2022年北京邮电大学网络工程专业《计算机系统结构》科目期末试卷B(有答案)

2022年北京邮电大学网络工程专业《计算机系统结构》科目期末试卷

B（有答案）

一、选择题

1、虚拟存储器常用的地址映象方式是( )

A.全相联

B.段相联

C.组相联

D.直接

2、以下说法中，不正确的是（）。软硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例会

A.提高解题速度

B.提高硬件利用率

C.提高硬件成本

D.减少所需存储器用量

3、CRAY-I的流水线是( )

A.多条单功能流水线

B.一条单功能流水线

C.多条多功能流水线

D.一条多功能流水线

4、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（）

A.“执行”指令

B.“访管”指令

C.“启动IO”指令

D“测试与置定”指令

5、计算机系统的层次结构按照由高到低的顺序分别为（）。

A.高级语言机器级，汇编语言机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级

B.高级语言机器级，应用语言机器级，汇编语言机器级，微程序机器级

C.应用语言机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级

D.应用语言机器级，操作系统机器级，微程序机器级，传统机器语言机器级

6、计算机中优化使用的操作码编码方法是( )。（书上为扩展编码法）

A哈夫曼编码

B ASCII码

C BCD码

D扩展操作码

7、计算机组成设计不考虑（）

A.专用部件设置

B.功能部件的集成度

C.控制机构的组成

D.缓冲技术

8、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

9、计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是（）。

A.汇编语言机器级，操作系统机器级，高级语言机器级

B.微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级

C.传统机器语言机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级

D.汇编语言机器级，应用语言机器级，高级语言机器级

10、费林按指令流和数据流的多倍性把计算机系统分类，这里的多倍性指（）。

A.系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令流是数据流的多少倍。

B.系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的数据流是指令流的多少倍。

C.系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。

D.A和B

二、判断题

11、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。（）

12、多处理机实现信息交换和同步最简单的方法是存储器共享。（）

13、低速打印机，在总线上传送数据时，其"数据宽度"宜用可变长块。（）

14、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。（）

15、采用LRU替换的Cache存贮器，分配给程序的Cache容量一定时，块的大小增大，Cache的命中率将先上升，到一定时候又会逐渐降低。（）

16、中断响应就是允许其中断CPU现行程序的运行，转去对该请求进行预处理，如保存

好运算的数据结果，调出中断服务程序，准备运行。（）

17、只要将子过程进一步细分，就可以使流水线吞吐率进一步提高。（）

18、分布系统以分布为特征，用真实处理机替代虚拟处理机，其并行性是属于并发性。（）

19、浮点数尾数下溢处理采用舍入法还是恒置"1"法，对计算机系统结构是不透明的。（）

20、超长指令字（）VLIW）结构是将水平型微码和超标量处理两者相结合。（）

三、填空题

21、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。

22、动态多级互连网络可分为________和________非阻塞网3种类型。

23、Amdahl定律定义了用加速比来衡量改进措施对________提高的程度。加速比S的定

义为________

24、Huffman编码，长操作码的使用频度较________，而短操作码的使用频度较________

25、互连函数通常有的表示方法有________法、输入输出对应表示法、________

26、解决Cache与主存不一致性的方法有________和________

27、·按指令流与数据流，体系结构可分类为SISD、________、________和MIMD。

28、先行控制（Look-ahead）技术的关键是缓冲技术和预处理技术，以及这两者的相结合，通过对________和数据流的预处理和缓冲，能够尽量使________和________独立地工作，并始终处于忙碌状态。

29、交叉访问存储器通常有两种交叉编址方式：________和________

30、向量处理机的结构主要有________和________两种。

四、名词解释

31、CISC：

32、结点度：

33、CDB：

34、非阻塞Cache：

35、超长指令字：

36、处理机级流水线：

五、简答题

37、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？

38、简述先行控制的基本思想。

39、说明IBM SP2的体系结构特点。

40、试比较三种通道的优缺点及适用场合。

41、简述通道完成一次数据传输的主要过程。

六综合题

42、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？

43、假设分支目标缓冲的命中率为90%，程序中无条件转移指令的比例为5%，没有无条件转移指令的程序CPI值为1。假设分支目标缓冲中包含分支目标指令，允许无条件转移指令进入分支目标缓冲，则程序的CPI值为多少？

44、设某个字节多路通道的设备选择时间Ts为9.8μs，传送一个字节的数据所需的时间T D为0.2μs。若某种低速外设每隔500μs发出一次传送请求，那么，该通道最多可连接多少台这种外设？

