計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題及答案

2009—2010學(xué)年度第一學(xué)期2007級(jí)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》期末考試試卷（A）（閉卷）姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：（注：①考試時(shí)間為120分鐘；②所有解答必須寫在答題紙上。）一、單項(xiàng)選擇題（每小題3分,共30分)1．在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號(hào)機(jī)器，你認(rèn)為下列（)設(shè)想是不行的?【A】新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令【B】將中斷分級(jí)由原來的4級(jí)增加到5級(jí)【C】在CPU和主存之間增設(shè)Cache存貯器【D】將浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理法由原來的恒置“1"法，改為查表舍入法2。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，不透明的是（）.【A】存儲(chǔ)器采用交叉存取還是并行存取【B】CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路的寬度是8位還是16位【C】采用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示還是標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示【D】指令采用硬聯(lián)邏輯實(shí)現(xiàn)還是微程序?qū)崿F(xiàn)3．一個(gè)平衡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)該是（）?！続】1MIPS的CPU速度【B】1MB的主存容量【C】1Mb/s的I/O吞吐率【D】A、B和C4、（）設(shè)計(jì)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的方法?！続】由上往下【B】由下往上【C】由中間開始【D】上下同時(shí)開始5．當(dāng)今微型機(jī)中實(shí)現(xiàn)軟件移植最好的方法是()?！続】系列機(jī)【B】兼容機(jī)【C】仿真技術(shù)【D】統(tǒng)一高級(jí)語言6、不能夠?qū)ο蛄繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供直接支持的是()數(shù)據(jù)表示?！続】向量【B】堆?！綜】描述符【D】A和C7、采用整數(shù)邊界存儲(chǔ)技術(shù)，其主要目的是(）.【A】節(jié)約主存空間【B】提高數(shù)據(jù)的訪問速度【C】一個(gè)主存周期可取多條指令【D】一個(gè)主存周期至少可取到一條指令8、在指令的操作碼編碼方式中，優(yōu)化實(shí)用的編碼是（).【A】Huffman編碼【B】等長編碼【C】Huffman擴(kuò)展編碼【D】BCD碼9、流水計(jì)算機(jī)中將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開，主要是為了()?！続】提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度【B】增加主存容量【C】解決功能部件沖突【D】解決訪存沖突10、當(dāng)N=16時(shí),能描述4組4元交換的函數(shù)是（).【A】C1+C2【B】C0+C1【C】C0+C2【D】C2+C3二、（10分）在采用通用寄存器指令集結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上得到了如下所示的數(shù)據(jù)：指令類型執(zhí)行頻率時(shí)鐘周期數(shù)ALU指令43%1LOAD指令21％2STORE指令12%2分支指令24%2假若編譯器優(yōu)化后能去掉50%的ALU指令,但不能去掉其它三類指令。求優(yōu)化后的MIPS與優(yōu)化前的MIPS速率比。三、（10分）設(shè)某機(jī)器系統(tǒng)指令字長12位，每個(gè)操作碼和地址均占3位，試提出一種分配方案，使該指令系統(tǒng)有4條三地址指令，8條二地址指令和180條單地址指令。四、（10分）設(shè)通道在數(shù)據(jù)傳送期中,選擇設(shè)備需4。9μS,傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需0.lμS。（1）其低速設(shè)備每隔250μS發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求，問最多可接多少臺(tái)這種設(shè)備？（2）若有A~E共5種高速設(shè)備，要求字節(jié)傳送的間隔時(shí)間如下表所示，其時(shí)間單位為μS.若一次通信傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個(gè)字節(jié)，問哪些設(shè)備可掛在此通道上？哪些則不能？設(shè)備ABCDE時(shí)間間隔（μS)0.130。10.110.20。3五、（10分）有一非線線性流水線預(yù)約表如下.功能段123456S1√√S2√√√S3√√S4√（1)求平均延遲最小的最佳調(diào)度方案;（2)畫出按最佳方案之一連續(xù)輸入3個(gè)任務(wù)的時(shí)空圖。六、（10分）有一四段線性流水線,每功能段延時(shí)時(shí)間分別是：△t1=△t3=△t4=△t0，△t2=3△t0.