2023年自考類計算機類(工學類)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)歷年高頻考題帶答案難題附詳解

2023年自考類計算機類(工學類)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)歷年高頻考題帶答案難題附詳解（圖片大小可自由調(diào)整）第1卷一.歷年考點試題黑鉆版(共50題)1.高級數(shù)據(jù)表示的引入的基本原則是：一是看系統(tǒng)的______是否提高，二是看引入數(shù)據(jù)表示后其通用性和______是否高。2.編號為0-15的16個處理器，互連函數(shù)采用Shuffle單級互連網(wǎng)絡(luò)互連，則與11號處理器連接的處理器號為______A.6B.7C.8D.93.簡述SIMD系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標。4.在多處理機系統(tǒng)中，兩個程序段既能順序串行、交換串行，又能并行，則這兩個程序段之間的關(guān)系是______A.只有數(shù)據(jù)反相關(guān)B.只有源數(shù)據(jù)相關(guān)C.只有數(shù)據(jù)輸出相關(guān)D.只有數(shù)據(jù)相關(guān)5.流水的______指的是把子過程進一步細分，流水的______可理解為在多個處理機之間流水。6.在運算器內(nèi)部，浮點減的流水屬于______A.處理器級B.元件級流水C.系統(tǒng)級D.部件級流水7.指令系統(tǒng)的設(shè)計包括對______和______的設(shè)計。8.互連函數(shù)表示互連網(wǎng)絡(luò)的出端號和入端號的一一對應(yīng)關(guān)系，其表示方法有______、______和循環(huán)表示法。9.流水線的效率是指流水線中設(shè)備的實際使用時間占______之比，也稱流水線設(shè)備的______。10.ILLIACIV屬于______A.流水線處理機B.陣列處理機C.指今重疊處理機D.多處理機11.下列關(guān)于歸約機的描述，錯誤的是______A.歸約機不是馮·諾依曼型計算機B.歸約機是以函數(shù)式語言為機器語言的計算機C.歸約機采用需求驅(qū)動，執(zhí)行的操作序列取決于對數(shù)據(jù)的需求D.歸約機采用數(shù)據(jù)驅(qū)動，執(zhí)行的操作序列取決于輸入數(shù)據(jù)的可用性12.時間重疊是指在并行概念中引入______因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套______的各個部分，加快硬件______來贏得速度。13.通過并行性等級劃分，流水線處理機屬于______A.處理器操作并行B.指令、任務(wù)、作業(yè)并行C.存儲器操作并行D.處理器操作步驟并行14.實現(xiàn)軟件移植的主要技術(shù)有統(tǒng)一高級語言、______、______和仿真。15.指令系統(tǒng)編碼格式有______、______和變長編碼三種。16.從流水線各功能段之間是否有反饋回路來判斷，可以把流水線分為______A.線性流水線和非線性流水線B.靜態(tài)流水線和動態(tài)流水線C.單功能流水線和多功能流水線D.標量流水機和向量流水機17.按照計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，算術(shù)運算、邏輯運算和移位等指令應(yīng)屬于哪種機器語言______A.傳統(tǒng)機器語言機器B.操作系統(tǒng)機器C.匯編語言機器D.高級語言機器18.簡要解釋提高計算機系統(tǒng)并行性的三個技術(shù)途徑。19.簡述數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系及引入高級數(shù)據(jù)表示的基本原則。20.FORK語句的形式為______，其中______為新進程開始的標號。21.一條流水線連接圖如下所示，畫出200條指令連續(xù)通過該流水線的時空圖，并計算該流水線的加速比。(其中Δt=1ns)

