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2019年计算机系统结构复习试卷
来源:本站 点击数:1890次 更新时间:2019-03-17 15:45:59

计算机系统结构

一、单项选择题(本大题共10小题,每小题1分,共10)
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均不得分。
1.计算机系统的设计思路中,较好的是( C  )
A.由上往下 B.由下往上
C.由中间开始 D.由两边向中间
2.对计算机系统结构透明的是( A  )
A.机器级内部的数据流和控制流的组成 B.内存的最小编址单位
C.中断的分类与分级 D.信息保护方式和保护机构
3.程序员编写程序时使用的地址是( C  )
A.主存物理地址 B.有效地址
C.逻辑地址 D.基址
4.堆栈机器(堆栈数据表示)的特点不包括(  D )
A.有力地支持子程序的嵌套和递归调用
B.有丰富的堆栈操作指令且功能强大
C.有力地支持高级语言程序的编译
D.访问堆栈的速度低
5.四种浮点数尾数下溢处理方法中,实现最简单的方法是( A  )
A.截断法 B.舍入法
C.恒置“1”D.查表舍入法
6.除数为0引起的中断属于( A  )
A.程序性中断 B.外部中断
C.机器校验中断 D.输入/输出中断
7.对于挂有输入机、打印机等低速设备的总线,最合适的数据宽度是( B )
A.定长块 B.单字(单字节)
C.可变长块 D.单字加定长块
8.Cache存储器的地址映象规则中,块冲突概率最低、Cache的空间利用率最高的是( B  )
A.直接映象规则 B.组联映象规则
C.段相联映象规则 D.全相联映象规则
9.编号为012……1516个处理器,用单级互连网络互连,用Cubel互连函数时,与第5号处理器相连的处理器编号是(  C )
A.5 B.6
C.7 D.8
10.与传统的并行处理系统相比,机群系统所具有的特点不包括( B  )
A.用户编程方便 B.系统的开发周期长
C.系统的资源利用率高 D.系统的可扩展性好
二、填空题(本大题共20空,每空1分,共20)
请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均不得分。
11.自定义数据表示包括_标志符数据表示__数据描述符_两类。
12.实现软件移植的基本技术有_统一高级语言_____、采用系列机、__模拟与仿真___
13.寻址方式指的是指令按什么方式寻找(或访问)到所需的操作数或信息的,具有分别面向__主存_____寄存器_____和堆栈的寻址方式。
14.中断系统的软、硬件功能分配实质是_中断处理____程序软件和__中断响应____硬件的功能分配。
15.总线按用法可分为__专用______非专用____两类。
16.根据通道数据传送期中信息传送方式的不同,通道可分为__字节多路_____选择_和数组多路三类通道。
17.指令解释方式中,指令分析部件__指令执行部件_____任何时候都只有相邻两条指令在重叠解释的方式称为一次重叠。
18.根据所用的存储映象算法,虚拟存储器管理方式主要有段式、__页式________段页式__三种。
19.按弗林(Flynn)提出的计算机系统分类方法,并行处理机属于_单指令流多数据流(SIMD_____系统。20.多处理机的机间互连一般采用总线、_环形互连______交叉开关_____、多端口存储器或开关枢纽结构等形式。
21.Von Neumann型计算机是以控制流方式工作的;归约机是基于__数据流____的计算模型。

三、简答题(本大题共5小题,每小题6分,共30)
22.简述开发并行性的三种途径。

答:1)时间重叠

引入时间因素,是让多个处理过程在时间上相互错开,轮流使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转使用来赢得速度。

  2)资源重复

通过重复设置硬件资源来提高性能。

  3)资源共享

是用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源,来提高其利用率,相应也就提高了系统的性能。

23.简述程序的静态再定位和动态再定位的含义及实现方法。

答:(1静态再定位:在目的程序装入主存时,通过调用装入程序,用软件方法把目的程序的逻辑地址变换成物理地址的方法称为静态重定位方法。

2动态再定位:在程序执行时,通过地址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的程序基点地址形成物理地址后进行访存的方法称为动态再定位

24.简述设计RISC结构可采用的基本技术。

    1.RISC一般原则设计。

2.逻辑实现用硬联与微程序结合

3.用重叠寄存器窗口。

4.指令用流水和延迟转移。

5优化设计编译系统。

25.简述超流水线处理机提高指令级并行的方法和特点。

1)在超流水处理机中,每个△T仍只流出一条指令,但它的T′值小,一台度为m超流水线处理机T′只是基本机器周期T1/m。固此一条指令需花k.m.T′的时间,k为一条指令所含的枯朽机器周期数。只要流水线性能千里马充分发挥,其并行度就可达m.

