2022年北京科技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年北京科技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、下列说法正确的是( )A.Cache容量一般不大，命中率不会很高B.Cache芯片速度一般比CPU的速度慢数十倍C.Cache本身速度很快。

但地址变换的速度很慢D.Cache存贮器查映象表和访问物理Cache其间可以流水，使速度与CPU匹配2、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、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.存贮芯片的集成度5、在计算机系统设计中，比较好的方法是（）。

A.从上向下设计B.从下向上设计C.从两头向中间设计D.从中间开始向上、向下设计6、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7、对系统程序员不透明的应当是( )。

A.Cache存贮器XB.系列机各档不同的数据通路宽度C.指令缓冲寄存器D.虚拟存贮器8、“启动I/O”指令是主要的输入输出指令，是属于（）。

A.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令9、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10、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11、组相联映象、LRU替换的Cache存贮器，不影响Cache命中率的是( )A.增加Cache中的块数B.增大组的大小C.增大主存容量D.增大块的大小12、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13、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。

14、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15、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"法二、填空题16、·按指令流与数据流，体系结构可分类为SISD、________、________和MIMD。

17、消息寻径方式可以分为两大类：________和________18、衡量向量处理机性能的主要参数是________和________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、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。

21、向量指令可分为________和________22、数据流机采用________，执行的操作序列取决于输入数据的可用性；归约机则采用________，执行的操作序列取决于对数据的要求，对数据的需求又来源于函数式程序设计语言对表达式的归纳。

23、多计算机互连网络中的通信模式有________和________24、系列机软件兼容必须做到向________兼容，尽可能争取向________兼容。

25、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=________×________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、对标量数据来说，并行主存系统的实际频宽采用多体单字方式的要比采用单体单字方式组成的高。

（）28、条件转移是局部相关。

（）29、设某机有32个处理器，其编号为0，1，A 31，用Shuffle（Shuffle）互联函数时，第11号处理器与第26号处理器相联。

（）30、二进制数表示数据信息较之二一十进制数表示，其存贮空间利用率低，运算速度要快。

（）31、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。

（）32、快表和主存也构成一个两级层次，一般快表的替换算法为PFF。

（）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、磁盘设备在数据传送时，数据宽度宜采用单字或单宇节。

（）四、名词解释36、兼容机：37、虚拟机：38、多Cache一致性：39、处理机间流水线：40、数据冲突：41、请求字优先：五、简答题42、通常有哪几种指令格式，请简述其适用范围。

43、RAID有哪些分级？各有何特点？44、指令集结构设计所涉及的内容有哪些？45、表示寻址方式的主要方法有哪些？简述这些方法的优缺点。

46、同步总线和异步总线各有什么优缺点？六综合题47、假设对指令Cache的访问占全部访问的75%；而对数据Cache的访问占全部访问的25%。

Cache的命中时间为1个时钟周期，失效开销为50 个时钟周期，在混合Cache中一次load或store操作访问Cache的命中时间都要增加一个时钟周期，32KB 的指令Cache的失效率为0.39%，32KB的数据Cache的失效率为4.82%，64KB的混合Cache的失效率为1.35%。

又假设采用写直达策略，且有一个写缓冲器，并且忽略写缓冲器引起的等待。

试问指令Cache和数据Cache容量均为32KB的分离Cache和容量为64KB的混合Cache相比，哪种Cache的失效率更低？两种情况下平均访存时间各是多少？48、假设各种分支指令数占所有指令数的百分比如下：现有一条段数为4的流水线，无条件分支在第二个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第三个时钟周期结束时才能够被解析出来。

第一个流水段是完全独立于指令类型的，即所有类型的指令都必须经过第一个流水段的处理。

请问在没有任何控制相关的情况下，该流水线相对于存在上述控制相关情况下的加速比是多少？49、假设一台计算机具有以下特性：（1）95％的访存在Cache中命中；（2）块大小为两个字，且失效时整个块被调入；（3）CPU发出访存请求的速率为109字/s；（4）25％的访存为写访问；（5）存储器的最大流量为109字/s（包括读和写）；（6）主存每次只能读或写一个字；（7）在任何时候，Cache中有30％的块被修改过；（8）写失效时，Cache采用按写分配法。

现欲给该计算机增添一台外设，为此首先想知道主存的频带已用了多少。

试对于以下两种情况计算主存频带的平均使用比例。

（1） 写直达Cache ； （2） 写回法Cache 。

50、动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图：其中，S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，各个功能段时间均为50ns ，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算：∑=51i iii zy x（1） 画出时空图；（2） 计算实际的吞吐率、加速比和效率。

乘法加法参考答案一、选择题1、【答案】D2、【答案】D3、【答案】D4、【答案】A5、【答案】D6、【答案】C7、【答案】D8、【答案】B9、【答案】A10、【答案】C11、【答案】C12、【答案】B13、【答案】C14、【答案】A15、【答案】D二、填空题16、【答案】SIMD，MISD17、【答案】线路交换包交换18、【答案】向量指令的处理时间向量长度为无穷量处理机的最大性能19、【答案】参加运算操作的向量向量寄存器20、【答案】快慢21、【答案】基于寄存器-寄存器的向量指令基于存储器-存储器的向量指令22、【答案】数据驱动需求驱动23、【答案】单播模式选播模式广播模式24、【答案】后上25、【答案】CPU时钟周期数，时钟周期三、判断题26、【答案】对27、【答案】对28、【答案】错29、【答案】错30、【答案】错31、【答案】错32、【答案】对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：用软件实现的机器。

38、答：多处理机中，当共享数据进入Cache，就可能出现多个处理器的Cache中都有同一存储器块的副本，要保证多个副本数据是一致的。

39、答：又称为宏流水线。

它是把多个处理机串行连接起来，对同一数据流进行处理，每个处理机完成整个任务中的一部分。

前一个处理机的输出结果存入存储器中，作为后一个处理机的输入。

40、答：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。

41、答：调块时，首先向存储器请求CPU所要的请求字。

请求字一旦到达，就立即送往CPU，让CPU继续执行，同时从存储器调入该块的其余部分。

五、简答题42、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。

43、答：(1)RAID0。

亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。

(2)RAID1。

亦称镜像盘，使用双备份磁盘。

每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。

如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。

镜像是最昂贵的解决方法。

特点是系统可靠性很高，但效率很低。

(3)RAID2。

位交叉式海明编码阵列。

即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，采用海明编码。

原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。

(4)RAID3。

位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。

即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。

(5)RAID4。

专用奇偶校验独立存取盘阵列。

即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。

(6)RAID5。

块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。