22.設(shè)有兩個向量C和D，各有4個元素，靜態(tài)雙功能流水線上工作。其中，1→2→3→5組成加法流水線，1→4→5組成乘法流水線。設(shè)每個流水線所經(jīng)過的時間均為Δt，而且流水線的輸出結(jié)果可以直接返回到輸入或暫存于相應(yīng)的緩沖寄存器中，其延遲時間和功能切換所需要的時間都可以忽略不計。求：該流水線的實際吞吐率Tp和效率η。23.解釋一條機器指令的微操作不包括哪個部分______A.執(zhí)行B.分析C.取指令D.中斷24.有一個計算機系統(tǒng)可按功能分成4級，每級的指令互不相同，每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強M倍，即第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量。現(xiàn)若需第i級的N條指令解釋第i+1級的一條指令，而有一段第1級的程序需要運行Ks，問在第2、3和4級上一段等效程序各需要運行多長時間?25.什么是Cache?它是如何組織的?26.下列關(guān)于多處理機的描述有錯誤的選項是______A.有兩臺以上處理機B.共享I/O子系統(tǒng)C.協(xié)同工作D.獨立操作系統(tǒng)27.軟件的______指的是軟件不修改或基本上不修改就可以由一臺機器移到另一臺機器上運行，同一軟件可應(yīng)用于不同的環(huán)境。28.N個處理單元的混洗交換網(wǎng)絡(luò)中，最遠的兩個人、出端的二進制編號是______和______，其最大距離為2log2N-1。29.簡述如果要設(shè)計一套超長指令機系統(tǒng)，必須遵循的主要準則。30.數(shù)組多路通道適合于連接多臺______速設(shè)備，通道“數(shù)據(jù)寬度”為______。31.ILLLIAC-IV陣列處理機中，PE之間所用的互連函數(shù)是______A.PM2±0和PM2±3B.Cube0和Cube1C.ShuffleD.PM2±232.STARAN網(wǎng)絡(luò)屬于______A.單級立方體網(wǎng)絡(luò)B.多級立方體網(wǎng)絡(luò)C.單級PM2I網(wǎng)絡(luò)D.多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)33.從計算機執(zhí)行程序的角度看，并行性等級由低到高可分為______、______、任務(wù)或進程間和作業(yè)或程序間四級。34.對系統(tǒng)程序員不透明的應(yīng)當是______A.Cache存儲器B.系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度C.指令緩沖寄存器D.虛擬存儲器35.為了提高流水線的最大吞吐率，首先要找出______A.瓶頸B.任務(wù)數(shù)C.結(jié)果數(shù)D.以上三個都不是36.資源重復最典型的例子是______，資源重復不僅可提高可靠性，而且可以進一步用多計算機或______來提高系統(tǒng)的速度性能。37.在輸入/輸出系統(tǒng)經(jīng)歷的三種方式中，中斷驅(qū)動屬于______A.程序查詢B.DMAC.程序控制I/OD.I/O處理機38.靜態(tài)流水線指的是______A.只有一種功能的流水線B.同時只能完成一種功能的多功能流水線C.功能不能改變的流水線D.可同時執(zhí)行多種功能的流水線39.Cache存儲器的性能主要取決于命中率的高低，下列與命中率無關(guān)的是______A.主存容量B.替換算法C.塊的大小D.采用組相聯(lián)時組的大小40.浮點數(shù)尾數(shù)基值增大，可使運算中的精度損失______，可表示數(shù)的精度______。41.簡述器件的發(fā)展對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成的影響。42.實現(xiàn)一維數(shù)組步距為2i的無傳輸，只要存儲器模數(shù)m與變址跳距______，存儲器訪問就能夠無沖突地進行。43.采用組相聯(lián)映像的Cache存儲器，可用于地址變換的方法是______A.目錄表法B.比較對法C.頁表法D.堆棧法44.設(shè)置相關(guān)專用通路的方法不適合于______A.變址寄存器一次相關(guān)B.變址寄存器二次相關(guān)C.通用寄存器相關(guān)D.主存空間數(shù)相關(guān)45.模擬指用機器語言解釋實現(xiàn)______，進行模擬的機器稱為虛擬機，被模擬的機器稱為______。46.向量處理機是有向量數(shù)據(jù)表示的處理機，分向量流水處理機和______兩類。47.屬計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮的是______A.主存采用MOS還是TTLB.主存采用多體交叉還是單體C.主存容量和編址方式D.主存頻寬的確定48.簡述程序的動態(tài)再定位的思想。49.頁式虛擬存儲器中，影響命中率的因素除______外，還有地址流、______大小、主存容量等。50.脈動陣列式處理機系統(tǒng)具有______A.多個相同的排成陣列結(jié)構(gòu)的CPUB.多個不同的排成陣列結(jié)構(gòu)的處理機C.多個相同的排成陣列結(jié)構(gòu)的處理機D.最適合完成累加和求解第1卷參考答案一.歷年考點試題黑鉆版1.參考答案：效率，利用率[考點]引入數(shù)據(jù)表示的原則[解析]高級數(shù)據(jù)表示的引入的基本原則是：一是看系統(tǒng)的效率是否提高；二是看引入數(shù)據(jù)表示后其通用性和利用率是否高。2.參考答案：B[考點]混洗交換單級網(wǎng)絡(luò)[解析]16個處理單元間的全混連接?？梢钥闯?，其連接規(guī)律是把全部按編碼順序排列的處理單元從當中分為數(shù)目相等的兩半，前一半和后一半在連接至出端時正好一一隔開。所以11對應(yīng)的是7。3.參考答案：(1)結(jié)構(gòu)不要過分復雜，以降低成本。