参考答案

一、选择题

1、【答案】A

2、【答案】B

3、【答案】A

4、【答案】C

5、【答案】A

6、【答案】D

7、【答案】B

8、【答案】A

9、【答案】B

10、【答案】C

二、判断题

11、【答案】对

12、【答案】对

13、【答案】错

14、【答案】错

15、【答案】错

16、【答案】错

17、【答案】错

18、【答案】错

19、【答案】错

20、【答案】对

三、填空题

21、【答案】参加运算操作的向量向量寄存器

22、【答案】阻塞网可重排非阻塞网

23、【答案】系统性能，Sn= To/Tn

24、【答案】低，高、

25、【答案】函数表示法图形表示法

26、【答案】写直达法写回法

27、【答案】SIMD，MISD

28、【答案】指令流指令分析部件指令执行部件

29、【答案】地址码的高位交叉编址地址码的低位交叉编址

30、【答案】存储器-存储器结构寄存器-寄存器结构

四、名词解释

31、答：复杂指令集计算机

32、答：指互连网络中结点所连接的边数（通道数）。

33、答：公共数据总线。

34、答：Cache在等待预取数据返回时，还能继续提供指令和数据。

35、答：一种多指令流出技术。VLIW处理机在每个时钟周期流出的指令条数是固定的，这些指令构成一条长指令或者一个指令包，在这个指令包中，指令之间的并行性是通过指令显式地表示出来的。

36、答：又称指令流水线。它是把指令的执行过程按照流水方式进行处理，即把一条指令的执行过程分解为若干个子过程，每个子过程在独立的功能部件中执行。

五、简答题

37、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。

38、答：先行控制技术是把缓冲技术和预处理技术相结合。缓冲技术是在工作速度不固定的两个功能部件之间设置缓冲器，用以平滑它们的工作。预处理技术是指预取指令、对指令进行加工以及预取操作数等。

采用先行控制方式的处理机内部设置多个缓冲站，用于平滑主存、指令分析部件、运算器三者之间的工作。这样不仅使它们都能独立地工作，充分忙碌而不用相互等待，而且使指令分析部件和运算器分别能快速地取得指令和操作数，大幅度地提高指令的执行速度和部件的效率。这些缓冲站都按先进先出的方式工作，而且都是由一组若干个能快速访问的存储单元和相关的控制逻辑组成。

采用先行控制技术可以实现多条指令的重叠解释执行。

39、答：SP2机群是异步的MIMD，具有分布式存储器系统结构。它的每个结点都是一台RS/6000工作站，带有自己的存储器和本地磁盘。结点中采用的处理器是一台6流出的超标量处理机，每个时钟周期可以执行6条指令。

SP2的结点数可以从2个到512个不等，每个结点配有一套完整的AIX操作系统（IBM 的UNIX），结点间的互连网络接口是松散耦合的，通过结点本身的I/O微通道（MCC）接到网络上。

SP2的结点都有1个指令Cache，1个数据Cache，1个分支指令和转移控制部件，2个整数部件和2个浮点部件，但它们在存储器容量、数据宽度和I/O总线插槽个数上有所不同。

系统采用标准的工作站部件，仅在标准技术不能满足性能要求时才使用专用软件和硬件。

SP2的I/O系统基本上是围绕着HPS建立的，并可以用一个LAN网关同SP2系统外的其他计算机连接。

SP2中设置了一个专门的系统控制台用以管理整个系统，系统管理人员可以通过这个系统控制台从单一地点对整个系统进行管理。

40、答：（1）字节多路通道。一种简单的共享通道，主要为多台低速或中速的外围设备服务。（2）数组多路通道。适于为高速设备服务。（3）选择通道。为多台高速外围设备（如磁盘存储器等）服务的。

41、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。

六综合题

42、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

43、解：设每条无条件转移指令的延迟为x ，则有： 1＋5%×x ＝1.1

x ＝2

当分支目标缓冲命中时，无条件转移指令的延迟为0。 所以 程序的CPI ＝ 1 ＋ 2 × 5% ×(1 －90%) ＝1.01

44、解：字节多路通道的最大流量为：D

S byte T T f +=

-1m ax 字节多路通道的实际流量为：∑==p i i byte f f 1

其中，p 为通道连接的外设台数，f i 为外设i 的数据传输速率。因为连接的是同样的外设，所以f 1=f 2=…=f p =f ，故有f byte =pf 。

通道流量匹配的要求有：f max-byte ≥f byte 即有：pf T T D S ≥+1；可得：f

T T p D S )(1+≤ 已知Ts = 9.8μs ，T D = 0.2μs ，1/f = 500μs ，可求出通道最多可连接的设备台数为：

50)2.08.9(500)(1=+=+≤s s f T T p D S μμ S 26.67MFLOP T

32TP 1200(ns)

24818T T ====+=（拍））－＋（通过