2022年暨南大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷B(有答案)

2022年暨南大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末

试卷B（有答案）

一、选择题

1、浮点数尾数下溢处理时，最大误差最大，但下溢处理不需要时间，平均误差又趋于0的方法是( )。

A.截断法

B.舍入法

C.ROM查表法

D.恒置"1"法

2、程序员编写程序时使用的地址是( )。

A.有效地址

B.逻辑地址

C.辅存实地址

D.主存地址

3、在流水机器中，全局性相关是指( )。

A.先写后读相关

B.先读后写相关

C.指令相关

D.由转移指令引起的相关

4、与流水线最大吞吐率高低有关的是( )

A.各个子过程的时间

B.最快子过程的时间

C.最慢子过程的时间

D.最后子过程的时间

5、微指令由（）直接执行。

A.微指令程序

B.硬件

C.汇编程序

D.编译程序

6、下列说法中不正确的是（）

A.软件设计费用比软件重复生产费用高

B.硬件功能只需实现一次，而软件功能可能要多次重复实现

C.硬件的生产费用比软件的生产费用高

D.硬件的设计费用比软件的设计费用低

7、对汇编语言程序员透明的是（）

A.I/O方式中的DMA访问

B.浮点数据表示

C.访问方式保护

D.程序性中断

8、计算机系统结构不包括( )。

A.主存速度

B.机器工作状态

C.信息保护

D.数据

9、指令间“一次重叠”说法有错的是( )

A.仅“执行k”与“分析k+1”重叠

B."分析k”完成后立即开始“执行k”

C.应尽量使“分析k+1”与“执行k”时间相等

D.只需要一套指令分析部件和执行部件

10、与全相联映象相比，组相联映象的优点是( )

A.目录表小

B.块冲突概率低

C.命中率高

D.主存利用率高

11、汇编语言程序经（）的（）成机器语言程序。

A.编译程序，翻译

B.汇编程序，翻译

C.汇编程序，解释

D.编译程序，解释

12、在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会( )。

A.提高解题速度

B.减少需要的存贮容量

C.提高系统的灵活性

D.提高系统的性能价格比

13、不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括（）。

A.用统一的高级语言

B.用统一的汇编语言

C.模拟

D.仿真

14、下列关于虚拟存贮器的说法，比较正确的应当是( )

A.访主存命中率随页面大小增大而提高

B.访主存命中率随主存容量增加而提高

C.更换替换算法能提高命中率

D.在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率

15、属计算机系统结构考虑的是（）

A.主存采用MOS还是TTL

B.主存采用多体交叉还是单体

C.主存容量和编址方式

D.主存频宽的确定

二、填空题

16、虚拟存贮器主要是为解决主存________满足不了要求发展出来的。

17、系列机软件兼容必须做到向________兼容，尽可能争取向________兼容。

18、基于寄存器-寄存器的向量指令是指________来自________或把操作后的结果写入向量寄存器。这类指令是向量指令集中最重要的指令。

19、解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是推后法和设置________法两种基本方法。

20、程序在时间上的局部性表现在，最近未来要用的信息可能就是现在正在使用的信息，这是因为程序中有________循环

21、段页式虚拟存储器的内部地址映象表机构有________表和________表两部分。

22、一个程序在计算机上运行，花费的CPU时间为CPU的时钟周期乘以该程序所有机器指令使用CPU的时钟周期数，即CPU时间=________×________

23、按照流水线使用的级别，可以把流水线分为________、________和处理机间级三大类。

24、计算任何一个程序的执行时间的公式可表示为P=I•CPI•T，其中I是________ CPU是________T是一个周期的时间长度。

25、基于存储器-存储器的向量指令是指________来自________，两种结或把而且把操作后

的结果直接写入存储器。

三、判断题

26、在一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，采用模拟方法比采用仿真方法更快捷。（）

27、多处理机中，两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则不能并行，但任何情况下可以交换串行。（）