(2)互連要靈活，以滿足算法和應(yīng)用的需要。

(3)處理單元間信息交換所需傳輸步數(shù)要盡可能少，以提高速度性能。

(4)能用規(guī)模單一的基本構(gòu)件組合而成，或者經(jīng)多次通過或者經(jīng)多級連接來實現(xiàn)復雜的互連，使模塊性好，以便于用VLSI實現(xiàn)并滿足系統(tǒng)的可擴充性。4.參考答案：B[考點]程序并行性的分析[解析]兩個程序段之間若沒有任何相關(guān)或僅有源數(shù)據(jù)相同時，可以并行、順序串行和交換串行。5.參考答案：向下擴展

向上擴展[考點]流水的分類[解析]向下擴展指的是把子過程進一步地細分，向上擴展指的是多個處理機間的流水。6.參考答案：D[考點]流水方式的基本概念[解析]部件級流水是指構(gòu)成部件內(nèi)的各個子部件的流水，如運算器內(nèi)浮點數(shù)的加減。7.參考答案：指令的功能

指令的格式[考點]指令的設(shè)計和優(yōu)化[解析]指令系統(tǒng)的設(shè)計包括對指令的功能(操作類型、尋址方式和具體操作內(nèi)容)和指令的格式的設(shè)計。8.參考答案：輸入輸出對應(yīng)表示法

函數(shù)表示法[考點]互連網(wǎng)絡(luò)應(yīng)抉擇的幾個問題[解析]互連函數(shù)表示互連網(wǎng)絡(luò)的出端號和入端號的一一對應(yīng)關(guān)系，其表示方法有輸入/輸出對應(yīng)表示法、函數(shù)表示法和循環(huán)表示法。9.參考答案：整個運行時間

時間利用率[考點]流水線的效率[解析]流水線的效率是指流水線中設(shè)備的實際使用時間占整個運行時間之比，也稱流水線設(shè)備的時間利用率。10.參考答案：B[考點]陣列處理機[解析]ILLIACIV是一種陣列處理機。11.參考答案：D[考點]歸約機的概念[解析]歸約機是以函數(shù)式語言為機器語言的計算機，或以函數(shù)式語言為機器語言的非歸約馮·諾依曼型計算機，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)不同于馮·諾依曼型計算機。12.參考答案：時間

硬件設(shè)備

周轉(zhuǎn)[考點]重疊原理[解析]時間重疊是指在并行概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，加快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度，其最典型的例子是指令內(nèi)各操作步驟采用重疊流水。時間重疊基本上不必重復增加硬件設(shè)備就可以提高計算機系統(tǒng)的性能價格比。13.參考答案：D[考點]并行性的等級劃分[解析]處理器操作步驟并行典型的例子是流水線處理機。14.參考答案：采用系列機

