計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試題及其答案

1、 計(jì)算機(jī)科學(xué)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（A卷）題號(hào)一二三四五總分簽名得分注：1、共100分，考試時(shí)間120分鐘。2、此試卷適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)。得分一 單選題：(10分，每題1分)評(píng)分人1、 .啟動(dòng)I/O指令是主要的輸入輸出指令，是屬于（ B ）A.目態(tài)指令 B.管態(tài)指令 C.目態(tài)、管態(tài)都能用的指令 D.編譯程序只能用的指令2、 輸入輸出系統(tǒng)硬件的功能對(duì)(B )是透明的A.操作系統(tǒng)程序員 B.應(yīng)用程序員 C.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員 D.機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)員3、 全相聯(lián)地址映象是指（A）A.任何虛頁(yè)都可裝入主存中任何實(shí)頁(yè)的位置 B.一個(gè)虛頁(yè)只裝進(jìn)固定的主存實(shí)頁(yè)位置C.組之間固定，組內(nèi)任何虛頁(yè)

2、可裝入任何實(shí)頁(yè)位置 D.組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入4、 ( C ) 屬于MIMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)A.各處理單元同時(shí)受一個(gè)控制單元的管理 B.各處理單元同時(shí)受同個(gè)控制單元送來(lái)的指令C.松耦合多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) D.陣列處理機(jī)5、 多處理機(jī)上兩個(gè)程序段之間若有先寫(xiě)后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則（B ）A.可以并行執(zhí)行 B.不可能并行 C.任何情況均可交換串行 D.必須并行執(zhí)行6、 計(jì)算機(jī)使用的語(yǔ)言是（B）A.專(zhuān)屬軟件范疇，與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān) B.分屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)層次C.屬于用以建立一個(gè)用戶(hù)的應(yīng)用環(huán)境 D.屬于符號(hào)化的機(jī)器指令7、 指令執(zhí)行結(jié)果出現(xiàn)異常引起的中斷是（C ）A.輸入/輸出中斷 B.機(jī)器校驗(yàn)中

3、斷 C.程序性中斷 D.外部中斷8、 塊沖突概率最高的Cache地址映象方式是（A ）A直接 B組相聯(lián) C段相聯(lián) D全相聯(lián)9、 組相聯(lián)映象、LRU替換的Cache存儲(chǔ)器，不影響Cache命中率的是(B )A增大塊的大小 B增大主存容量 C增大組的大小 D增加Cache中的塊數(shù)10、 流水處理機(jī)對(duì)全局性相關(guān)的處理不包括（C）A.猜測(cè)法 B.提前形成條件碼 C.加快短循環(huán)程序的執(zhí)行 D.設(shè)置相關(guān)專(zhuān)用通路得分二 填空題：（20分，每題2分）評(píng)分人1、 數(shù)據(jù)通路寬度就是 數(shù)據(jù)總線上一次并行傳送的信息位數(shù) 。2、 計(jì)算機(jī)仿真用 微程序 解釋?zhuān)?jì)算機(jī)模擬用 機(jī)器語(yǔ)言 解釋3、 陣列處理機(jī)按存貯器的組成方式

4、可分為兩種構(gòu)形,分別為: 分布式存儲(chǔ)器 和 集中共享式 。4、 按弗林的觀點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分為 SISD 、 SIMD 、 MISD 和 MIMD 四大類(lèi)5、 浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的下溢處理方法有： 截?cái)喾? 舍入法, 恒置1法, 查表舍入法 。6、 流水線消除速度瓶頸的方法有瓶頸子過(guò)程_ 拆分_和瓶頸子過(guò)程_并聯(lián)_ _兩種。7、 具有相同“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”（如指令系統(tǒng)相同）的計(jì)算機(jī)可以因?yàn)樗俣纫蟮纫蛩氐牟煌捎?計(jì)算機(jī)組成 。8.在非線性流水線機(jī)器中, 可能發(fā)生的數(shù)據(jù)相關(guān)有: 先讀后寫(xiě)相關(guān) , 寫(xiě)寫(xiě)相關(guān) 和 先寫(xiě)后讀相關(guān) 。8、 互連網(wǎng)絡(luò)的交換方法主要有線路交換、包交換、線路/包交換，SIMD互連網(wǎng)絡(luò)多