28、延迟转移技术是RISC关键技术之一。（）

29、按弗林（Michael J.Flynn）的观点，计算机系统可分为单指令流单数据流、单指令

流多数据流、多指令流单数据流和多指令流多数据流四大类。（）

30、指令存储器的作用是存放并执行指令。（）

31、监听协议用来保持 Cache一致性的两种策略分别是写无效(Write-Invalidate）策略

和写更新(Write-Update）策略。（）

32、由于Cache存贮器的地址变换和块替换算法是用软件实现的，因此Cache存贮器对应用程序员是透明的，而且Cache对处理机和主存间的信息交往也是透明的。（）

33、Cache存贮器等效访问速度达不到接近于第一级Cache的，可以增加Cache容量来解决。（）

34、硬件上设置多条相同的流水线，可实现超标量流水线。（）

35、经常用的基本单元功能，宜于用软件实现，以降低实现费用。（）

四、名词解释

36、虚拟机：

37、指令调度：

38、静态互连网络：

39、写后写冲突：

40、流水线的加速比：

41、尽早重启动：

五、简答题

42、从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：

43、简述通道完成一次数据传输的主要过程。

44、区别不同指令集结构的主要因素是什么？根据这个主要因素可将指令集结构分为哪3类？

45、简述减小Cache失效开销的几种方法。

46、在“Cache—主存”层次中，主存的更新算法有哪两种？它们各有什么特点？

六综合题

47、计算机系统字长32位，包含两个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接了两台磁盘机和两台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机，10台终端，假定各设备的传输率如下：

磁盘机：800KBps

磁带机：200KBps

行打机：6.6KBps

读卡机：1.2KBps

终端：1KBps

计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。

48、某向量处理机有16个向量寄存器，其中V0~V5中分别放有向量A、B、C、D、E、F，向量长度均为8，向量各元素均为浮点数；处理部件采用两条单功能流水线，加法功能部件时间为2拍，乘法功能部件时间为3拍。采用类似于CARY-1的链接技术，先计算（A+B）*C，在流水线不停流的情况下，接着计算（D+E）*F。

（1）求此链接流水线的通过时间？（设寄存器入、出各需1拍）

（2）假如每拍时间为50ns，完成这些计算并把结果存进相应寄存器，此处理部件的实际吞吐率为多少MFLOPS？

49、用一个N=8的三级Omega网络连接8个处理机（P0~P7），8个处理机的输出端分别依序连接Omega网络的8个输入端0~7，8个处理机的输入端分别依序连接Omega网络的8个输出端0~7。如果处理机P6要把数据播送给处理机P0~P4，处理机P3要把数据播送给处理机P5~P7，那么，Omega网络能否同时为它们的播送要求实现连接？画出实现播送的Omega网络的开关状态图。

50、对于两路超标量处理器，从存储器取数据有两拍附加延迟，其它操作均有1拍附加延迟，对于下列代码，请按要求进行指令调度。

LW R4,(R5)

LW R7,(R8)

DADD R9,R4,R7

LD R10,(R11)

DMUL R12,R13,R14

DSUB R2,R3,R1

SW R15,(R2)

DMUL R21,R4,R7

SW R23,(R22)

SW R21,(R24)

