b.mflops c.基準(zhǔn)測試 d.真正執(zhí)行程序的時(shí)間 25. “數(shù)據(jù)表示”的含義是（d ）。a.表示數(shù)據(jù)所采用的數(shù)制和碼制b.數(shù)據(jù)類型c.浮點(diǎn)數(shù)的表示方式d.硬件能直接識別的數(shù)據(jù)類型26. risc計(jì)算機(jī)中寄存器堆的作用是（ a）。a.減少運(yùn)算過程中對內(nèi)存儲

8、器的訪問b.減少過程切換時(shí)參數(shù)保存和傳遞所花費(fèi)的時(shí)間c.減少對內(nèi)存容量的要求d.加快運(yùn)算器的運(yùn)算速度27. 對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，以下（ c）是透明的。a.指令系統(tǒng) b.中斷響應(yīng) c.大規(guī)模集成電路 d.虛擬存儲系統(tǒng) 28. 在順序流動(dòng)和異步流動(dòng)流水線都可能出現(xiàn)的數(shù)相關(guān)是（a ）。a.“先寫后讀”數(shù)相關(guān) b.“先讀后寫”數(shù)相關(guān) c.“寫寫”數(shù)相關(guān) d.“讀讀”數(shù)相關(guān) 29. 作為存儲系統(tǒng)的主要性能參數(shù)是（ a）。a.存取時(shí)間、存儲器容量、每字節(jié)成本b.存取時(shí)間、存儲器容量、傳輸單位c.傳輸單位、傳輸帶寬、存取時(shí)間d.系統(tǒng)層次、傳輸帶寬、每字節(jié)成本30. 用于評價(jià)向量流水線建立時(shí)間對向量處理機(jī)

9、性能影響的參數(shù)是（b ）。a.最大性能值 b.半性能向量長度 c.向量長度臨界值 d.向量指令處理時(shí)間 二 填空 1. 在多級立方體互連網(wǎng)絡(luò)中，如果開關(guān)模塊采用級控制方式，則該網(wǎng)絡(luò)稱為交換網(wǎng)絡(luò)；如果開關(guān)模塊采用部分級控制方式，則該網(wǎng)絡(luò)稱為_移數(shù)_網(wǎng)絡(luò)；如果開關(guān)模塊采用單元控制方式，則該網(wǎng)絡(luò)稱為_間接二進(jìn)制n方體_網(wǎng)絡(luò)。2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是進(jìn)行軟、硬件功能分配，確定傳統(tǒng)機(jī)器級的軟、硬件界面；計(jì)算機(jī)組成指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 邏輯實(shí)現(xiàn) ；計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)則指的是計(jì)算機(jī)組成的 物理實(shí)現(xiàn) 。3. 一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)能夠同時(shí)發(fā)射多條指令的處理機(jī)稱為 超標(biāo)量處理機(jī) ，一個(gè)周期內(nèi)能夠分時(shí)發(fā)射多條指令的處理

10、機(jī)稱為 超流水線處理機(jī) 。4. 在向量處理機(jī)的性能參數(shù)中， 最大性能 常用于評價(jià)峰值性能，而 半性能向量長度 用于評價(jià)向量流水線建立時(shí)間對性能的影響。5. 我們將問題中具有可以同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算或操作的特性，稱為并行性，并行性包括兩重含義： 同時(shí)性 和 并發(fā)性 。6. 假設(shè)一條指令的解釋分為取指、分析和執(zhí)行3步，每步的執(zhí)行時(shí)間均為2，如果順序執(zhí)行100條指令，所花費(fèi)的時(shí)間為 600 ；如果僅“執(zhí)行k”與“取指k+1”重疊，執(zhí)行100條指令所花費(fèi)的時(shí)間為 402 。7. cache存儲系統(tǒng)的主要目的是 提高存儲訪問速度 ，虛擬存儲系統(tǒng)的主要目的是 提高存儲容量 。8. risc的含義是 精簡指令系統(tǒng)計(jì)

11、算機(jī) ，cisc的含義是 復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 。9. 一個(gè)向量流水運(yùn)算的結(jié)果寄存器正好是下一個(gè)向量流水運(yùn)算源寄存器，這種向量運(yùn)算采用的技術(shù)是 鏈接技術(shù) ；而一個(gè)向量流水運(yùn)算的源寄存器同時(shí)又是它的結(jié)果寄存器，這種向量運(yùn)算采用的技術(shù)是 向量遞歸技術(shù) 。10. 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，能夠使用的數(shù)據(jù)類型很多，我們將由計(jì)算機(jī)硬件直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型稱為 數(shù)據(jù)表示 ，將由計(jì)算機(jī)軟件才能識別和引用的數(shù)據(jù)類型稱為 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 。11. 組相聯(lián)方式中，主存的組到cache的組之間采用 直接相聯(lián) 映象方式，而兩個(gè)對應(yīng)組內(nèi)部的塊采用 全相聯(lián) 映象方式。12. 網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)n和輸入端數(shù)n的關(guān)系式是 n=log2n 輸入端及

12、級間都采用 均勻洗牌 連接。13. 引入數(shù)據(jù)表示的兩條基本原則是：一要看系統(tǒng)的效率有否提高；二要看數(shù)據(jù)表示的_通用_性和_利用_率是否高。14. 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的主要技術(shù)途徑有：_時(shí)間重疊_、_資源重復(fù)_和資源共享。 三 計(jì)算 1. 用一條4個(gè)功能段的浮點(diǎn)加法器流水線計(jì)算。每個(gè)功能段的延遲時(shí)間均相等，流水線的輸出端和輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，而且設(shè)置有足夠的緩沖寄存器。要求用盡可能短的時(shí)間完成計(jì)算，要求：（1） 列出進(jìn)行加法的次序；（2） 畫出流水線時(shí)空圖；（3） 并計(jì)算流水線在此任務(wù)中的實(shí)際吞吐率、加速比和效率。解答（1）將中間結(jié)果寄存器稱為r，源操作數(shù)寄存器稱為a，最后結(jié)果寄存器稱為

