计算机系统结构试题汇总带答案.docx

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计算机系统结构试题汇总带答案

全国2005年4月高等教育自学考试

计算机系统结构试题

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）

1.计算机系列化的优点不包括（）

A.有利于计算机的升级换代

B.便于组成多机系统和网络

C.同一系列内的软件一定是向下兼容的

D.在使用共同系统软件的基础上解决程序的兼容性

2.计算机的结构与组成不包括（）

A.操作系统B.硬联逻辑C.微程序控制D.所有硬件和固件的功能

3.在流水线系统结构中，取指令、执行等操作是（）

A.顺序B.转移C.中断D.重叠

4.重叠机器局部相关的处理方法有两类：

推后后续指令对相关单元的读和（）

A.异步流动B.采用顺序流动

C.设置相关直接通路D.调整指令流动的顺序

5.在选择通道方式中，优先级高的磁盘等中高速设备，进行输入输出传送时，适合于采用的数据宽度是（）

A.定长块B.单字节C.可变长块D.单字加可变长块

6.替换算法要解决的问题是（）

A.用户的虚页如何与主存的实页对应

B.如何用主存的实页号替代多用户的虚页号

C.当页面失效，选择主存中哪个页作为被替换的页

D.新用户要进入主存，选择哪个用户作为被替换的用户

7.下列不是数据流计算特点的是（）

A.设置状态B.没有指令计数器C.没有变量的概念D.操作结果不产生副作用

8.在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）

A.舍入法B.截断法C.恒置“1”法D.ROM查表法

9.字串位并是指同时对一个字的所有位进行处理，其并行等级（）

A.不存在并行性B.较高的并行性C.最高一级的并行性D.已经开始出现的并行性

10.设16个处理器编号分别为0，1，2，…，15，用Cube0互联函数时，与第13号处理器机联的处理器是（）

A.5号B.9号C.12号D.12号

二、填空题（本大题共10小题，每空1分，共20分）

11.多处理机程序并行性既存在于______内部，也存在于______外部。

12.一般的说，虚拟机器不一定全部由______实现，有些操作也可用______实现。

13.就流水线计算机而言，主要是通过______，让多个部件在时间上交错重叠地并行执运算和处理，以实现______。

14.主存空间数相关是指______之间出现对主存同一单元要求______的关联。

15.为提高流水线的______吞吐率，首先要找出______，然后设法消除它。

16.阵列处理机主要通过______实现空间上的并行；多处理机主要通过______实现时间和空间上的异步并行。

17.动态数据流计算机最主要的特点是让令牌带上______，使得在任意给定的时刻，数据流程序图任一条弧上允许出现多个带不同______的令牌。

18.中断响应就是允许其中断CPU______运行，转去对该请求进行预处理，包括保存好______，调出有关处理该中断服务程序，准备运行。

19.设多体单字低位交叉的存贮器，单体容量为I的m个分体，其Mj的编址模式为m×i+j,其中i=0,1,…，I-1;j=______，如m=4,M2体对应二进制地址码最低二位的状态为______。

20.自定义数据表示包括标志符数据表示和______两类，标志符应由编绎程序建立，对______程序透明，以减轻应用程序员的负担。

三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）

21.简述哈夫曼压缩概念的基本思想。

22.RISC存在不足表现在哪些方面?

23.简述SIMD系统的互连网络的设计目标。

24.CPU写Cache时，会发生Cache与主存的对应复本内容不一致的现象，解决这个问题有哪些方法?

各需要增加什么开销?

25.简述计算机系统“由中间开始”设计的基本思想。

四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

26.试分析通过何种方法可以解决通用寄存器组数相关的问题?

