2022年廈門理工學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B(有答案)

2022年廈門理工學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、利用時間重疊概念實現(xiàn)并行處理的是()。A.流水處理機(jī)B.多處理機(jī)C.并行（陣列）處理機(jī)D.相聯(lián)處理機(jī)2、計算機(jī)組成設(shè)計不考慮()。A.專用部件設(shè)置B.功能部件的集成度C.控制機(jī)構(gòu)的組成D.緩沖技術(shù)3、“啟動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4、從計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，機(jī)器語言程序員所看到的機(jī)器屬性是（）A.計算機(jī)軟件所要完成的功能B.計算機(jī)硬件的全部組成C.編程要用到的硬件組織D.計算機(jī)各部件的硬件實現(xiàn)。5、開發(fā)并行的途徑有（），資源重復(fù)和資源共享。A.多計算機(jī)系統(tǒng)B.多道分時C.分布式處理系統(tǒng)D.時間重疊6、計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)按照由高到低的順序分別為（）。A.高級語言機(jī)器級，匯編語言機(jī)器級，傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級，微程序機(jī)器級B.高級語言機(jī)器級，應(yīng)用語言機(jī)器級，匯編語言機(jī)器級，微程序機(jī)器級C.應(yīng)用語言機(jī)器級，傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級，匯編語言機(jī)器級，操作系統(tǒng)機(jī)器級D.應(yīng)用語言機(jī)器級，操作系統(tǒng)機(jī)器級，微程序機(jī)器級，傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級7、在操作系統(tǒng)機(jī)器級，一般用（）程序（）作業(yè)控制語句。A.匯編程序，翻譯B.匯編程序，解釋C.機(jī)器語言，解釋D.機(jī)器語言，翻譯8、1TFLOPS計算機(jī)能力，1TBYTE/S的I/O帶寬和（）稱為計算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)。A，1TBYTE硬盤容量B.1TBYTE軟盤容量C.1TBYTE主存容量D.A和B9、對機(jī)器語言程序員透明的是()。A.中斷字B.主存地址寄存器C.通用寄存器D.條件碼10、浮點數(shù)尾數(shù)基值rm=8，尾數(shù)數(shù)值部分長6位，可表示的規(guī)格化最小正尾數(shù)為()A.0.5B.0.25C.0.125D.1/64二、填空題11、評價地址碼個數(shù)不同的4種指令的優(yōu)缺點的主要標(biāo)準(zhǔn)是________和________12、輸入輸出設(shè)備的異步性、實時性、與________三個特點是現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)必須具備的共同特性。13、按照Flynn分類法，根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的不同組織方式，計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為SISD（單指令流單數(shù)據(jù)流）、MISD、________和________14、虛擬存貯器是增加輔助________件。使主、輔存形成整體，速度接近于________存的。容量是輔存的。15、基于寄存器-寄存器的向量指令是指________來自________或把操作后的結(jié)果寫入向量寄存器。這類指令是向量指令集中最重要的指令。16、段式存儲管理是指________，為此每道程序在系統(tǒng)中都有一個________17、一個程序在計算機(jī)上運行，花費的CPU時間為CPU的時鐘周期乘以該程序所有機(jī)器指令使用CPU的時鐘周期數(shù)，即CPU時間=________×________18、Cache存貯器地址映象大多采用________映象或________映象，以利于實現(xiàn)。