模擬[考點]軟件移植[解析]實現(xiàn)軟件移植的主要技術(shù)有統(tǒng)一高級語言、采用系列機、模擬和仿真。15.參考答案：混合編碼

固定長編碼[考點]指令系統(tǒng)[解析]指令系統(tǒng)編碼格式有混合編碼、固定長編碼和變長編碼三種。16.參考答案：A[考點]流水線的分類方法[解析]從流水線中各功能段之間是否有反饋回路的角度，可以把流水線分為線性流水線和非線性流水線。17.參考答案：A[考點]計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)[解析]具體的計算機系統(tǒng)，其層次數(shù)的多少可以有所不同，可分為微程序機器、傳統(tǒng)機器語言機器、操作系統(tǒng)機器、匯編語言機器、高級語言機器和應(yīng)用語言機器。而算術(shù)運算、邏輯運算和移位等指令應(yīng)屬于傳統(tǒng)機器語言機器。18.參考答案：(1)時間重疊：引入時間因素，是讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)使用來贏得速度。

(2)資源重復，是引入空間因素，通過重復設(shè)置硬件資源來提高性能。

(3)資源共享，是用軟件方法讓多個用戶按一定時間順序輪流使用同一套資源，來提高其利用率，相應(yīng)也就提高了系統(tǒng)的性能。19.參考答案：(1)數(shù)據(jù)表是反映了各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過軟件映像變換成機器所具有的各種數(shù)據(jù)表示來實現(xiàn)。不同的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實現(xiàn)效率和方便性上的不同。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)表示是軟件和硬件的交界面。

(2)引入高級數(shù)據(jù)表示的基本原則：一是看系統(tǒng)效率是否有顯著提高，包括實現(xiàn)時間和存儲空間是否有顯著減少；二是看引入這種數(shù)據(jù)表示的通用性和利用率是否提高。20.參考答案：FORK

m,m[考點]并行語言與并行編譯[解析]FORK和JOIN語句在不同計算機上有不同的表示形式。FORK語句的形式為FORKm，其中m為開始的新進程標號。21.參考答案：時空圖如下所示。順序執(zhí)行的時間為t0=6×200=1200ns

采用流水方式執(zhí)行的時間為t1=3×200+6-1=605ns

加速比S=t0/t1=1200/605=1.98[考點]指令流水22.參考答案：實際吞吐率TP=7/(15Δt)

η=32%[考點]指令流水23.參考答案：D[考點]指令系統(tǒng)[解析]解釋一條機器指令的微操作有取指令、分析、執(zhí)行。24.參考答案：第2級上等效程序需運行：(N/M)×Ks。

第3級上等效程序需運行：(N/M)×(N/M)×Ks。

第4級上等效程序需運行：(N/M)×(N/M)×(N/M)×Ks。[考點]計算機系統(tǒng)等級25.參考答案：如果把程序在一段時間內(nèi)集中訪問的部分數(shù)據(jù)存放在高速的存儲器中，訪問存儲器的平均時間就可以大大減少，從而減少程序的執(zhí)行時間，這種高速、小容量的存儲器就是Cache。Cache放在CPU與主存的中間，訪問時間通常是主存的1/4到1/10。在層次化的存儲器系統(tǒng)中，它是速度最快的存儲器。Cache的基本思想是把程序執(zhí)行時最頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)存放在速度較高的Cache存儲器中，使得訪存的平均時間接近于Cache的訪問時間，而存儲的容量則是主存的容量。Cache存儲器的容量盡管很小，但是由于訪存的局部性規(guī)律，絕大部分對存儲器的訪問數(shù)據(jù)都可以在Cache中發(fā)現(xiàn)，實際上不需要到主存中尋找，所以訪存的平均時間可以接近Cache的訪問時間。26.參考答案：D[考點]多處理機的定義[解析]多處理機是指有兩臺以上的處理機，共享I/O子系統(tǒng)，機間經(jīng)共享主存或高速通信網(wǎng)絡(luò)通信，在統(tǒng)一操作系統(tǒng)控制下，協(xié)同求解。27.參考答案：可移植性[考點]軟件發(fā)展對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響[解析]軟件的可移植性指的是軟件不修改或只經(jīng)過少量修改就可由一臺機器移到另一臺機器上運行，同一軟件可應(yīng)用于不同的環(huán)境。28.參考答案：全“0”，全“1”[考點]多級混洗交換網(wǎng)絡(luò)[解析]N個處理單元的混洗交換網(wǎng)絡(luò)中，最遠的兩個人、出端的二進制編號是全“0”和全“1”，其最大距離為2log2N-1。29.參考答案：如果要設(shè)計一套超長指令機系統(tǒng)，則必須遵循的主要準則是：