若在這個(gè)流水線上執(zhí)行40個(gè)任務(wù)。求實(shí)際吞吐率、效率和加速比。01234567輸01234567輸出端01234567輸入端AABCDK0EFGHK1IJKLK2C0C2C1C3八、（10分）在8個(gè)PE構(gòu)成的雙向環(huán)互連的并行處理機(jī)中，計(jì)算點(diǎn)積S=(n=8)所需要的時(shí)間。設(shè)初始化時(shí)將A，B各分量已分配到各PE中,且設(shè)相鄰處理單元之間傳送一次數(shù)據(jù)需要時(shí)間△t，完成一次加法需要時(shí)間2△t，完成一次乘法需要時(shí)間4△t。（全部試題完）武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2009—2010學(xué)年度第二學(xué)期2007級(jí)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》期末考試試卷(A）參考答案一、（每小題3分，共30分)[解]：1-10：BCDCABDCDB二、（10分）［解]：三、（10分)［解］：000×××××××××011×××××××××100000××××××100111××××××101000000×××64+116=180101111111×××64+116=180110000000×××111110011×××四、（10分）[解］：（1）低速設(shè)備應(yīng)接字節(jié)多路通道所以，n≤50臺(tái),即最多可接50臺(tái)（2）根據(jù)題意，此通道為選擇通道其中，n≥1024，應(yīng)使|select·i≤|max·select，由此可得出通道工作周期為：T≈0.1014(us)所以，只有A、C、D、E可掛在此通道上,B則不行。五、（10分）［解]:(1)狀態(tài)圖略。最佳調(diào)度方案為(3）和(1，5）（2）輸入3個(gè)任務(wù)時(shí)空圖略。六、（10分）[解]：七、（10分）[解]：不能與輸出的2、3、6、7結(jié)點(diǎn)相連。八、(10分）［解]：需要8次乘法，7次加法；共14△t計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)姓名：學(xué)號(hào):一、名詞解釋(每題3分,共15分）1。Cache2：1經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 3.同構(gòu)型多處理機(jī)5.堆棧型機(jī)器2。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)4。通道處理機(jī)PAGEPAGE17二、填空(每空1分,共20分)設(shè)計(jì)I/O系統(tǒng)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是（）、(）和（).存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的基本依據(jù)是程序的（).相聯(lián)度越高,（）失效就越少;（）失效不受Cache容量的影響，但（）失效卻隨著容量的增加而減少。在虛擬存儲(chǔ)器中，一般采用(）地址映象方法和（）更新策略。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提高并行性的技術(shù)途徑有（）、（）和（）三種。在高性能單處理機(jī)的發(fā)展中,起主導(dǎo)作用的是(）.在處理機(jī)中，若指令序列完成的順序總是與它們開始執(zhí)行的順序保持一致，則只可能出現(xiàn)（）相關(guān),否則就有可能出現(xiàn)（）、（）和（）相關(guān)。對(duì)向量的處理有（)方式、(）方式、（)方式。三、簡答題（每題6分，共24分）任寫出三種Cache的優(yōu)化技術(shù)，并簡述其基本思想.在指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)該考慮哪些主要問題？數(shù)據(jù)相關(guān)有哪幾種類型？解決數(shù)據(jù)相關(guān)有哪些主要方法？試以系列機(jī)為例，說明計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三者之間的關(guān)系。四、計(jì)算題1。給定以下的假設(shè),試計(jì)算直接映象Cache和兩路組相聯(lián)Cache的平均訪問時(shí)間以及CPU的性能。由計(jì)算結(jié)果能得出什么結(jié)論?理想Cache情況下的CPI為2。0，時(shí)鐘周期為2ns，平均每條指令訪存1.4次。兩者Cache容量均為128KB,塊大小都是32字節(jié)。組相聯(lián)Cache中的多路選擇器使CPU的時(shí)鐘周期增加了10%。這兩種Cache的失效開銷都是80ns。命中時(shí)間為1個(gè)時(shí)鐘周期。128KB直接映象Cache的失效率為1。0％，128KB兩路組相聯(lián)Cache的失效率為0.7%。（15分)2。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)字長64位，包含三個(gè)選擇通道和一個(gè)多路通道，每個(gè)選擇通道上連接了兩臺(tái)磁盤機(jī)和三臺(tái)磁帶機(jī)，多路通道上連接了了兩臺(tái)行式打印機(jī)，兩臺(tái)讀卡機(jī)、10臺(tái)終端，假定各設(shè)備的傳輸率如下：磁盤機(jī)：600KBps，磁帶機(jī)：200KBps，行打機(jī):6.6KBps，讀卡機(jī)：1。2KBps，終端：1KBps。計(jì)算該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最大I/O數(shù)據(jù)傳輸率。