27.某机器有5级中断，中断响应次序为1→2→3→4→5，现要求中断处理次序为2→3→1→5→4。

（1）设计各级中断处理程序的中断屏蔽位的状态，令“0”为开放，“1”为屏蔽。

（见下表）

中断处理

程序级别

中断级屏蔽位

1级

2级

3级

4级

5级

第1级

第2级

第3级

第4级

第5级

（2）若在运行用户程序时，同时发生1、3级中断请求，而在1级中断服务未完成时，又发生2、3、4、5级中断，请画出处理机执行程序的全过程示意图（标出交换PSW的时间）。

五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

28.有表达式：

a（b+cd+efg+h）

在多处理机上，要求利用减少树高的方法加速运算。

（1）画出并行算法的树形流程图；

（2）确定处理机机数P、单台处理机顺序（串行）运算级数T1、P台处理机的运算级数Tp、加速比Sp和效率Ep各值。

29.某虚拟存储器共8个页面，每页为1024个字，实际主存为4K个字，采用页表法进行地址映象。

映象表的内容如下表所示。

实页号

装入位

3

1

1

1

2

0

3

0

2

1

1

0

0

1

0

0

（1）求出会发生页面失效的全部虚页号；

（2）求出虚地址为：

0，3728，1023，1024，7800，6800的主存实地址。

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中央广播电视大学2001—2002学年度第一学期“开放本科”期末考试

计算机专业计算机系统结构试题

2002年1月

一、解释下列术语（每个2分，共20分）

1．互连网络

2．Amdahl定律

3．分布存储多处理机

4．Cache存储器

5．系列机

6．透明性

7．LRU算法

8．RISC

9．超标量处理机

10．流水线的链接技术

二、填空题（每空1分，共20分）

1．在虚拟存储器中有三种地址空间，一种是应用程序员用来编写程序的地址空间，称为，第二种是的地址空间，第三种是辅存地址空间，也就是磁盘存储器的地址空间。

它们对应的三种地址分别是、和辅存地址。

2．按照Flynn分类法，根据指令流和数据流的不同组织方式，计算机系统的结构可以分为SISD（单指令流单数据流）、、和

。

3．为了满足向量计算机中运算器带宽的要求，通常有两种存储器系统结构，它们是和。

4．在CISC中，各种指令的使用频度相差悬殊，大致有以下的结果。

大约有

（比例）的指令使用频度较高，占据了（比例）的处理机时间。

5．从不同的角度，我们可以把流水线分成不同的类别。

如果根据流水线各功能段是否有反馈信号来划分，可以分为和；多功能流水线可以分为两种，即根据它在同一时间内是否能连成多种方式，可以分为和。

6．消息寻径方式包括两种，即线路交换和包交换。

其中包交换又包括

、和等方式。

7．RISC思想的精华是。

我们通常用来描述流水线的工作过程。

三、（15分）

假设一条指令的执行过程分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的时间分别为△t、△t和3△t。

在下列各种情况下，分别写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。

1．顺序执行方式。

（7分）

2．“取指令”、“分析”和“执行”重叠。

（8分）

四、（15分）

在下列不同结构的处理机上运行6×6的矩阵乘法C=A×B，计算所需要的最短时间。

只计算乘法指令和加法指令的执行时间，不计算取操作数、数据传送和程序控制等指令的执行时间。

加法部件和乘法部件的延迟时间都是3个时钟周期，另外，加法指令和乘法指令还要经过一个“取指令”和“指令译码”的时钟周期，每个时钟周期为20ns，C的初始值为“0”。

各操作部件的输出端有直接数据通路连接到有关操作部件的输入端，在操作部件的输出端设置有足够容量的缓冲寄存器。

[提示]：

要完成上面的矩阵乘法，我们可以计算需要完成的各种操作的数量（假定A和B都是6×6的矩阵。

C语言代码如下：

intk；

for（inti=0；i<6；i++）

for（intj=0；j<6；j++）

{

sum：

0；

for（k=0；k<6；k++）

{

sum+=A[i][k]×B[k][j]

}

C[i][j]=sum；

}

需要完成的乘法数目为6×6×6=216次；

需要完成的加法数目为6×6×5=180次；

1．处理机内只有一个通用操作部件，采用顺序方式执行指令。

（7分）

2．单流水线标量处理机，有一条两个功能的静态流水线，流水线每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期，加法操作和乘法操作各经过3个功能段。

（8分）

五、（10分）

已知四个程序在三台计算机上的执行时间（s，秒）如下：

程序

执行时间（s，秒）

计算机A

计算机B

计算机C

程序1

1

10

20

程序2

1000

100

20

程序3

500

1000

50

程序4

100

800

100

假设四个程序中每一个都有50，000，000条指令要执行。

1．计算这三台计算机中每台机器上每个程序的MIPS速率。

根据这些速率值，你能否得出有关三台计算机相对性能的明确结论?