(1)單一的控制器，只有一個控制器，每個時鐘周期啟動一條長指令。

(2)超長指令字被分成多個控制字段，每個字段直接獨立地控制每個功能部件。

(3)含有大量的數(shù)據(jù)通路和功能部件，由于編譯在編譯時間已考查可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān)，故控制硬件較簡單。

(4)在編譯階段完成超長指令中多個可并行操作的調(diào)度。30.參考答案：高

定長塊[考點]通道處理機的工作原理[解析]數(shù)組多路通道適合連接多臺磁盤等高速設(shè)備。31.參考答案：A[考點]混洗交換單級網(wǎng)絡(luò)[解析]Shuffle函數(shù)不是可逆函數(shù)，是PE之間所用的互連函數(shù)。32.參考答案：B[考點]多級立方體網(wǎng)絡(luò)[解析]多級立方體網(wǎng)絡(luò)有STARAN網(wǎng)。33.參考答案：指令內(nèi)部，指令之間[考點]并行性的級別[解析]從計算機執(zhí)行程序的角度看，并行性等級由低到高可分為指令內(nèi)部、指令之間、任務(wù)或進程間和作業(yè)或程序間四級。34.參考答案：D[考點]虛擬存儲器的管理方式[解析]虛擬存儲器對系統(tǒng)程序員不透明，對應(yīng)用程序員透明。35.參考答案：A[考點]標量流水線的主要性能[解析]為了提高流水線的最大吞吐率，首先要找出瓶頸，然后沒法消除此瓶頸。36.參考答案：雙工系統(tǒng)

機群系統(tǒng)[考點]并行性的開發(fā)[解析]資源重復指在并行概念中引入空間因素，通過重復設(shè)置硬件資源來提高可靠性或性能，其最典型的例子是雙工系統(tǒng)，資源重復不僅可提高可靠性，而且可以進一步用多計算機或機群系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的速度性能。37.參考答案：C[考點]輸入/輸出系統(tǒng)[解析]輸入/輸出系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了3個階段，相對應(yīng)于3種方式，即程序控制I/O(包括全軟件的、程序查詢的、中斷驅(qū)動的)、直接存儲器訪問(DMA)及I/O處理機方式。38.參考答案：B[考點]靜態(tài)流水線含義[解析]靜態(tài)流水線是指在某一時間內(nèi)各段只能按一種功能連接流水，只有等流水線全部流空后，才能切換成按另一種功能連接流水。動態(tài)流水線的各功能段在同一時間內(nèi)可按不同運算或功能連接。39.參考答案：A[考點]Cache存儲器性能[解析]評價Cache存儲器的性能主要是看命中率的高低，而命中率與塊的大小、塊的總數(shù)(即Cache的總?cè)萘?、采用組相聯(lián)時組的大小(組內(nèi)塊數(shù))、替換算法和地址流的簇聚性等有關(guān)。40.參考答案：減小，下降[考點]系列機的采用[解析]浮點數(shù)尾數(shù)基值增大，可使運算中的精度損失減小，可表示數(shù)的精度下降。41.參考答案：器件的發(fā)展推動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成技術(shù)的發(fā)展，同樣