19、操作碼的表示方法通常有3種，即________、________和擴(kuò)展編碼。20、單體多字并行存儲器的訪問沖突包括取指令沖突，________，寫數(shù)據(jù)沖突，________三、判斷題21、硬件上設(shè)置多條相同的流水線，可實現(xiàn)超標(biāo)量流水線。（）22、流水線的吞吐率是流水線單位時間輸出結(jié)果的數(shù)量。（）23、Cache存貯器等效訪問速度達(dá)不到接近于第一級Cache的，可以增加Cache容量來解決。（）24、低速打印機(jī)，在總線上傳送數(shù)據(jù)時，其"數(shù)據(jù)寬度"宜用可變長塊。（）25、磁盤設(shè)備在數(shù)據(jù)傳送時，數(shù)據(jù)寬度宜采用單字或單宇節(jié)。（）26、系列機(jī)不再是方向，因為它約束了計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。（）27、重疊寄存器窗口技術(shù)是RISC最關(guān)鍵的技術(shù)。（）28、多處理機(jī)中，兩個程序段之間若有先寫后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則不能并行，但任何情況下可以交換串行。（）29、計算機(jī)仿真適合在兩種結(jié)構(gòu)差距大的機(jī)器間運用。（）30、在一段時間內(nèi)相繼發(fā)射多個任務(wù)，體現(xiàn)了并發(fā)性概念。（）31、對操作碼進(jìn)行優(yōu)化編碼時，在了解每種指令在程序中出現(xiàn)的概率后，使用Huffman算法構(gòu)造Huffman樹，這樣獲得的Huffman編碼是唯一的。（）32、要使線性流水線的實際吞吐率接近于理想的最大吞吐率，應(yīng)將子過程數(shù)分得越多越好。（）33、設(shè)某機(jī)有32個處理器，其編號為0，1，A31，用Shuffle（Shuffle）互聯(lián)函數(shù)時，第11號處理器與第26號處理器相聯(lián)。（）34、在存貯體系中，地址的映象與地址的變換沒有區(qū)別。（）35、多處理機(jī)實現(xiàn)信息交換和同步最簡單的方法是存儲器共享。（）四、名詞解釋36、通道流量：37、可信性：38、2：1Cache經(jīng)驗規(guī)則：39、順序流水線：40、流水線的加速比：41、翻譯：五、簡答題42、簡述減小Cache失效開銷的幾種方法。43、表示尋址方式的主要方法有哪些？簡述這些方法的優(yōu)缺點。44、降低Cache失效率有哪幾種方法？簡述其基本思想。45、通常有哪幾種指令格式，請簡述其適用范圍。46、解決流水線瓶頸問題有哪兩種常用方法？六綜合題47、計算機(jī)系統(tǒng)字長32位，包含兩個選擇通道和一個多路通道，每個選擇通道上連接了兩臺磁盤機(jī)和兩臺磁帶機(jī)，多路通道上連接了了兩臺行式打印機(jī)，兩臺讀卡機(jī)，10臺終端，假定各設(shè)備的傳輸率如下：磁盤機(jī)：800KBps磁帶機(jī)：200KBps行打機(jī)：6.6KBps讀卡機(jī)：1.2KBps終端：1KBps計算該計算機(jī)系統(tǒng)的最大I/O數(shù)據(jù)傳輸率。48、假設(shè)在一個計算機(jī)系統(tǒng)中：（1）每頁為32KB，Cache塊大小為128字節(jié)；（2）對應(yīng)新頁的地址不在Cache中，CPU不訪問新頁中的任何數(shù)據(jù)；（3）Cache中95%的被替換塊將再次被讀取，并引起一次失效；（4）Cache使用寫回方法，平均60%的塊被修改過；（5）I/O系統(tǒng)緩沖能夠存儲一個完整的Cache塊；（6）訪問或失效在所有Cache塊中均勻分布；（7）在CPU和I/O之間，沒有其它訪問Cache的干擾；（8）無I/O時，每100萬個時鐘周期內(nèi)有18000次失效；（9）失效開銷是40個時鐘周期。如果被替換的塊被修改過，則再加上30個周期用于寫回主存；（10）假設(shè)計算機(jī)平均每200萬個周期處理一頁。試分析I/O對于性能的影響有多大？