（1）假设两路功能部件中同时最多只有一路可以是访问存储器的操作，同时也最多只有一路可以是运算操作，指令顺序不变。

（2）假设两路功能部件均可以执行任何操作，指令顺序不变。

（3）假设指令窗口足够大，指令可以乱序（out-of-order）流出，两路功能部件均可以执行任何操作。

参考答案

一、选择题

1、【答案】D

2、【答案】B

3、【答案】D

4、【答案】C

5、【答案】B

6、【答案】D

7、【答案】A

8、【答案】A

9、【答案】B

10、【答案】A

11、【答案】B

12、【答案】C

13、【答案】B

14、【答案】D

15、【答案】C

二、填空题

16、【答案】容量

17、【答案】后上

18、【答案】参加运算操作的向量向量寄存器

19、【答案】相关专用通路

20、【答案】循环

21、【答案】快慢

22、【答案】CPU时钟周期数，时钟周期

23、【答案】功能部件级处理机级

24、【答案】程序的指令条数每条指令执行的平均周期数

25、【答案】参加运算操作的向量存储器

三、判断题

26、【答案】错

27、【答案】错

28、【答案】对

29、【答案】对

30、【答案】错

31、【答案】对

32、【答案】错

33、【答案】对

34、【答案】对

35、【答案】错

四、名词解释

36、答：用软件实现的机器。

37、答：通过在编译时让编译器重新组织指令顺序或通过硬件在执行时调整指令顺序来消除冲突。

38、答：各结点之间有固定的连接通路、且在运行中不能改变的网络。

39、答：考虑两条指令i和j，且i在j之前进入流水线，，指令j和指令i的结果单元（寄存器或存储器单元）相同，而且j在i写入之前就先对该单元进行了写入操作，从而导致写入顺序错误。这时在结果单元中留下的是i写入的值，而不是j写入的。

40、答：使用顺序处理方式处理一批任务所用的时间与按流水处理方式处理同一批任务所用的时间之比。

41、答：在请求字没有到达时，CPU处于等待状态。一旦请求字到达，就立即发送给CPU，让等待的CPU尽早重启动，继续执行。

五、简答题

42、答：

（1）指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行；

（2）指令级并行：并行执行两条或两条以上的指令；

（3）线程级并行：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位；

（4）任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务（程序段），以子程序或进程为调度单元；

（5）作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。

43、答：（1）在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。 (2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。 (3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。

44、答：区别不同指令集结构的主要因素是CPU中用来存储操作数的存储单元。据此可将指令系统结构分为堆栈结构、累加器结构和通用寄存器结构。

45、答：让读失效优先于写、写缓冲合并、请求字处理技术、非阻塞Cache或非锁定Cache技术、采用二级Cache。

46、答：

（1）写直达法。易于实现，而且下一级存储器中的数据总是最新的。

（2）写回法。速度快，“写”操作能以Cache存储器的速度进行。而且对于同一单元的多个写最后只需一次写回下一级存储器，有些“写”只到达Cache，不到达主存，因而所使用的存储器频带较低。

六综合题

47、解：本题要求计算通道的吞吐率，而且机器有一个多路通道，这就有两种可能：字节多路通道和数组多路通道。因为如果将多路通道组织成数组多路通道，某个时刻通道只能为一台设备传送数据，所以它的传输率是所有设备的传输率的最大值，而如果将它组织成字节多路通道，该通道的最大传输率就是所有设备的传输率之和。

所以在本题中，从性能上考虑，应组织成字节多路通道形式。

所以此类通道的最大传输率为：

（1）f BYTE＝∑fi＝f打印机传输率×2＋f读卡机传输率×2＋f终端传输率×10＝25.6KBps （i＝1..14）

（2）两个选择通道连接的设备相同，所以只要计算其中一个通道的传输率既可。因为磁盘机的传输率大于磁带机。所以此类通道的传输率为：

max{800，200}＝800KBps

所以本系统的最大数据传输率为： f系统＝2×800＋25.6＝1625.6KBps。

48、解：（1）我们在这里假设A＋B的中间结果放在V6中，（A＋B）×C地最后结果放在V7中，D＋E地中间结果放在V8中，（D＋E）×F的最后结果放在V9中。具体实现参考下图：

通过时间应该为前者（（A ＋B ）×C ）通过的时间：

T 通过= (1+2+1)+(1+3+1) =9（拍）

（2）在做完（A ＋B ）×C 之后，作（C ＋D ）×E 就不需要通过时间了。

V6←A ＋B

V7←V 6×C V8←D ＋E

V9←V 8×F

49、解：Omega 网络使用的2×2开关有4种状态：直送、交叉、上播、下播。置换连接只使用直送和交叉状态，播送连接还需要使用上播和下播状态。分别画出实现处理机P 6和P 3的播送连接要求使用的开关状态，如果没有开关状态和开关输出端争用冲突，就可以使用播送连接。实际上，它们的播送要求没有冲突，因此，可以同时实现，同时实现的Omega 网络开关状态图如下所示。

S

26.67MFLOP T

32TP 1200(ns)

24818T T ====+=（拍））－＋（通过

50、解：（1）

（2）

0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7

7

（3）