(6分）3。某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用浮點(diǎn)運(yùn)算部件后使浮點(diǎn)運(yùn)算速度提高到原來的20倍,而系統(tǒng)運(yùn)行一程序的整體性能提高到原來的10倍，試計(jì)算該程序中浮點(diǎn)操作所占的比例。(5分)4。動(dòng)態(tài)多功能流水線由6個(gè)功能段組成，如下圖所示：其中,s1、s4、s5、s6組成乘法流水線，s1、s2、s3、s6組成加法流水線，各個(gè)功能段時(shí)間為：s1、s3、s4、s6為△t，s2、s5為2△t，假設(shè)該流水線的輸出結(jié)果可以直接返回輸入端，而且設(shè)置有足夠地緩沖寄存器,若以最快的方式用該流水計(jì)算:∏（Ai＋Bi)（其中i＝1。.4，∏為連乘符號(hào))(1）畫出其處理過程的時(shí)空圖.（2）計(jì)算其實(shí)際的吞吐率和效率.（15分)2003～2004學(xué)年度第2學(xué)期《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》試題A答案填空題:（）由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為虛擬機(jī)器;由硬件和微程序（固件）實(shí)現(xiàn)的機(jī)器稱為實(shí)際機(jī)器。軟件和硬件在邏輯上是等效的.由于軟、硬件緊密相關(guān),軟硬界面常常是模糊不清的。計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)主要是圍繞：1.提高速度，2.提高操作的并行度、重疊流水,3.分散功能，4.設(shè)置專用功能部件來進(jìn)行。具有相同“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”（如指令系統(tǒng)相同）的計(jì)算機(jī)可以因?yàn)樗俣纫蟮纫蛩氐牟煌捎貌煌慕M成。一種“計(jì)算機(jī)組成”可以采用多種不同的“計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)”?！坝?jì)算機(jī)組成"反過來也會(huì)影響“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：進(jìn)行軟、硬件的功能分配。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從多級(jí)層次結(jié)構(gòu)出發(fā)，可以分為：由上往下、由下往上和從中間開始三種不同的設(shè)計(jì)思路。10．計(jì)算機(jī)應(yīng)用可以歸納為向上升級(jí)的四類它們分別是：數(shù)據(jù)處理（DataProcessing）.信息處理(InformationProcessing）。知識(shí)處理（KnowledgeProcessing）.智能處理(IntelligenceProcessing）.簡答題：1．計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)（ComputerImplementation）？:是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括:處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度,器件、模塊、插件、底板的劃分與連接，專用器件的設(shè)計(jì),微組裝技術(shù)，信號(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等.2．計(jì)算機(jī)組成（ComputerOrganization)?：是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn),包括:機(jī)器級(jí)內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。3．軟件的可移植性？是指軟件不用修改或只需經(jīng)少量加工就能由一臺(tái)機(jī)器搬到另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，即同一軟件可以不同的系統(tǒng)環(huán)境.4．向上（下）兼容？：是指按某檔機(jī)器編制的軟件,不加修改就能運(yùn)行于比它高（低)檔的機(jī)器上。5．向前（后）兼容？:指的是，在按某個(gè)時(shí)期投入市場的該型號(hào)機(jī)器上編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行在它之前（后)投入市場的機(jī)器上.6．兼容機(jī)(CompatibleMachine）？：具有同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)稱為～。采用兼容機(jī)的思想與采用系列機(jī)的思想實(shí)際上是一致的.7．模擬（Simulation)：用機(jī)器語言程序解釋實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法稱為~。8．仿真（Emulation）：用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)的方法稱為～。9．現(xiàn)場片：使用戶可根據(jù)需要改變器件內(nèi)部的功能或內(nèi)容，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)和組成變化的需要。10．全用戶片：完全按用戶要求設(shè)計(jì)的用戶片稱為全用戶片。簡述題：算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是什么?