13、f，并假設(shè)源操作數(shù)已經(jīng)在寄存器中，則指令如下：i1：r1a1+a2i6：r6r1+r2i2：r2a3+a4i7：r7r3+r4i3：r3a5+a6i8：r8r5+r6i4：r4a7+a8i9：fr7+r8i5：r5a9+a10（2）（3）整個(gè)計(jì)算過程需要17t，所以吞吐率為：加速比為：效率為：2. 在頁式虛擬存儲器中，一個(gè)程序由plp5共5個(gè)頁面組成。在程序執(zhí)行過程中依次訪問到的頁面如下：p2，p3，p2，p1，p5，p2，p4，p5，p3，p2，p5，p2假設(shè)系統(tǒng)分配給這個(gè)程序的主存有3個(gè)頁面，分別采用fifo、lru和opt三種頁面替換算法對這3頁主存進(jìn)行調(diào)度。(1) 畫出主存頁面調(diào)入、替

14、換和命中的情況表。(2) 統(tǒng)計(jì)三種頁面替換算法的頁命中率。解答 頁流p2p3p2p1p5p2p4p5p3p2p5p2命中3次fifop12222*555*5*3333*p23333*2222*2*55p3111*44444*2命中調(diào)入調(diào)入命中調(diào)入替換替換替換命中替換命中替換替換頁流p2p3p2p1p5p2p4p5p3p2p5p2命中6次lrup1222222222222p2333*555*55555p311*1*44*3*3*3*3命中調(diào)入調(diào)入命中調(diào)入替換命中替換命中替換命中命中命中頁流p2p3p2p1p5p2p4p5p3p2p5p2命中6次optp1222222*44*4*222p23333

15、*33333*3*3p31*55555555命中調(diào)入調(diào)入命中調(diào)入替換命中替換命中命中替換命中命中（2）頁命中率 fifo=3/12=25%；lfu=6/12=50%；opt=3/12=50%3. 一條有三個(gè)功能段的流水線如下圖：每個(gè)功能段的延遲時(shí)間均相等，都為t。其中功能段s2的輸出要返回到它自己的輸入端循環(huán)一次。（1）如果向流水線的輸入端連續(xù)輸入新任務(wù)，這條流水線會(huì)發(fā)生什么情況?（2）求這條流水線能夠正常工作的最大吞吐率、加速比和效率。（3）有什么辦法能夠提高這條流水線的吞吐率，畫出新的流水線。（4）給出原來的流水線的禁用向量、沖突向量和預(yù)約表。解答（1）如果連續(xù)輸入新任務(wù)流水線會(huì)阻塞，因?yàn)?/p>

16、s2這一級需要連續(xù)使用兩次，所以任務(wù)不能連續(xù)輸入。（2）如果每間隔一個(gè)t向流水線輸入一個(gè)任務(wù)，流水線就能正常工作。這時(shí)它的平均時(shí)延： tk=4t+（n-1）2t；最大吞吐量：tpmax=1/2t； 最大加速比：smax=4nt/（4t+（n-1）2t）=2n/（1+n）=2；效率：（3）采用兩個(gè)s2，一個(gè)稱為s2，另一個(gè)稱為s21，新的流水線如下：（4）原來的流水線的禁用向量為：（1），沖突向量為：（1），預(yù)約表為：1234s1×s2××s3×四 分析 1. 畫出用2×4交叉開關(guān)組成一個(gè)2級的4×16交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備量比單級4&#

17、215;16的交叉開關(guān)節(jié)省多少設(shè)備？并說明它是一個(gè)阻塞型網(wǎng)絡(luò)。解答每個(gè)2×4交叉開關(guān)內(nèi)部有8個(gè)開關(guān)，2級共2+4=6個(gè)模塊，共有開關(guān)6×8=48個(gè)；單級4×16交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，共用4×16=64個(gè)開關(guān)，比前者多用16個(gè)開關(guān)。舉例說明它是一個(gè)阻塞型網(wǎng)絡(luò)。2. 一臺模型機(jī)共有7條指令，各指令的使用頻率分別為35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器，2個(gè)變址寄存器。（1）請?jiān)O(shè)計(jì)該機(jī)操作碼用哈夫曼編碼的編碼表，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長度。（2）設(shè)計(jì)8位字長的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長的寄存器-存儲器型變址尋址方式指令4條，

18、變址范圍不小于±127。請?jiān)O(shè)計(jì)指令格式，并給出各字段的長度和操作碼的編碼。解答（1）構(gòu)造huffman樹如下： 0.350.250.200.100.050.030.020.050.100.200.400.601.00 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1由此可以得到7條指令的編碼分別如下：指令號出現(xiàn)的頻率編碼135%00225%01320%10410%11055%111063%1111072%11111這樣，采用huffman編碼法得到的操作碼的平均長度為：h = 2×(0.35+0.25+0.20) + 3×0.10 + 4 ×0.05 + 5×(0.03 + 0.02) = 1.6+0.3+0.2+0.25 =2.35（2）設(shè)計(jì)8位字長的寄存器-寄存器型變址尋址方式指令如下：因?yàn)橹挥?個(gè)通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作碼只有兩位，設(shè)計(jì)格式如下：233操作碼op源寄存器r1目的寄存器r2三條指令的操作碼分別為00，01，10設(shè)計(jì)16位字長的寄存器-存儲器型變址尋址方式指令如下：431 8操作碼op通用寄存器變址寄存器偏移地址四條指令的操作碼分別為1100，1101，