（6分）

2．给出一种统计的方法（比如求均值）来估计三台计算机的相对性能，说明理由。

（4分）

六、（20分）

用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算每个功能段的延迟时间均相等，

流水线的输出端和输入端之间有直接数据通路，而且设置有足够的缓冲寄存器。

要求用尽可能短的时间完成计算。

[提示]：

首先需要考虑的是，10个数的和最少需要做几次加法。

我们可以发现，加法的次数是不能减少的：

9次；于是我们要尽可能快的完成任务，就只有考虑如何让流水线尽可能充满，这需要消除前后指令之间的相关。

由于加法满足交换率和结合率，我们可以调整运算次序，如以下的指令序列，我们把中间结果寄存器称为R，源操作数寄存器称为A，最后结果寄存器称为F，并假设源操作数已经在寄存器中，则指令如下：

I1：

RI←A1+A2

I2：

R2←A3+A4

I3：

R3←A5+A6

I4：

R4←A7+A8

I5：

R5←A9+A10

I6：

R6←R1+n2

I7：

R7←R3+R4

I8：

R8←R5+R6

I9：

F←R7+R8

这并不是唯一可能的计算方法。

假设功能段的延迟为△t。

1．画出流水线时空图。

（8分）

2．计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。

（每个4分，共12分）

答案及评分标准

一、解释下列术语（每个2分，共20分）

1．互连网络：

互连网络是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的小相互连接。

2．Amdahl定律：

系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。

3．分布存储多处理机：

是一种SIMD计算机，它包含重复设置的多个同样的处理单元，通过数据寻径网络以一定方式互相连结。

每个处理单元有各自的本地存储器。

4．Cache存储器：

Cache是位于主存储器与处理器之间的高速缓冲存储器，它用来解决主存储器与处理器之间速度相差太大的问题。

5．系列机：

指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。

6.透明性：

指一种本来存在的事物或属性，从某种角度看似乎不存在的现象。

7.LRU算法：

即近期最少使用算法，它选择近期最少访问的页面作为被替换的页面。

8．RISC：

精简指令系统计算机，这种系统中，尽量简化指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完成指令，较复杂的功能用一段子程序来实现。

9．超标量处理机：

通常把一个时钟周期内能够同时发射多条指令的处理机称为超标量处理机。

10．流水线的链接技术：

指一条指令的结果寄存器可能成为后继指令的操作数寄存器的技术。

二、填空题（每空1分，共20分）

1．虚拟地址空间主存储器虚拟地址（或者虚存地址）主存地址

2．SIMDMISDMIM或者单指令流多数据流多指令流单数据流多指令流多数据流（答案顺序可以不同）

3．存储器—存储器结构寄存器一寄存器结构

4．20％80％

5．线性流水线非线性流水线静态流水线动态流水线（前面两个答案顺序可以交换，后面两个答案顺序也可以交换）

6．存储转发寻径虚拟直通寻径虫蚀寻径（答案顺序可以交换）

7．减少指令平均执行周期数时空图

三、（15分）

1．（7分）

顺序执行时每条指令用时=△t+△t+3△t=5△t，因此n条指令所需要的时间=5n*△t

2．（8分）

第一条指令完成需要时间=△t+△t+3△t=5△t，由于一条指令的“取指令”和“分析”阶段和下一条指令的“执行”阶段重叠，因此，此后每3△t完成一条指令，余下的n—1条指令用时（n—1）×3△t．