49、用一個N=8的三級Omega網(wǎng)絡(luò)連接8個處理機(jī)（P0~P7），8個處理機(jī)的輸出端分別依序連接Omega網(wǎng)絡(luò)的8個輸入端0~7，8個處理機(jī)的輸入端分別依序連接Omega網(wǎng)絡(luò)的8個輸出端0~7。如果處理機(jī)P6要把數(shù)據(jù)播送給處理機(jī)P0~P4，處理機(jī)P3要把數(shù)據(jù)播送給處理機(jī)P5~P7，那么，Omega網(wǎng)絡(luò)能否同時為它們的播送要求實現(xiàn)連接？畫出實現(xiàn)播送的Omega網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀態(tài)圖。50、設(shè)E為交換函數(shù)，S為均勻洗牌函數(shù)，B為蝶式函數(shù)，PM2I為移數(shù)函數(shù)，函數(shù)的自變量是十進(jìn)制數(shù)表示的處理機(jī)編號?，F(xiàn)有32臺處理機(jī)，其編號為0，1，2，…，31。（1）分別計算下列互連函數(shù)E2（12）S（8）B（9）PM2I+3（28）E0（S（4））S（E0（18））（2）用E0和S構(gòu)成均勻洗牌交換網(wǎng)（每步只能使用E0和S一次），網(wǎng)絡(luò)直徑是多少？從5號處理機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到7號處理機(jī)，最短路徑要經(jīng)過幾步？請列出經(jīng)過的處理機(jī)編號。（3）采用移數(shù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成互連網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)直徑是多少？結(jié)點度是多少？與2號處理機(jī)距離最遠(yuǎn)的是幾號處理機(jī)？

參考答案一、選擇題1、【答案】A2、【答案】B3、【答案】B4、【答案】C5、【答案】D6、【答案】A7、【答案】C8、【答案】C9、【答案】B10、【答案】C二、填空題11、【答案】定長操作碼、Huffman編碼12、【答案】獨立性13、【答案】單指令多數(shù)據(jù)流SIMD多指令多數(shù)據(jù)流MIMD14、【答案】軟硬主15、【答案】參加運算操作的向量向量寄存器16、【答案】主存按段分配的存儲管理方式段表17、【答案】CPU時鐘周期數(shù)，時鐘周期18、【答案】組相聯(lián)全相聯(lián)19、【答案】程序的存儲量程序的執(zhí)行速度20、【答案】讀操作數(shù)沖突讀寫沖突三、判斷題21、【答案】對22、【答案】對23、【答案】對24、【答案】錯25、【答案】錯26、【答案】錯27、【答案】錯28、【答案】錯29、【答案】錯30、【答案】對31、【答案】錯32、【答案】錯33、【答案】錯34、【答案】錯35、【答案】對四、名詞解釋36、答：通道流量指一個通道在數(shù)據(jù)傳送期間，單位時間內(nèi)能夠傳送的數(shù)據(jù)量。37、答：可信性指服務(wù)的質(zhì)量，即在多大程度上可以合理地認(rèn)為服務(wù)是可靠的。38、答：大小為N的直接映象Cache的失效率約等于大小為N/2的兩路組相聯(lián)Cache的實效率。39、答：流水線輸出端任務(wù)流出的順序與輸入端任務(wù)流入的順序完全相同。40、答：使用順序處理方式處理一批任務(wù)所用的時間與按流水處理方式處理同一批任務(wù)所用的時間之比。41、答：先用轉(zhuǎn)換程序把高一級機(jī)器上的程序轉(zhuǎn)換為低一級機(jī)器上等效的程序，然后再在這低一級機(jī)器上運行，實現(xiàn)程序的功能。五、簡答題42、答：讓讀失效優(yōu)先于寫、寫緩沖合并、請求字處理技術(shù)、非阻塞Cache或非鎖定Cache技術(shù)、采用二級Cache。43、答：表示尋址方式有兩種常用的方法：（1）將尋址方式編于操作碼中，由操作碼在描述指令的同時也描述了相應(yīng)的尋址方式。這種方式譯碼快，但操作碼和尋址方式的結(jié)合不僅增加了指令的條數(shù)，導(dǎo)致了指令的多樣性，而且增加了CPU對指令譯碼的難度。（2）為每個操作數(shù)設(shè)置一個地址描述符，由該地址描述符表示相應(yīng)操作數(shù)的尋址方式。這種方式譯碼較慢，但操作碼和尋址獨立，易于指令擴(kuò)展。