2022年哈尔滨师范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A(有答案)

2022年哈尔滨师范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A（有答案）一、选择题1、在计算机系统的层次结构中，机器被定义为（）的集合体A.能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构B.硬件和微程序（固件）C.软件和固件D.软件和硬件2、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3、下列说法正确的是（）A."一次重叠"是一次解释一条指令B."一次重叠"是同时解释相邻两条指令C.流水方式是同时只能解释两条指令D."一次重叠"是同时可解释很多条指令4、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B5、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6、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7、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）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。

8、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9、Cache存贮器常用的地址映象方式是( )。

A.全相联映象B.页表法映象C.组相联映象D.段页表映象10、对机器语言程序员透明的是( )。

A.中断字B.主存地址寄存器C.通用寄存器D.条件码11、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12、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13、在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）A.截断法B.舍入法C.恒置"1"法D.ROM查表法14、最能确保提高虚拟存贮器访主存的命中率的改进途径是( )A.增大辅存容量B.采用FIFO替换算法并增大页面C.改用LRU替换算法并增大页面D.改用LRU替换算法并增大页面数15、利用时间重叠概念实现并行处理的是( )。

A.流水处理机B.多处理机C.并行（阵列）处理机D.相联处理机二、填空题16、评价地址码个数不同的4种指令的优缺点的主要标准是________和________17、根据多台外围设备共享通道的不同情况，可将通道分为三种类型：________和________18、Cache存贮器是为解决主存________满足不了要求发展出来的。

19、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。

20、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。

21、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________22、寻径的基本原则是：________或________23、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24、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）、MISD、________和________25、在理想情况下，超标量超流水线处理机执行程序的速度是________和________的乘积。

三、判断题26、在一段时间内相继发射多个任务，体现了并发性概念。

（）27、计算机仿真适合在两种结构差距大的机器间运用。

（）28、OPT是STACK型替换算法。

（）29、流水机器处理中断应着眼于解决断点现场如何保存和恢复，并不在于如何缩短断流的时间，去追求流水的高吞吐率和高效率。

（）30、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。

（）31、时间是衡量计算机性能的主要标准。

（）32、异构机群的负载均衡任务优化调度问题可以描述为：寻找一个映射关系，将任务图TG映射到机群图PC，使作业时间最短。

（）33、系列机不再是方向，因为它约束了计算机系统结构的发展。

（）34、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。

（）35、系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。

（）四、名词解释36、松散耦合系统：37、兼容机：38、RISC：39、顺序流水线：40、半性能向量长度：41、非故障性预取：五、简答题42、降低Cache失效率有哪几种方法？简述其基本思想。

43、指令的执行可采用顺序执行、重叠执行和流水线三种方式，它们的主要区别是什么？各有何优缺点。

44、简述通道完成一次数据传输的主要过程。

45、从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：46、简述减小Cache失效开销的几种方法。

六综合题47、假设有一条长流水线，仅仅对条件转移指令使用分支目标缓冲。

假设分支预测错误的开销为4个时钟周期，缓冲不命中的开销为3个时钟周期。

假设：命中率为90%，预测精度为90%，分支频率为15%，没有分支的基本CPI为1。

（1）求程序执行的CPI。

（2）相对于采用固定的2个时钟周期延迟的分支处理，哪种方法程序执行速度更快？48、有些机器实现了专门的锁广播一致性协议，实现上可能使用不同的总线。

假设使用写广播协议，重新给出例旋转锁的时间计算。

49、有一条静态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第3段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水寄存器中。

现要在该流水线上计算 ，画出其时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。

50、设指令流水线由取指令、分析指令和执行指令3个部件构成，每个部件经过的时间为△t ，连续流入12条指令。

分别画出标量流水处理机以及ILP 均为4的超标量处理机、超长指令字处理机、超流水处理机的时空图，并分别计算它们相对于标量流水处理机的加速比。

乘法 加法 )(41ii i B A +∏=参考答案一、选择题1、【答案】A2、【答案】D3、【答案】В4、【答案】C5、【答案】D6、【答案】A7、【答案】C8、【答案】A9、【答案】C10、【答案】B11、【答案】B12、【答案】A13、【答案】A14、【答案】D15、【答案】A二、填空题16、【答案】定长操作码、Huffman编码17、【答案】字节多路通道选择通道数组多路通道18、【答案】速度19、【答案】参加运算操作的向量向量寄存器20、【答案】指令流指令分析部件指令执行部件21、【答案】系统性能，Sn= To/Tn22、【答案】不应出现死锁循环等待23、【答案】循环24、【答案】单指令多数据流SIMD 多指令多数据流MIMD25、【答案】超标量处理机超流水线处理机执行程序速度三、判断题26、【答案】对27、【答案】错28、【答案】对29、【答案】错30、【答案】错31、【答案】对32、【答案】对33、【答案】错34、【答案】对35、【答案】错四、名词解释36、答：又称间接耦合系统，一般是通过通道或通信线路实现计算机之间的互连，可以共享外存设备（磁盘、磁带等）。

计算机之间的相互作用是在文件或数据集一级上进行。

37、答：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。

38、答：精简指令集计算机39、答：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序完全相同。

40、答：向量处理机的性能为其最大性能的一半时所需的向量长度。

41、答：在预取时，若出现虚地址故障或违反保护权限，不发生异常。

五、简答题42、答：常用的降低Cache失效率的方法有下面几种：（1）增加Cache块大小。

增加块大小利用了程序的空间局部性。

（2）增加Cache的容量。

（3）提高相联度，降低冲突失效。

（4）伪相联Cache，降低冲突失效。

当对伪相联Cache进行访问时，首先是按与直接映象相同的方式进行访问。

如果命中，则从相应的块中取出所访问的数据，送给CPU，访问结束。

如果不命中，就将索引字段的最高位取反，然后按照新索引去寻找“伪相联组”中的对应块。

如果这一块的标识匹配，则称发生了“伪命中”。

否则，就访问下一级存储器。

（5）硬件预取技术。

在处理器提出访问请求前预取指令和数据。

（6）由编译器控制的预取，硬件预取的替代方法，在编译时加入预取的指令，在数据被用到之前发出预取请求。

（7）编译器优化，通过对软件的优化来降低失效率。

（8）“牺牲”Cache。

在Cache和其下一级存储器的数据通路之间增设一个全相联的小Cache，存放因冲突而被替换出去的那些块。

每当发生不命中时，在访问下一级存储器之前，先检查“牺牲”Cache中是否含有所需的块。

如果有，就将该块与Cache中某个块做交换，把所需的块从“牺牲”Cache 调入Cache。

43、答：（1）指令的顺序执行是指指令与指令之间顺序串行。

即上一条指令全部执行完后，才能开始执行下一条指令。

优点：控制简单，节省设备。

缺点：执行指令的速度慢，功能部件的利用率低。

（2）指令的重叠指令是在相邻的指令之间，让第k条指令与取第k+l条指令同时进行。

重叠执行不能加快单条指令的执行速度，但在硬件增加不多的情况下，可以加快相邻两条指令以及整段程序的执行速度。

与顺序方式相比，功能部件的利用率提高了，控制变复杂了。

（3）指令的流水执行是把一个指令的执行过程分解为若干个子过程，每个子过程由专门的功能部件来实现。

把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，每个子过程与其它的子过程并行进行。

依靠提高吞吐率来提高系统性能。

流水线中各段的时间应尽可能相等44、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。