因此n条指令所需要的时间=5△t+（n—1）×3△t=（3n+2）△t

四、（15分）

1．（7分）

顺序执行时，每个乘法和加法指令都需要5个时钟周期（取指令、指令分析、指令执行）；

所以所需要的时间为：

T=（216+180）×5×20ns=39600ns=39．6ms

2．（8分）

单流水线标量处理机，采用两功能静态流水线时；因为有足够的缓冲寄存器，所以我们可以首先把所有的乘法计算完，并通过调度使加法流水线不出现停顿，所以所需要的时间为：

T=

=[2+（3+216—1）+（3+180—1）]×20ns=8040ns

五、（10分）

1．（6分）

因为MIPS=

所以每台计算机每个程序得MIPS速率如下表所示：

程序

MIPS速率（百万指令/秒）

计算机A

计算机B

计算机C

程序1

50

5

2．5

程序2

0．05

0．5

2．5

程序3

0．1

0．05

1

程序4

0．5

0．0625

0．5

由上述MIPS速率可知，每个计算机对四个程序有不同的处理时间，而且大小顺序不同，所以不能得出明确结论。

2．（4分）

可以采取平均的方法来比较各计算机的相对性能：

平均执行时间

MIPS速率（百万指令/秒）

计算机A

计算机B

计算机C

算术平均（AM）

12．65

1．405

1．625

几何平均（GM）

0．595

0．295

1．33

调和平均（HM）

0．125

0．10

1．05

如果按照算术平均AM比较性能，计算机A最快，计算机C最慢，如果按照调和平均HM比较性能，结果恰好相反。

六、（20分）

1．（8分）

时空图如下，图中的数字是指令号：

2．（每个4分，共12分）

整个计算过程需要21△t，所以

吞吐率为：

加速比为：

2.1429

效率为：

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《计算机系统结构》考试题及答案

（一）

一、单项选择题

1.计算机使用的语言是（）。

A）专属软件范畴，与计算机体系结构无关

B）分属于计算机系统各个层次

C）属于用以建立一个用户的应用环境

D）属于符号化的机器指令

2.动态数据流机最突出的特点是使（）。

A）数据流令牌无标号

B）需要程序记数器来实现

C）令牌带上标号

D）同步由门（Latch）寄存器来实现

3.多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（）。

A）可以并行执行B）不可能并行

C）任何情况均可交换串行D）必须并行执行

4.多处理机的各自独立型操作系统（）。

A）要求管理程序不必是可再入的

B）适合于紧耦合多处理机

C）工作负荷较平衡

D）有较高的可靠性

5.输入输出系统硬件的功能对（）是透明的。

A）操作系统程序员B）应用程序员

C）系统结构设计人员D）机器语言程序设计员

6.“启动I/O”指令是主要的输入输出指令，是属于（）。

A）目态指令B）管态指令

C）目态、管态都能用的指令D）编译程序只能用的指令

7.全相联地址映象是指（）。

A）任何虚页都可装入主存中任何实页的位置

B）一个虚页只装进固定的主存实页位置

C）组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置

D）组间可任意装入，组内是固定装入

8.（）属于MIMD系统结构。

A）各处理单元同时受同一个控制单元的管理

B）各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令

C）松耦合多处理机和多计算机

D）阵列处理机

9.设16个处理器编号分别为0，1，2，…，15用Cube，互联函数时，第10号处理机与第（）号处理机相联。

A）11B）8C）14D）2

10.若输入流水线的指令既无局部性相关，也不存在全局性相关，则（）。

A）可获得高的吞吐率和效率B）流水线的效率和吞吐率恶化

C）出现瓶颈D）可靠性提高

二、填空题

1.开发并行性的途径有__________、__________和__________等。

2.计算机组成指的是计算机系统结构的__________，计算机实现指的是计算机组成的__________。

3.指令由__________和__________两部分组成。

4.依据对数据令牌不同，可将数据流计算机的结构分为__________和__________两种。

5.总线按用法可分为__________和__________两种。

