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A(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A（有答案）一、选择题1、推出系列机的新机器，不能更改的是（）。

A.原有指令的寻址方式和操作码B.系统总线的组成C.数据通路宽度D.存储芯片的集成度2、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3、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.数据表示4、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5、1TFLOPS计算机能力，1TBYTE/S的I/O带宽和（）称为计算机系统的3T性能目标。

A，1TBYTE 硬盘容量B.1TBYTE 软盘容量C.1TBYTE 主存容量D.A和B6、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7、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8、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9、IBM360/91属于（）A.向量流水机B.标量流水机C.阵列流水机D.并行流水机10、目前，MO由（）实现，M1用（）实现，M2至M5大多用（）实现。

A.软件，固件，硬件B.固件，软件，硬件C.硬件，软件，固件D.硬件，固件，软件11、流水机器对全局性相关的处理不包括( )A.猜测法B.提前形成条件码C.加快短循环程序的执行D.设置相关专用通路12、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B13、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14、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15、静态流水线是指( )A.只有一种功能的流水线B.功能不能改变的流水线C.同时只能完成一种功能的多功能流水线D.可同时执行多种功能的流水线二、填空题16、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。

17、单体多字并行存储器的访问冲突包括取指令冲突，________，写数据冲突，________18、浮点数阶码位数影响数的可表示 ________大小，尾数位数影响数的可表示________大小。

19、解决Cache与主存不一致性的方法有________和________20、页面调度的两种方式________和________21、虚拟存贮器主要是为解决主存________满足不了要求发展出来的。

22、LRU替换算法的实现方法有________和________23、动态多级互连网络可分为________和________非阻塞网3种类型。

24、Amdah1等人在1964年把系统结构定义为：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即________和________。

25、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________三、判断题26、最近最少使用法是STACK型替换算法。

（）27、指令的重叠解释，既可加快程序的解释，又能加快指令的解释。

（）28、主存空间数相关是相间隔的两条指令之间出现对主存同一单元要求先写而后读的关联。

（）29、条件转移是局部相关。

（）30、由于Cache存储器的地址变换和块替换算法是全硬件实现的，则Cache存储器对系统程序员是不透明的，Cache对处理机和主存间的信息交换是透明的。

（）31、对操作码进行优化编码时，在了解每种指令在程序中出现的概率后，使用Huffman算法构造Huffman树，这样获得的Huffman编码是唯一的。

（）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、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。

（）34、在一段时间内相继发射多个任务，体现了并发性概念。

（）35、软硬功能分配时，提高软件功能的比例会提高系统灵活性，也会提高解题速度。

（）四、名词解释36、兼容机：37、保留站：38、通用寄存器型机器：39、处理机级流水线：40、乱序流水线：41、前瞻执行：五、简答题42、指令集应满足哪几个基本要求？43、计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？并说出它们的含义。

44、通常有哪几种指令格式，请简述其适用范围。

45、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？46、降低Cache失效率有哪几种方法？简述其基本思想。

六综合题47、假设在一个计算机系统中：（1）每页为32KB，Cache块大小为128字节；（2）对应新页的地址不在Cache中，CPU不访问新页中的任何数据；（3）Cache中95%的被替换块将再次被读取，并引起一次失效；（4）Cache使用写回方法，平均60%的块被修改过；（5）I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块；（6）访问或失效在所有Cache块中均匀分布；（7）在CPU和I/O之间，没有其它访问Cache的干扰；（8）无I/O时，每100万个时钟周期内有18000次失效；（9）失效开销是40个时钟周期。

如果被替换的块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存；（10）假设计算机平均每200万个周期处理一页。

试分析I/O对于性能的影响有多大？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、在相同的条件下，如果展开7遍循环，求：（1）每遍循环的平均时钟周期；（2）每个时钟周期流出指令数；（3）操作槽（功能部件）的使用效率；（4）如果展开10遍，会出现哪些问题？50、列举出下面循环中的所有相关，包括输出相关、反相关、真相关。

for (i=2; i<100; i=i+1)a[i]=b[i]+a[i] ;/* s1 */c[i+1]=a[i]+d[i] ; /* s2 */a[i-1]=2*b[i] ; /* s3 */b[i+1]=2*b[i] ;/* s4 */参考答案一、选择题1、【答案】A2、【答案】C3、【答案】A4、【答案】A5、【答案】C6、【答案】B7、【答案】B8、【答案】C9、【答案】B10、【答案】D11、【答案】D12、【答案】C13、【答案】C14、【答案】B15、【答案】C二、填空题16、【答案】超标量处理机超流水线处理机执行程序速度17、【答案】读操作数冲突读写冲突18、【答案】范围精度19、【答案】写直达法写回法20、【答案】分页式请求页式21、【答案】容量22、【答案】计数器法比较对法23、【答案】阻塞网可重排非阻塞网24、【答案】概念性结构功能特性25、【答案】单指令多数据流SIMD 多指令多数据流MIMD三、判断题26、【答案】对27、【答案】错28、【答案】错29、【答案】错30、【答案】错31、【答案】错32、【答案】错33、【答案】错34、【答案】对35、【答案】错四、名词解释36、答：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。

37、答：在采用Tomasulo算法的MIPS处理器浮点部件中，在运算部件的入口设置的用来保存一条已经流出并等待到本功能部件执行的指令（相关信息）。

38、答：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

39、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。

40、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可以不同，允许后进入流水线的任务先完成。

这种流水线又称为无序流水线、错序流水线、异步流水线。

41、答：解决控制相关的方法，它对分支指令的结果进行猜测，然后按这个猜测结果继续取指、流出和执行后续的指令。

只是指令执行的结果不是写回到寄存器或存储器，而是放到一个称为ROB的缓冲器中。

等到相应的指令得到“确认”（即确实是应该执行的）后，才将结果写入寄存器或存储器。

五、简答题42、答：对指令集的基本要求是：完整性、规整性、高效率和兼容性。

完整性是指在一个有限可用的存储空间内，对于任何可解的问题，编制计算程序时，指令集所提供的指令足够使用。

规整性主要包括对称性和均匀性。

对称性是指所有与指令集有关的存储单元的使用、操作码的设置等都是对称的。

均匀性是指对于各种不同的操作数类型、字长、操作种类和数据存储单元，指令的设置都要同等对待。

高效率是指指令的执行速度快、使用频度高。

43、答：（1）以经常性事件为重点。

在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。

（2）Amdahl定律。

加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。

（3）CPU性能公式。

执行一个程序所需的CPU时间= IC ×CPI ×时钟周期时间。

（4）程序的局部性原理。

程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。

44、答：（1）变长编码格式。

如果系统结构设计者感兴趣的是程序的目标代码大小，而不是性能，就可以采用变长编码格式。

（2）固定长度编码格式。

如果感兴趣的是性能，而不是程序的目标代码大小，则可以选择固定长度编码格式。

（3）混合型编码格式。

需要兼顾降低目标代码长度和降低译码复杂度时，可以采用混合型编码格式。

45、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。

46、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。