5、采用 線 交換，多處理機(jī)常采用 包 交換。9、 Cache存儲(chǔ)器寫(xiě)操作時(shí)，只寫(xiě)入Cache，僅當(dāng)需要塊替換時(shí)，才將其寫(xiě)回主存，稱(chēng)這種修改主存塊內(nèi)容的方法為_(kāi)寫(xiě)回法_。得分三 簡(jiǎn)答題：（40分，每題4分）評(píng)分人1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是什么？軟、硬件之間的功能分配以及對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)界面的確定。2 計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)有什么關(guān)系？計(jì)算機(jī)組成指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)關(guān)系密切, 有人將它們和稱(chēng)為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。3 器件的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響？器件的發(fā)展改變了邏輯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法。器件的發(fā)展也使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“下移”速度加快。器件的發(fā)展還促進(jìn)了算

6、法、語(yǔ)言和軟件的發(fā)展。4 解決計(jì)算機(jī)主存與CPU的速度差對(duì)機(jī)器性能的影響，可采用哪些解決方法? 設(shè)置Cache, 采用并行主存系統(tǒng)5. 簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)RISC結(jié)構(gòu)使用的基本技術(shù)。 (1)按設(shè)計(jì)RISC的一般原則來(lái)設(shè)計(jì) (2)邏輯實(shí)現(xiàn)上采用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合 (3)設(shè)置大量工作寄存器并采用重疊寄存器窗口 (4)指令用流水和延遲轉(zhuǎn)移 (5) 采用Cache (6)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)6. 什么是軟件的可移植性?軟件不修改或只經(jīng)少量修改就可由一臺(tái)機(jī)器移植到另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行7. 請(qǐng)解釋說(shuō)明常用的4種基本單級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).立方體單級(jí)網(wǎng)絡(luò), PM2I網(wǎng)絡(luò), 混洗交換單級(jí)網(wǎng)絡(luò), 蝶形單級(jí)網(wǎng)絡(luò)8. 什么是中斷響應(yīng)次序和處理

7、次序?中斷響應(yīng)次序是在同時(shí)發(fā)生多個(gè)不同種類(lèi)的中斷請(qǐng)求時(shí),中斷響應(yīng)硬件中排隊(duì)器所決定的響應(yīng)次序. 處理次序是各個(gè)中斷請(qǐng)求實(shí)際被處理完畢的順序.9. 請(qǐng)解釋存儲(chǔ)系統(tǒng)和存儲(chǔ)體系的區(qū)別.存儲(chǔ)系統(tǒng)是將多種不同工藝的存儲(chǔ)器組織在一起, 但從邏輯上還不能成為一個(gè)整體. 而存儲(chǔ)體系就是從程序員角度來(lái)看, 各種不同工藝的存儲(chǔ)器在邏輯上是一個(gè)整體.10. 請(qǐng)說(shuō)明一次重疊中通用寄存器組相關(guān)的處理辦法.處理辦法有推后讀和設(shè)置相關(guān)通路得分四 計(jì)算題：（30分，每題6分）評(píng)分人1. 經(jīng)統(tǒng)計(jì), 某機(jī)器14條指令的使用頻率分別為: 0.01, 0.15, 0.12, 0.03, 0.02, 0.04, 0.02, 0.04,

8、 0.01, 0.13, 0.15, 0.14, 0.11, 0.03。請(qǐng)分別求出用等長(zhǎng)碼, 哈夫曼碼, 只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼的操作碼平均碼長(zhǎng)。等長(zhǎng)碼碼長(zhǎng)為位，哈夫曼碼平均碼長(zhǎng)為.位，兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼的操作碼平均碼長(zhǎng)為.位2. 設(shè)有兩個(gè)向量C和D，各有4個(gè)元素，在圖中的靜態(tài)雙功能流水線上工作。其中，1-2-3-5組成加法流水線，1-4-5組成乘法流水線。設(shè)每個(gè)流水線所經(jīng)過(guò)的時(shí)間均為t，而且流水線的輸出結(jié)果可以直接返回到輸入或暫存于相應(yīng)的緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需要的時(shí)間都可以忽略不計(jì)。求：該流水線的實(shí)際吞吐率TP和效率。 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7

9、8 9 10 11 12 13 14 15 16 時(shí)間t 實(shí)際吞吐率TP=7/（15t）=32%3. 在一個(gè)5段的流水線處理機(jī)上需經(jīng)9拍才能完成一個(gè)任務(wù)，其預(yù)約表如下表所示。(1)分別寫(xiě)出延遲禁止表F、初始沖突向量C；(2)畫(huà)出流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；(3)求出最小平均延遲、調(diào)度最佳方案。分別寫(xiě)出延遲禁止表F = 1, 5, 6, 8, 初始沖突向量C = 1 0 1 1 0 0 0 1 ,流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖最小平均延遲: 3.5拍 調(diào)度最佳方案（，）4. 如果設(shè)一個(gè)系統(tǒng)有四個(gè)中斷級(jí)，中斷響應(yīng)次序?yàn)?-2-3-4。現(xiàn)要求中斷處理次序改為1-4-3-2, (1)請(qǐng)畫(huà)出中斷級(jí)屏蔽位表。(2) 如果在運(yùn)行用