答：軟、硬件之間的功能分配以及對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)界面的確定.計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)要解決的問題是什么？答:在所希望能達(dá)到的性能和價(jià)格比的前提下，怎樣最佳、最合理地把各種設(shè)備和部件組織成為一臺(tái)計(jì)算機(jī),以實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3．器件的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響？（1）器件的發(fā)展改變了邏輯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法。（2）器件的發(fā)展也使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“下移”速度加快.（3）器件的發(fā)展還促進(jìn)了算法、語言和軟件的發(fā)展.4。什么是并行性?只要在同一時(shí)刻或是在同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，它們在時(shí)間上能相互重疊，都體現(xiàn)了并行性.5。CISC指令系統(tǒng)的含義?復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，即機(jī)器指令系統(tǒng)變得越來越龐雜,這就是所謂的CISC指令系統(tǒng).6。什么是頁式存貯管理？頁式存貯管理是把主存空間和程序空間都機(jī)械地等分成固定大小的頁，按頁順序編號(hào).（頁面大小隨機(jī)器而異,一般在512到幾KB）。7.什么是向量流水處理機(jī)？向量流水處理機(jī)是將向量數(shù)據(jù)表示和流水線技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)成向量流水處理機(jī),簡稱向量流水處理機(jī).8.什么是相聯(lián)處理機(jī)？相聯(lián)處理機(jī)是以相聯(lián)存貯器為核心，配上必要的中央處理部件、指令存貯器、控制器和I/O接口,就構(gòu)成一臺(tái)以存貯器操作并行為特點(diǎn)的相聯(lián)處理機(jī).計(jì)算題：設(shè)一臺(tái)模型機(jī)有7條指令，其使用頻度為：____________________________________________________指令使用頻度|指令使用頻度I10。03｜I40。05I20.03｜I50。15I30.04｜I60。3|I70。4_____________________________________________________求出：（1）利用哈夫曼(Huffman）壓縮技術(shù)，構(gòu)造哈夫曼樹;（2）.操作碼平均碼長和擴(kuò)展碼長。要求：哈夫曼樹節(jié)點(diǎn)為1.0（1)1.010.60.610.30.310.150.15100000.090.060.090.0610100.030.040.050.150.30.40.030.030.040.050.150.30.40.03（2）H=2.17H=2。22。如果設(shè)一個(gè)系統(tǒng)有四個(gè)中斷級(jí)，個(gè)級(jí)中斷響應(yīng)次序?yàn)?-〉2-〉3—〉4。見中斷級(jí)屏蔽位表中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)第4級(jí)0111001100010000求當(dāng)把中斷次序改為1—>4->3-〉2時(shí)，畫出中斷級(jí)屏蔽位表.中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)第4級(jí)01110000010001103.計(jì)算流水線實(shí)際吞吐率TP和效率η.設(shè)有兩個(gè)向量C和D,各有4個(gè)元素，在圖中的靜態(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(gè)流水線所經(jīng)過的時(shí)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(shí)間和功能切換所需要的時(shí)間都可以忽略不計(jì)。求：該流水線的實(shí)際吞吐率TP和效率η.空間54321012345678910111213141516時(shí)間Δt實(shí)際吞吐率TP=7/（15Δt)η=32%4。計(jì)算多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)。見圖N=8多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)，求當(dāng)輸入端級(jí)控制信號(hào)為S2S1S0=010時(shí)，輸入端為01234567時(shí)，輸出端為：23016745。輸入輸出5。由表達(dá)式：E=a+bx+cx2+dx3,利用減少樹高的辦法來加速運(yùn)算，要求（1)畫出樹形流程圖；（2)確定TP、P、SP、EP諸值++*+*+d**+**+*acx*****bxxxxxp=3,TP=4,SP=3/2,EP=1/2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題第一部分選擇題一、單項(xiàng)選擇題(每小題1分,共10分)在每小題的四個(gè)備答案中有一個(gè)正確的答案，將正確答案的序號(hào)寫在題干后的括號(hào)內(nèi))1。計(jì)算機(jī)使用的語言是(）A.