2022年厦门大学数据科学与大数据技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷A(有答案)

2022年厦门大学数据科学与大数据技术专业《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、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、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4、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5、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6、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、若输入流水线的指令既无局部性相关，也不存在全局性相关，则（）。

A.可获得高的吞吐率和效率B.流水线的效率和吞吐率恶化C.出现瓶颈D.可靠性提高9、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10、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二、填空题11、程序在空间上的局部性主要是因为程序通常是________地存储和执行，数据通常是外地存贮。

12、流水线消除速度瓶颈的方法有________和瓶颈子过程多套并联两种。

13、段式存储管理是指________，为此每道程序在系统中都有一个________14、页面替换是发生于页面失效，同时又发生________的时候。

15、向量处理机的结构主要有________和________两种。

16、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。

17、流水有部件、处理机、系统等不同等级，多个处理机之间的流水属________级流水，也称________流水。

18、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________19、指令系统是软件设计人员与硬件设计人员之间的一个主要________，也是他们之间互相沟通的一座桥梁。

在计算机系统的设计过程中，________的设计是非常关键的，它必须由软件设计人员和硬件设计人员共同来完成。

20、三级存储系统是________、________、磁盘存储器。

三、判断题21、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。

（）22、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。

（）23、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。

（）24、多数I/O系统的结构应面向操作系统设计，考虑如何在操作系统与I/O系统之间进行合理的软、硬件功能分配。

（）25、条件转移是局部相关。

（）26、与重叠机器一样，流水机器在遇到转移指令，尤其是条件转移指令时，效率也会显著下降。

（）27、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。

（）28、磁盘设备在数据传送时，数据宽度宜采用单字或单宇节。

（）29、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。

（）30、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。

（）31、经常用的基本单元功能，宜于用软件实现，以降低实现费用。

（）32、超标量功能流水线能完成执行多种指令的功能。

（）33、系列机低档低价格，但性能太低；高档机高性能，但价格太高。

因此，为获得高性能价格比，应尽可能购置性能价格比高的中档机。

（）34、指令存储器的作用是存放并执行指令。

（）35、S2MP主要解决的问题是当前小规模共享存储多处理器系统在可扩展性上的瓶颈问题。

（）四、名词解释36、通道：37、响应时间：38、2：1Cache经验规则：39、单功能流水线：40、名相关：41、保留站：五、简答题42、简述先行控制的基本思想。

43、根据CPU性能公式简述RISC指令集结构计算机和CISC指令集结构计算机的性能特点。

44、简述Tomasulo算法的基本思想。

45、简述三种向量处理方式，它们对向量处理机的结构要求有何不同？46、试比较可用于动态互连的总线、交叉开关和多级互连网络的硬件复杂度和带宽。

六综合题47、一个具有32台处理机的系统，对远程存储器访问时间是2000ns。

除了通信以外，假设计算中的访问均命中局部存储器。

当发出一个远程请求时，本地处理机挂起。

处理机的时钟周期时间是10ns，假设指令基本的CPI为1.0（设所有访存均命中Cache）。

对于下述两种情况：（1）没有远程访问；（2）0.5%的指令需要远程访问。

试问前者比后者快多少？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、在MIPS流水线上运行如下代码序列：LOOP： LW R1，0（R2）DADDIU R1，R1，#1SW R1， 0（R2）DADDIU R2，R2，#4DSUB R4，R3，R2BNEZ R4，LOOP其中：R3的初值是R2+396。

假设：在整个代码序列的运行过程中，所有的存储器访问都是命中的，并且在一个时钟周期中对同一个寄存器的读操作和写操作可以通过寄存器文件“定向”。

问：（1）在没有任何其它定向（或旁路）硬件的支持下，请画出该指令序列执行的流水线时空图。

假设采用排空流水线的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？（2）假设该流水线有正常的定向路径，请画出该指令序列执行的流水线时空图。

假设采用预测分支失败的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？（3）假设该流水线有正常的定向路径和一个单周期延迟分支，请对该循环中的指令进行调度，你可以重新组织指令的顺序，也可以修改指令的操作数，但是注意不能增加指令的条数。

请画出该指令序列执行的流水线时空图，并计算执行上述循环所需要的时钟周期数。

50、给定以下的假设，试计算直接映象Cache和两路组相联Cache的平均访问时间以及CPU的性能。

由计算结果能得出什么结论？（1）理想Cache情况下的CPI为2.0，时钟周期为2ns，平均每条指令访存1.2次；（2）两者Cache容量均为64KB，块大小都是32字节；（3）组相联Cache中的多路选择器使CPU的时钟周期增加了10％；（4）这两种Cache的失效开销都是80ns；（5）命中时间为1个时钟周期；（6）64KB直接映象Cache的失效率为1.4％，64KB两路组相联Cache的失效率为1.0％。

参考答案一、选择题1、【答案】A2、【答案】B3、【答案】C4、【答案】D5、【答案】B6、【答案】A7、【答案】C8、【答案】A9、【答案】B10、【答案】C二、填空题11、【答案】本外12、【答案】瓶颈过程再细分13、【答案】主存按段分配的存储管理方式段表14、【答案】页面争用15、【答案】存储器-存储器结构寄存器-寄存器结构16、【答案】程序的指令条数每条指令执行的平均周期数17、【答案】系统宏18、【答案】定长操作码、Huffman编码19、【答案】分界面指令系统20、【答案】高速缓冲存储器主存储器三、判断题21、【答案】错22、【答案】对23、【答案】错24、【答案】对25、【答案】错26、【答案】对27、【答案】错28、【答案】错29、【答案】错30、【答案】对31、【答案】错32、【答案】对33、【答案】对34、【答案】错35、【答案】对四、名词解释36、答：专门负责整个计算机系统输入/输出工作的专用处理机，能执行有限的一组输入输出指令。

37、答：从用户键入命令开始，到得到结果所花的时间。

38、答：大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N /2的两路组相联Cache的实效率。

39、答：单功能流水线指流水线的各段之间的连接固定不变、只能完成一种固定功能的流水线。

40、答：如果两条指令使用了相同的名，但是它们之间并没有数据流动，则称这两条指令存在名相关。

41、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）。

五、简答题42、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。

43、答：CPU性能公式：CPU时间＝IC×CPI×T其中，IC为目标程序被执行的指令条数，CPI为指令平均执行周期数，T是时钟周期的时间。

相同功能的CISC目标程序的指令条数ICCISC 少于RISC的ICRISC，但是CISC的CPICISC和TCISC都大于RISC的CPIRISC和TRISC，因此，CISC目标程序的执行时间比RISC的更长。

44、答：核心思想是：①记录和检测指令相关，操作数一旦就绪就立即执行，把发生RAW冲突的可能性减小到最少；②通过寄存器换名来消除WAR冲突和WAW冲突。