44、答：常用的降低Cache失效率的方法有下面幾種：（1）增加Cache塊大小。增加塊大小利用了程序的空間局部性。（2）增加Cache的容量。（3）提高相聯(lián)度，降低沖突失效。（4）偽相聯(lián)Cache，降低沖突失效。當(dāng)對偽相聯(lián)Cache進(jìn)行訪問時，首先是按與直接映象相同的方式進(jìn)行訪問。如果命中，則從相應(yīng)的塊中取出所訪問的數(shù)據(jù)，送給CPU，訪問結(jié)束。如果不命中，就將索引字段的最高位取反，然后按照新索引去尋找“偽相聯(lián)組”中的對應(yīng)塊。如果這一塊的標(biāo)識匹配，則稱發(fā)生了“偽命中”。否則，就訪問下一級存儲器。（5）硬件預(yù)取技術(shù)。在處理器提出訪問請求前預(yù)取指令和數(shù)據(jù)。（6）由編譯器控制的預(yù)取，硬件預(yù)取的替代方法，在編譯時加入預(yù)取的指令，在數(shù)據(jù)被用到之前發(fā)出預(yù)取請求。（7）編譯器優(yōu)化，通過對軟件的優(yōu)化來降低失效率。（8）“犧牲”Cache。在Cache和其下一級存儲器的數(shù)據(jù)通路之間增設(shè)一個全相聯(lián)的小Cache，存放因沖突而被替換出去的那些塊。每當(dāng)發(fā)生不命中時，在訪問下一級存儲器之前，先檢查“犧牲”Cache中是否含有所需的塊。如果有，就將該塊與Cache中某個塊做交換，把所需的塊從“犧牲”Cache調(diào)入Cache。45、答：（1）變長編碼格式。如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者感興趣的是程序的目標(biāo)代碼大小，而不是性能，就可以采用變長編碼格式。（2）固定長度編碼格式。如果感興趣的是性能，而不是程序的目標(biāo)代碼大小，則可以選擇固定長度編碼格式。（3）混合型編碼格式。需要兼顧降低目標(biāo)代碼長度和降低譯碼復(fù)雜度時，可以采用混合型編碼格式。46、答：細(xì)分瓶頸段與重復(fù)設(shè)置瓶頸段六綜合題47、解：本題要求計算通道的吞吐率，而且機(jī)器有一個多路通道，這就有兩種可能：字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道。因為如果將多路通道組織成數(shù)組多路通道，某個時刻通道只能為一臺設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，所以它的傳輸率是所有設(shè)備的傳輸率的最大值，而如果將它組織成字節(jié)多路通道，該通道的最大傳輸率就是所有設(shè)備的傳輸率之和。所以在本題中，從性能上考慮，應(yīng)組織成字節(jié)多路通道形式。所以此類通道的最大傳輸率為：（1）fBYTE＝∑fi＝f打印機(jī)傳輸率×2＋f讀卡機(jī)傳輸率×2＋f終端傳輸率×10＝25.6KBps（i＝1..14）（2）兩個選擇通道連接的設(shè)備相同，所以只要計算其中一個通道的傳輸率既可。因為磁盤機(jī)的傳輸率大于磁帶機(jī)。所以此類通道的傳輸率為：max{800，200}＝800KBps所以本系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸率為：f系統(tǒng)＝2×800＋25.6＝1625.6KBps。48、解：每個主存頁有32K/128＝256塊。因為是按塊傳輸，所以I/O傳輸本身并不引起Cache失效。但是它可能要替換Cache中的有效塊。如果這些被替換塊中有60％是被修改過的，將需要（256×60％）×30＝4608個時鐘周期將這些被修改過的塊寫回主存。這些被替換出去的塊中，有95％的后繼需要訪問，從而產(chǎn)生95％×256＝244次失效，將再次發(fā)生替換。由于這次被替換的244塊中數(shù)據(jù)是從I/O直接寫入Cache的，因此所有塊都為被修改塊，需要寫回主存（因為CPU不會直接訪問從I/O來的新頁中的數(shù)據(jù)，所以它們不會立即從主存中調(diào)入Cache），需要時間是244×（40＋30）＝17080個時鐘周期。沒有I/O時，每一頁平均使用200萬個時鐘周期，Cache失效36000次，其中60％被修改過，所需的處理時間為：（36000×40％）×40＋（36000×60％）×（40＋30）＝208800