專屬軟件范疇，與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)無關(guān)B.分屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)層次C。屬于用以建立一個(gè)用戶的應(yīng)用環(huán)境D.屬于符號(hào)化的機(jī)器指令2.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)最突出的特點(diǎn)是使(）A.數(shù)據(jù)流令牌無標(biāo)號(hào)B。需要程序記數(shù)器來實(shí)現(xiàn)C。令牌帶上標(biāo)號(hào)D。同步由門（Latch）寄存器來實(shí)現(xiàn)3。多處理機(jī)上兩個(gè)程序段之間若有先寫后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則（)A。可以并行執(zhí)行B。不可能并行C。任何情況均可交換串行D。必須并行執(zhí)行4.多處理機(jī)的各自獨(dú)立型操作系統(tǒng)(）A。要求管理程序不必是可再入的B.適合于緊耦合多處理機(jī)C。工作負(fù)荷較平衡D。有較高的可靠性5。輸入輸出系統(tǒng)硬件的功能對(duì)（）是透明的。A.操作系統(tǒng)程序員B.應(yīng)用程序員C。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員D.機(jī)器語言程序設(shè)計(jì)員6。“啟動(dòng)I/O”指令是主要的輸入輸出指令，是屬于()A。目態(tài)指令B.管態(tài)指令C。目態(tài)、管態(tài)都能用的指令D。編譯程序只能用的指令7。全相聯(lián)地址映象是指（）A.任何虛頁都可裝入主存中任何實(shí)頁的位置B.一個(gè)虛頁只裝進(jìn)固定的主存實(shí)頁位置C.組之間是固定的，而組內(nèi)任何虛頁可以裝入任何實(shí)頁位置D。組間可任意裝入,組內(nèi)是固定裝入8.（）屬于MIMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu).A.各處理單元同時(shí)受同一個(gè)控制單元的管理B。各處理單元同時(shí)接受同一個(gè)控制單元送來的指令C.松耦合多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)D.陣列處理機(jī)9。設(shè)16個(gè)處理器編號(hào)分別為0，1，2，…，15用Cube3互聯(lián)函數(shù)時(shí),第10號(hào)處理機(jī)與第（）號(hào)處理機(jī)相聯(lián)。A。11B.8C.14D.210.若輸入流水線的指令既無局部性相關(guān),也不存在全局性相關(guān)，則(）A?？色@得高的吞吐率和效率B。流水線的效率和吞吐率惡化C。出現(xiàn)瓶頸D.可靠性提高第二部分非選擇題二、填空題（每空1分，共20分）11。標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，合存于_______，用于描述單個(gè)數(shù)據(jù)的_______。12.總線仲裁算法有：靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法、固定時(shí)間片算法、_______算法和_______算法。13。計(jì)算機(jī)仿真用_______解釋，計(jì)算機(jī)模擬用_______解釋.14.按弗林（MichaelJ.Flynn）的觀點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分為單指令流單數(shù)據(jù)流、_______、多指令流單數(shù)據(jù)流和_______四大類。15。要實(shí)現(xiàn)兩條指令在時(shí)間上重疊解釋，首先需要付出_______，其次，要處理好指令之間可能存在的_______。16。與重疊機(jī)器一樣，流水機(jī)器在遇到_______指令，尤其是_______指令時(shí)，效率也會(huì)顯著下降。17。超長指令字(VLIW)結(jié)構(gòu)是將_______和_______兩者相結(jié)合。18.互連網(wǎng)絡(luò)的交換方法主要有線路交換、包交換、線路/包交換，SIMD互連網(wǎng)絡(luò)多采用_______交換，多處理機(jī)常采用_______交換。19。數(shù)據(jù)流機(jī)采用_______,執(zhí)行的操作序列取決于輸入數(shù)據(jù)的可用性；歸約機(jī)則采用_______，執(zhí)行的操作序列取決于對(duì)數(shù)據(jù)的要求，對(duì)數(shù)據(jù)的需求又來源于函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語言對(duì)表達(dá)式的歸納。20.輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出設(shè)備、設(shè)備_______及與輸入輸出操作有關(guān)的_______件.三、改錯(cuò)題（每小題2分，共10分）（下列每小題劃線部分A、B、C中有一處錯(cuò)誤，請先寫出錯(cuò)處，并在括號(hào)中寫出正確文字)21。對(duì)操作碼進(jìn)行優(yōu)化編碼時(shí)，在了解每種指令在程序中出現(xiàn)的概率后，使用Huffman算AB法構(gòu)造Huffman樹,這樣獲得的Huffman編碼是唯一的。（）C22.多處理機(jī)中,兩個(gè)程序段之間若同時(shí)有先寫后讀和先讀后寫2種相關(guān)，以交換數(shù)據(jù)為目的時(shí),則必須并行執(zhí)行，讀寫要完全同步，允許順序串行和交換串行.