(2)在公共的硬件上采用较短的时钟周期,深度流水来提高速度,需使用多项时钟,时钟频率高达100MHz~500MHz.没有高速时钟机制,超流水线处理机是无法实现的。
26.简述多处理机操作系统中各自独立型操作系统的优缺点。

各自独立型操作系统将控制功能分散到多台处理机上,由它们共同来完成。每台处理机都有一个独立的管理程在运行。某个处理机发生故障,不会引起整个系统瘫痪。但是,这操作系统的实现较复杂,进程调试的复杂性和开销加大。某台处理机灵生故障,难以恢复。各处理机负荷较难均衡。各自独立操作系统适合于地理位置分散的耦合型多处理机。

四、简单应用题(本大题共2小题,每小题10分,共20分)

27.在一个4段的单功能流水线处理机上需经7拍才能完成一个任务,其预约表如下:

27

拍号n

 

段号K

1

2

3

4

5

6

7

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

(1)分别写出延迟禁止表F、初始冲突向量C,并画出流水线状态转移图;

(2)写出流水线的最佳调度方案及对应的最大吞吐率。

解答:(1)延遲禁止表:  F{146}

初始沖突向量:C=(101001

流水线状态转移图:

 

2)流水线的最佳调度方案如下圖:

 

此時流水線的最佳調試方案為:(23,儘管按(32)調度平均延遲也為2.5拍,但實際流入奇數個任務時的實際吞吐率不如(25)方案小。

最大吞吐率為:Tpmax=1/2.5

28.编号为012、…、1516个处理器,用PM2I单级互连网络互连。

(1)写出所有各种单级PM2I的互连函数的一般式;

(2)计算与5号处理器直接相连的处理器。

答:(1)PM2+0(j)=j+1  MOD 16

PM2-0(j)=j-1  MOD 16

PM2+0(j)=j+2  MOD 16

PM2+1(j)=j+2 MOD 16

PM2-1(j)=j-2  MOD 16

PM2+2(j)=j+4  MOD 16

PM2-2(j)=j-4  MOD 16

PM2+3(j)=j+8  MOD 16

PM2-3(j)=j-8  MOD 16

(2)5号处理器直接相连的处理器为:1,4,6,3,7,9,13

五、综合应用题(本大题共2小题,每小题10分,共20分)

29.假设某机器共有8条指令(I1-I8),使用频度如题29表所示,要求:

 

29

指令

使用频度pi

I1

0.30

I2

0.10

I3

0.25

I4

0.15

I5

0.05

I6

0.04

I7

0.01

I8

0.10

(1)构造哈夫曼(Huffman)树;

(2)列表写出操作码的哈夫曼编码和只有两种码长的扩展操作码;

(3)分别计算使用哈夫曼编码和只有两种码长的扩展操作码的平均码长。

解:(1)构造哈夫曼(Huffman)如下图:

 

(2)操作码的哈夫曼编码和只有两种码长的扩展操作码如下表:

 

(3)分别计算使用哈夫曼编码和只有两种码长的扩展操作码的平均码长为:

=2.6,        =3.0

30.有一个Cache -主存存储层次,主存共8个块(0~7)Cache4个块(0~3),采用组相

联映象,组内块数为2块,替换算法为LRU算法。

(1)画出主存、Cache空间块的映象对应关系示意图;

(2)对于如下主存块地址流:035701327064,画出Cache内各块的实际替换过程图,并计算此期间的Cache命中率Hc

 

 

  1. 主存、Cache空间块的映象对应关系示意图

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

2)对于如下主存块地址流:035701327064,画出Cache内各块的实际替换过程图如下:[注:*表示候选替换块的块号,]

 

 

 

Hc=3/12

 

计算机系统结构

一、单项选择题

1.机器语言程序员看到的机器属性是(       )

A.计算机软件所要完成的功能 B.计算机硬件的全部组成

C.编程要用到的硬件组织 D.计算机各部件的硬件实现

2.数据表示的含义是(       )

A.数据所采用的数制和码制 B.数据类型

C.浮点数的表示方式 D.硬件能直接识别的数据类型

3.RISC执行程序的速度优于CISC的原因是(       )