6.I/O系统的发展经历了3个阶段，对应于3种工作方式，即__________、__________、__________。

7.根据存储映象算法的不同，虚拟存储器主要有__________、__________和__________三种映象方式。

8.流水技术按处理的级别分为__________、__________和__________。

三、判断题

1.（）目前市面上的个人电脑的升级换代主要选用的技术是微处理机技术。

2.（）微程序级以上的所有机器都称为是虚拟机。

3.（）内特性至少包括寄存器的构成定义和指令系统的定义。

4.（）在计算机系统结构设计中，指令系统设计是最关键的。

5.（）目前绝大多数计算机系统都采用存储器映射的I/O。

6.（）仿真采用纯软件解释执行方法实现某一个功能。

7.（）Flynn分类法可以对所有计算机系统进行分类。

8.（）所谓确定指令格式主要是选择指令字中的操作码和地址数。

9.（）虚拟存储器的空间大小取决于计算机的外存大小。

10.（）LOCALBUS总线支持UNIX操作系统。

四、简答题

1.从计算机执行程序的角度出发，并行性可分为哪四个等级。

2.总线的集中式控制方式有哪些？

比较它们的硬件复杂度。

3.什么是总线的数据宽度和数据通路宽度？

4.段式存储器有何优缺点？

5.流水线的向下扩展与向上扩展分别是什么含义？

五、综合应用题

文电由A~J及空格字符组成，其字符出现频度依次为0.17，0.05，0.20，0.06，0.08，0.03，0.01，0.08，0.13，0.08，0.11。

（1）各字符用等长二进制码编码，传送103个字符时，共需传送多少个二进制码码位？

（2）用Huffman码传送103个字符，比定长码传送，可减少传送的二进制码码位数是多少？

《计算机系统结构》面授试卷答案

一、单项选择题

1.B2.C3.B4.D5.B6.B7.A8.C9.D10.A

二、填空题

1.时间重叠、资源重复、资源共享

2.逻辑实现、物理实现

3.操作码、地址码

4.静态、动态

5.专用、非专用

6.程序控制I/O、直接存储器访问DMA、I/O处理器方式

7.段式、页式、段页式

8.部件级、处理机级、系统级

三、判断题

1.√2.×3.×4.√5.√6.×7.×8.√9.×10.×

四、简答题

1.

（1）指令内部并行

（2）指令间并行

（3）任务级或过程级并行

（4）作业或程序级并行

2.集中式控制方式包括：

（1）串行链接方式

（2）定时查询方式

（3）独立请求方式

串行链接方式的硬件复杂度最简单，其次是定时查询方式，独立请求方式的硬件复杂度最大。

3.数据宽度是I/O设备取得I/O总线后所传输数据的总量，数据通路宽度是数据总线的物理宽度，即一个时钟周期所传送的信息量。

4.主要优点包括：

（1）便于大程序分模块编制；

（2）便于几道程序共用主存中的程序和数据；

（3）易于以段为单位实现存储保护。

主要缺点是：

（1）无法高效地为调入段分配主存区域；

（2）需要设置段映象表，并为整个系统设立一个实主存管理表，并进行相应的管理。

5.流水线向下扩展是指把流水线的各段（或子过程）进一步细分，让每个子过程经过的时间都同等程度减少，以进一步提高吞吐率，流水技术的向上扩展可理解为在多个处理机之间流水，多个处理机对数据集中处理，各处理机专门完成其中的一个任务。

五、综合应用题

（1）共需传送4*103位；

（2）可减少传送的二进制码码位数为（4—3.23）*103=770位

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选择题

　　1、从计算机系统执行程序的角度看，并行性等级由低到高分为（）、（）、（）和（）四级。

　　A、任务或进程之间

　　B、指令内部

　　C、作业或程序之间

　　D、指令之间

　　2、从计算机系统中处理数据的并行性看，并行性等级从低到高分为（）、（）、（）和（）。

　　A、位并字串

　　B、全并行

　　C、位串字串

　　D、位串字并

　　3、存储器操作并行的典型例子是（），处理机操作步骤并行的典型例子是（），处理机操作并行的典型例子是（），指令、任务、作业并行的典型例子是（）。

　　A、阵列处理机

　　B、并行存储器系统和相联处理机

　　C、流水线处理机

　　D、多处理机

　　4、开发并行的途径有（），资源重复和资源共享。

　　A、多计算机系统

　　B、多道分时

　　C、分布式处理系统

　　D、时间重叠

　　5、