()ABC23.計(jì)算機(jī)仿真適合在兩種結(jié)構(gòu)差距大的機(jī)器間運(yùn)用.（）ABC24.主存空間數(shù)相關(guān)是相間隔的兩條指令之間出現(xiàn)對(duì)主存同一單元要求先寫而后讀的關(guān)聯(lián)。ABC()25.由于Cache存貯器的地址變換和塊替換算法是用軟件實(shí)現(xiàn)的，因此Cache存貯器對(duì)應(yīng)用A程序員是透明的，而且Cache對(duì)處理機(jī)和主存間的信息交往也是透明的。(）BC四、簡答題（每小題6分,共30分)26。簡述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點(diǎn)。27。簡述設(shè)計(jì)RISC結(jié)構(gòu)用了哪些基本技術(shù)?28。設(shè)Pi和Pj程序段都是一條語句，且Pi在Pj之前執(zhí)行,試舉出Pi和Pj間存在3種可能的數(shù)據(jù)相關(guān)。29.簡述控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)?30。模擬與仿真的主要區(qū)別和適合場合是什么？五、應(yīng)用題（共30分）31。(12分）假設(shè)某模型機(jī)共有7條指令,7條指令I(lǐng)1—I7使用的頻度分別為:0.35,0。25，0.20，0。10，0。04,0。03,0.03。(1）利用Huffman算法，構(gòu)造Huffman樹，并給出Huffman編碼和平均碼長。（2)給出Huffman擴(kuò)展碼編碼。32。(10分）多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)是如何組成的？它與間接二進(jìn)制n立方體網(wǎng)絡(luò)有何差異?并畫出N=8時(shí)的多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)圖。33。（8分）設(shè)向量A和B各有4個(gè)元素在下圖所示的靜態(tài)雙功能流水線上計(jì)算向量點(diǎn)積A·B=，其中1→2→3→5組成加法流水線,1→4→5組成乘法流水線。若假定流水線的各段所經(jīng)過的時(shí)間均為△t=2。5,流水線輸出可直接送回輸入或暫存于相應(yīng)緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需的時(shí)間都可忽略.求出吞吐率和加速比.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題參考答案一、單項(xiàng)選擇題(每小題1分，共10分）1。B2.C3。B4。D5。B6。B7.A8.C9。D10。A二、填空題（每空1分，共20分)11.同一存儲(chǔ)單元類型特征12。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)先來先服務(wù)13。微程序機(jī)器語言14。單指令流多數(shù)據(jù)流多指令流多數(shù)據(jù)流15?？臻g代價(jià)關(guān)聯(lián)16.轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移17.水平型微碼超標(biāo)量處理18.線路包19.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)20?？刂破鬈浻踩?、改錯(cuò)題(每小題2分，共10分)21.(C錯(cuò)改為“不是唯一的”）22.(C錯(cuò)改為“不允許順序串行和交換串行”)23.（B錯(cuò)改為“差距不大")24。（A錯(cuò)改為“相鄰”）25.（A錯(cuò)改為“硬件”)四、簡答題（每小題6分，共30分）

26。(1）簡化了指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)；（2）簡化了編譯程序；（3）便于實(shí)現(xiàn)一致性校驗(yàn)；（4)能由硬件自動(dòng)變換數(shù)據(jù)類型；(5)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求；(6)為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供了支持。27。（1）按RISC一般原則設(shè)計(jì)；(2）邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序結(jié)合；(3)用重疊寄存器窗口（4)指令用流水和延遲轉(zhuǎn)移;(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。28.（1）若Pi的左部變量在Pj的右部變量集內(nèi)，且Pi必須取出Pi運(yùn)算的結(jié)果來作為操作數(shù)，則稱Pi“數(shù)據(jù)相關(guān)"于Pi.（2）若Pj的左部變量在Pi的右部變量集內(nèi)，且當(dāng)Pi未取用其變量的值之前，是不允許被Pj所改變，則稱Pi“數(shù)據(jù)反相關(guān)”于Pj.（3)若Pi的左部變量也是Pj的右部變量，且Pj存入其算得的值必須在Pi存入之后，則稱Pj“數(shù)據(jù)輸出相關(guān)"于Pi。29.控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式的特點(diǎn)是：通過訪問共享存儲(chǔ)單元讓數(shù)據(jù)在指令之間傳遞;指令的執(zhí)行順序隱含于控制流中，可以顯式地使用專門的控制操作符來實(shí)現(xiàn)并行處理，指令執(zhí)行順序受程度計(jì)數(shù)器的控制，即受控制令牌所支配.30.模擬與仿真的主要區(qū)別在于解釋用的語言。