A.RISC的指令系统的指令数较少

B.程序在RISC上编译的目标程序较短

C.RISC的指令平均周期数较少

D.RISC只允许Load指令和Store指令访存

4.在配有通道的计算机系统中,用户程序需要输出时,引起的中断是(       )

A.访管中断 B.I/O中断C.程序性中断 D.外部中断

5.能实现指令、程序、任务级并行的计算机系统属于(       )

A.SISD    B.SIMD   C.MISD    D.MIMD

6.采用Cache存储器主要是为了(       )

A.扩大存储系统的容量

B.提高存储系统的速度

C.扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

D.便于程序的访存操作

7.指令流水线属于(       )

A.操作流水线     B.部件级流水线

C.处理机级流水线 D.系统级流水线

8.下列不属于向量处理方式的是(       )

A.横向处理        B.纵向处理

C.分组纵横处理    D.超标量处理

9.下列浮点数尾数的下溢处理方法,相对较好的是(       )

A.舍入法 B.截断法   C.恒置“1”法 D.查表法

10.下列关于数据流计算机的描述,错误的是(       )

A.数据流计算机不是Von Neumann型计算机

B.数据流计算机不保存数组

C.数据流计算机采用数据驱动,执行的操作取决于输入数据的可用性

D.数据流计算机采用需求驱动,执行的操作取决于对数据的需求

二、填空题(本大题共10小题,每小题2分,共20)

11.实现程序移植的主要途径有统一高级语言、系列机、_______模拟______仿真_________

12.按指令中包含的地址码的个数来分,指令可分为一地址指令、二地址指令、______三地址指令__________零地址指令______

13.在可表示浮点数的正数区间,规格化浮点数的最大正数值由_______阶码____的最大正数值与___尾数________的最大正数值组合而成。

14.在程序控制输入输出方式中,由______cpu_____执行_______控制____程序来完成输入输出工作。

15.在通道型I/O系统中,I/O系统的最大流量是__通道极限流量_________I/O系统的实际流量是___________

16.二级存储系统的等(武汉自考)效访问速度接近于第一存储器访问速度的依据是程序的局部性,它包括__时间局部性____________空间局部性_______两个方面。

17.异步流动流水线会出现顺序流动流水线不可能发生的_____指令______相关和___________相关。

18.根据存储器的组织形式,并行处理机有两种类型的基本结构,分别是____集中式共享存储器________分布式存储器__________

19.多处理机机间互连一般采用_____总线形式__________环形互联形式_______、交叉开关形式和多端口存储器形式等。

20.在智能机中,___知识库机___________推理机________和智能接口处理机是必不可少的3个重要组成部分。

三、简答题(本大题共5小题,每小题6分,共30)

21.简述计算机系统Flynn分类法的分类角度及类别,并说明各类别的特征。

单指令流单数据流:单处理器计算机

单指令流多数据流:阵列处理机 相联处理机

多指令流单数据流:处理机间的鸿留水 脉动阵列流水机

多指令流多数据流:作业,任务,指令,数组全面并行的多机系统。

22.简述脉动阵列结构的特点。

1.结构简单,规整,模块化强,可扩充性好,适合大规模集成电路。

2.PE间通信距离短,数据流和控制流的设计简单规整。

3.所有PE同时运算,具有极高的并行性。

4.脉动阵列结构的构型与特定计算任务和算法密切相关,对VLSI不利。

23.简述中断响应和中断处理的软硬件功能是怎样进行分配的,并说明依据。

1.中断相应要求快,一般用硬件实现。

2.中断处理过程一般用软件,也可用硬件。

3.中断响应过程中现场的保存和恢复用硬件实现,以保证响应速度;另一部分现场用软件实现,提高灵活性。

24.设指令由取指、分析、执行和存结果四个子部件组成,每个子部件经过时间为△t,连续执行12条指令。画出在度m3的超标量处理机上工作的时空图。

25.画出具有集中式共享存储器的阵列处理机的基本构形。

 

四、简单应用题(本大题共2小题,每小题10分,共20)

26.有一条4段(S1~S4)组成的数据处理流水线如下图所示:其中,S1S2S3的执行时间为△tS4的执行时间为3t

(1)画出连续处理4个数据的处理过程的时空图,并求出流水线的实际吞吐率和效率。

(2)采用瓶颈段细分方法对瓶颈段S4进行改造,画出改造后的流水线和连续处理4个数据的时空图,并求出流水线的实际吞吐率和效率。