10、戶(hù)程序的過(guò)程中同時(shí)發(fā)生了1,2,3,4 級(jí)中斷, 請(qǐng)畫(huà)出此程序運(yùn)行過(guò)程示意圖。(3) 如果在運(yùn)行用戶(hù)程序的過(guò)程中同時(shí)發(fā)生了2,3級(jí)中斷, 而在3級(jí)中斷未處理完畢又發(fā)生了4級(jí)中斷, 最后回到用戶(hù)程序時(shí)又同時(shí)發(fā)生了1,2級(jí)中斷, 請(qǐng)畫(huà)出此程序運(yùn)行過(guò)程示意圖。（）（）（）5. 計(jì)算多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)。 見(jiàn)圖N=8多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)，求當(dāng)輸入端級(jí)控制信號(hào)為S2S1S0=010時(shí)，輸入端為0 1 2 3 4 5 6 7時(shí)，輸出端為： 23016745 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷（B卷）年級(jí)：專(zhuān)業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 題號(hào)一二三四五總分簽名得分注：1、共100分，考試時(shí)間120分鐘。

11、2、此試卷適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)。得分一 單選題：(10分，每題1分)評(píng)分人11、 . 計(jì)算機(jī)中優(yōu)化使用的操作碼編碼方法是（ D ）A. 哈夫曼編碼 B. ASCII碼 C. BCD碼 D. 擴(kuò)展操作碼12、 對(duì)系統(tǒng)程序員不透明的應(yīng)當(dāng)是( B ) A. Cache存儲(chǔ)器 B. 虛擬存儲(chǔ)器 C. 指令緩沖寄存器 D. 數(shù)據(jù)通路寬度13、 全相聯(lián)地址映象是指（A）A.任何虛頁(yè)都可裝入主存中任何實(shí)頁(yè)的位置 B.一個(gè)虛頁(yè)只裝進(jìn)固定的主存實(shí)頁(yè)位置C.組之間固定，組內(nèi)任何虛頁(yè)可裝入任何實(shí)頁(yè)位置 D.組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入14、 ( C ) 屬于MIMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)A.各處理單元同時(shí)受一個(gè)控制單

12、元的管理 B.各處理單元同時(shí)受同個(gè)控制單元送來(lái)的指令C.松耦合多處理機(jī)和多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) D.陣列處理機(jī)15、 多處理機(jī)上兩個(gè)程序段之間若有先寫(xiě)后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則（B ）A.可以并行執(zhí)行 B.不可能并行 C.任何情況均可交換串行 D.必須并行執(zhí)行16、 系列機(jī)軟件必須保證（ C ）A. 向前兼容，并向上兼容 B. 向前兼容，并向下兼容C. 向后兼容，力爭(zhēng)向上兼容 D. 向后兼容，力爭(zhēng)向下兼容17、 指令執(zhí)行結(jié)果出現(xiàn)異常引起的中斷是（C ）A.輸入/輸出中斷 B.機(jī)器校驗(yàn)中斷 C.程序性中斷 D.外部中斷18、 在Cache存儲(chǔ)器中常用的地址映象方式是（C ）A全相聯(lián)映象 B頁(yè)表法映象 C組相聯(lián)映象

13、 D段頁(yè)表映象19、 組相聯(lián)映象、LRU替換的Cache存儲(chǔ)器，不影響Cache命中率的是(B )A增大塊的大小 B增大主存容量 C增大組的大小 D增加Cache中的塊數(shù)20、 流水處理機(jī)對(duì)全局性相關(guān)的處理不包括（D）A.猜測(cè)法 B.提前形成條件碼 C.加快短循環(huán)程序的執(zhí)行 D.設(shè)置相關(guān)專(zhuān)用通路得分二 填空題：（20分，每題2分）評(píng)分人10、 數(shù)據(jù)寬度就是 設(shè)備取得總線后所傳送數(shù)據(jù)的總量 。11、 計(jì)算機(jī)仿真用 微程序 解釋?zhuān)?jì)算機(jī)模擬用 機(jī)器語(yǔ)言 解釋12、 固件就是 一種具有軟件功能的硬件 。13、 按弗林的觀點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分為 SISD 、 SIMD 、 MISD 和 MIMD 四大類(lèi)