仿真是用微程序解釋，其解釋程序存在控制存儲(chǔ)器中，而模擬是用機(jī)器語言程序解釋，其解釋程序存在主存中。模擬靈活,可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的軟件移植，但結(jié)構(gòu)差異太大時(shí)，效率、速度會(huì)急劇下降。仿真在速度上損失小，但不靈活，只能在差別不大的系統(tǒng)之間使用，否則效率也會(huì)過低且難以仿真，需與模擬結(jié)合才行.五、應(yīng)用題（共30分)31.表操作碼的Huffman碼及擴(kuò)展操作碼的編碼指令頻度（Pi）操作碼使用Huffman編碼OP長度(Li)利用Huffman概念的擴(kuò)展操作碼OP長度（Li）I10．3501002I20．25102012I30.201103102I40。1011100511004I50.0411101511014I60。0311110511104I70.031111151111432。多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)由n級(jí)相同的網(wǎng)絡(luò)組成，每一級(jí)都包含一個(gè)全混拓?fù)浜碗S后一列2n—1個(gè)四功能交換單元,采用單元控制方式.多級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)與間接二進(jìn)制n方體網(wǎng)絡(luò)只有兩點(diǎn)差別：前者數(shù)據(jù)流向的級(jí)號(hào)順序n—1,n—2，…，1，0，用四功能交換單元，后者數(shù)據(jù)流向相反,其級(jí)號(hào)順序0,1，…，n—1,用二功能交換單元。33．實(shí)際吞吐率為=因順序方式所需時(shí)間為4，因此加速比SP=24=1。61。（30分）解釋下列術(shù)語

（1）馮·諾依曼結(jié)構(gòu):馮·諾依曼等人于１９４６年提出了一個(gè)完整的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)雛型,它由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備組成，這種結(jié)構(gòu)稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。

(2）數(shù)據(jù)表示:數(shù)據(jù)表示研究的是計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識(shí)別，可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)類型中最常用,也是相對(duì)比較簡單，用硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較容易的幾種。如定點(diǎn)數(shù)（整數(shù)）、邏輯數(shù)（布爾數(shù)）、浮點(diǎn)數(shù)（實(shí)數(shù))、十進(jìn)制數(shù)、字符、字符串、堆棧和向量等.

(3）CISC：復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)

(4）存儲(chǔ)系統(tǒng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來成為一個(gè)系統(tǒng),這就是存儲(chǔ)系統(tǒng)。

(5)時(shí)空圖：描述流水線的工作，最常用的方法是采用“時(shí)空圖”。在時(shí)空圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，也就是輸入到流水線中的各個(gè)任務(wù)在流水線中所經(jīng)過的時(shí)間。當(dāng)流水線中的各個(gè)功能部件的執(zhí)行時(shí)間都相等時(shí)，橫坐標(biāo)被分割成相等長度的時(shí)間段?？v坐標(biāo)表示空間，即流水線的各個(gè)子過程。在時(shí)空圖中，流水線的一個(gè)子過程通常稱為“功能段”。

(6)多功能流水線:多功能流水線（MultifunctionPipelining)是指流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接.在不同時(shí)間內(nèi)，或在同一時(shí)間內(nèi)，通過不同的連接方式實(shí)現(xiàn)不同的功能.

（7)加速比：完成一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用的時(shí)間之比稱為流水線的加速比(Speedupratio）。

(8）鏈接技術(shù)：鏈接是當(dāng)從一個(gè)流水線部件得到的結(jié)果直接送入另一個(gè)功能流水線的操作數(shù)寄存器時(shí)所發(fā)生的連接過程。換句話說，中間結(jié)果不必送回存儲(chǔ)器,而且甚至在向量操作完成以前就使用。鏈接允許當(dāng)?shù)谝粋€(gè)結(jié)果一變成可用的操作數(shù)時(shí)就馬上發(fā)出相繼的操作。

（9)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑（storeandforward）在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中包是信息流的基本單位。每個(gè)結(jié)點(diǎn)有一個(gè)包緩沖區(qū).包從源結(jié)點(diǎn)經(jīng)過一系列中間結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn).

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