14、14、 浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的下溢處理方法有： 截?cái)喾? 舍入法, 恒置1法, 查表舍入法 。15、 實(shí)現(xiàn)軟件移植的基本技術(shù)有同一高級(jí)語(yǔ)言，采用系列機(jī)，模擬和仿真。16、 并行主存系統(tǒng)包括 單體多字，多體單字和多體多字交叉存儲(chǔ)器 。17、 在非線性流水線機(jī)器中, 可能發(fā)生的數(shù)據(jù)相關(guān)有: 先讀后寫(xiě)相關(guān) , 寫(xiě)寫(xiě)相關(guān) 和 先寫(xiě)后讀相關(guān) 。18、 互連網(wǎng)絡(luò)的交換方法主要有線路交換、包交換、線路/包交換，SIMD互連網(wǎng)絡(luò)多采用 線 交換，多處理機(jī)常采用 包 交換。19、 Cache存儲(chǔ)器寫(xiě)操作時(shí)，在寫(xiě)入Cache的同時(shí)將其寫(xiě)回主存，稱(chēng)這種修改主存塊內(nèi)容的方法為_(kāi)寫(xiě)直達(dá)法_。得分三 簡(jiǎn)答題：（40分，每題4分）評(píng)

15、分人5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的是什么？軟、硬件之間的功能分配以及對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)界面的確定。6 計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題是什么？在所希望能達(dá)到的性能和價(jià)格比的前提下，怎樣最佳、最合理地把各種設(shè)備和部件組織成為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)所確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。7 舉例說(shuō)明幾種指令級(jí)高度并行的超級(jí)處理機(jī)？超標(biāo)量處理機(jī) 、超長(zhǎng)指令字處理機(jī) 、超流水線處理機(jī) 、超標(biāo)量超流水線處理機(jī) 8 解決計(jì)算機(jī)主存與CPU的速度差對(duì)機(jī)器性能的影響，可采用哪些解決方法? 設(shè)置Cache, 采用并行主存系統(tǒng)11. CISC指令系統(tǒng)的含義? 復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，即機(jī)器指令系統(tǒng)變得越來(lái)越龐雜，這就是所謂的CISC指令系統(tǒng)。12. 什么是軟件

16、的可移植性?軟件不修改或只經(jīng)少量修改就可由一臺(tái)機(jī)器移植到另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行13. 請(qǐng)解釋說(shuō)明常用的4種基本單級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).立方體單級(jí)網(wǎng)絡(luò), PM2I網(wǎng)絡(luò), 混洗交換單級(jí)網(wǎng)絡(luò), 蝶形單級(jí)網(wǎng)絡(luò)14. 什么是并行性？只要在同一時(shí)刻或是在同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，它們?cè)跁r(shí)間上能相互重疊，都體現(xiàn)了并行性。15. 請(qǐng)解釋存儲(chǔ)系統(tǒng)和存儲(chǔ)體系的區(qū)別.存儲(chǔ)系統(tǒng)是將多種不同工藝的存儲(chǔ)器組織在一起, 但從邏輯上還不能成為一個(gè)整體. 而存儲(chǔ)體系就是從程序員角度來(lái)看, 各種不同工藝的存儲(chǔ)器在邏輯上是一個(gè)整體.16. 請(qǐng)說(shuō)明一次重疊中通用寄存器組相關(guān)的處理辦法.處理辦法有推后讀和設(shè)置相關(guān)通路得分四

17、 計(jì)算題：（30分，每題6分）評(píng)分人1. 設(shè)一臺(tái)模型機(jī)有7條指令，其使用頻度為：指令 使用頻度 | 指令 使用頻度I1 0.03 | I4 0.05I2 0.03 | I5 0.15I3 0.04 | I6 0.3 | I7 0.42. 設(shè)有兩個(gè)向量C和D，各有4個(gè)元素，在圖中的靜態(tài)雙功能流水線上工作。其中，1-2-3-5組成加法流水線，1-4-5組成乘法流水線。設(shè)每個(gè)流水線所經(jīng)過(guò)的時(shí)間均為t，而且流水線的輸出結(jié)果可以直接返回到輸入或暫存于相應(yīng)的緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需要的時(shí)間都可以忽略不計(jì)。求：該流水線的實(shí)際吞吐率TP和效率。 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 時(shí)間t 實(shí)際吞吐率TP=7/（15t）=32%3. 在一個(gè)5段的流水線處理機(jī)上需經(jīng)9拍才能完成一個(gè)任務(wù)，其預(yù)約表如下表所示。(1)分別寫(xiě)出延遲禁止表F、初始沖突向量C；(2)畫(huà)出流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；(3)求出最小平均延遲、調(diào)度最佳方案。分別寫(xiě)出延遲禁止表F = 1, 5, 6, 8, 初始沖突向量C = 1 0 1 1 0 0 0 1 ,流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖最小平均延遲: 3.5拍 調(diào)度最佳方案（，）4. 若機(jī)器共有5級(jí)中斷