023251810計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2018年10月高等教育自學(xué)考試統(tǒng)考試題計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試卷答案（課程代碼 02325）一、單項選擇題：本大題共10小題，每小題1分，共10分，在每小題列出的備選項中只有一項是最符合題目要求的，請將其選出。在計算機系統(tǒng)設(shè)計中，對功能確定起主要作用的是（A）A.應(yīng)用軟件 B.系統(tǒng)軟件 C.機器指令 D.高級語言從計算機系統(tǒng)中處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級最低的是（C）A.位并字串 B.位片川字并 C.位串字串 D.全并行下列選項中屬于高級數(shù)據(jù)表示的是（A）A.向量 B.定點數(shù) C.邏輯數(shù) D.字符串浮點數(shù)系統(tǒng)使用的階基r=2,階值位數(shù)p=2，尾數(shù)位數(shù)m=4，尾數(shù)基值r=2pm時，在非負(fù)階正尾數(shù)、規(guī)格化的情況下可表示最大值是（A）A.7.5 B.6.5 C.5.5 D.4.5中斷可分為的種類數(shù)為（B）A.2類B.3類C.4類D.5類下列選項中，不屬于減少總線數(shù)量的方法是（D）A.線的組合 B.編碼 C.并/串——串/并轉(zhuǎn)換 D.編程Cache存儲器解決了主存無法滿足性能指標(biāo)要求的是（B）A.容量 B.速度 C.字長D.價格標(biāo)量處理機順序解釋的優(yōu)點是（A）A.控制簡單 B.速度快C.效率高 D.利用率高下列屬于陣列機所采用的技術(shù)的是（B）A.時間重疊 B.資源重復(fù) C.并發(fā)性 D.資源共享編號為0,1，?…15的16個處理器，當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為Shuffle時，9號處理器連接到的處理器的號數(shù)是（D）A.0 B.1 C.2 D.3二、填空題：本大題共10小題，每小題2分，共20分。從使用語言的角度，一臺由軟、硬件組成的通用計算機系統(tǒng)可以被看成是按（功能）劃分的多層（機器級）組成的層次結(jié)構(gòu)。計算機組成著眼于機器內(nèi)部各事件的排序方式與（控制機構(gòu)）、各部件的（功能）及各部件之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)表示指的是能由計算機硬件（識別）和（引用）的數(shù)據(jù)類型。尾數(shù)采用什么進制會影響到數(shù)的可表示（范圍）、（精度）及數(shù)在數(shù)軸上分布的離散程度。靜態(tài)再定位就是在目的程序裝入（主存）時，由轉(zhuǎn)入程序用軟件方法把目的程序的（邏輯地址）變成物理地址，程序執(zhí)行程序時，物理地址不再改變。非特權(quán)型指令主要供（應(yīng)用）程序員使用，特權(quán)性指令主要供（系統(tǒng)）程序員使用。對存儲系統(tǒng)的基本要求是大（容量）、高（速度）和低價格?？偩€按在系統(tǒng)中的位置分（芯片級）、（板級）和系統(tǒng)級等3級。在主存一輔存存儲層結(jié)構(gòu)中，從CPU上看，（速度）接近于主存，（容量）是輔存的。細(xì)粒度并行算法一般指（向量）或（循環(huán)）級的并行。三、簡答題：本大題共5小題，每小題6分，共30分。簡述軟、硬件取舍的基本原則。答：（1）應(yīng)考慮在現(xiàn)有硬件、器件的條件下，系統(tǒng)要有高的性能價格比，主要從實現(xiàn)費用、速度和其它性能要求來綜合考慮；（2）要考慮到準(zhǔn)備采用和可能采用的組成技術(shù)，使之盡可能不要過多或不合理地限制各種組成、實現(xiàn)技術(shù)的采用。（3）不能僅從“硬”的角度考慮如何便于應(yīng)用組成技術(shù)的成果和便于發(fā)揮器件技術(shù)的進展，還要從“軟”的角度把如何為編譯和操作系統(tǒng)的實現(xiàn)以及為高級語言的設(shè)計提供更多、更好的硬件支持放在首位。簡述系列機思想對計算機發(fā)展的意義和系列機軟件兼容的要求。答：（1）系列機可以較地解決軟件設(shè)計環(huán)境要求相對穩(wěn)定和硬件、器件、組成等技術(shù)在迅速發(fā)展的矛盾；（2）軟件可以豐富積累，使軟件產(chǎn)量、質(zhì)量不斷提高；（3）器件、硬件和組成又能不斷更新，使之短期內(nèi)就能提供出性能良好、價格更便宜的新機器，有力地促進計算機的發(fā)展。（4）系列機軟件兼容的基本要求是必須保證實現(xiàn)軟件的向后兼容，力爭做到向上兼容。簡述編譯程序設(shè)計者要求指令系統(tǒng)應(yīng)具有的特性。答：（1）規(guī)整性。對相似的操作做相同的規(guī)定；（2）對稱性。對稱性操作的定義相同，便于編譯；（3）獨立性和全能性。有多種程序選擇實現(xiàn)同一種功能，應(yīng)限定操作只能有一種選擇方式。（4）正交性。指令中各個不同含義的字段，在編碼時互不相關(guān)，相互獨立；（5）可組合性。讓指令系統(tǒng)中所有操作對各種尋址方式和數(shù)據(jù)類型都適應(yīng)；（6）可擴充性。要留有一定數(shù)量的冗余操作碼，以便以后擴充新指令。簡述中斷分成優(yōu)先級的原因及分級的方法。答：（1）中斷分成優(yōu)先級的原因：各中斷源是相互獨立且隨機發(fā)出中斷請求。當(dāng)多個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，CPU只能先響應(yīng)和處理其中優(yōu)先級相對高的中斷請求，因此需要對中斷源的響應(yīng)和處理安排一個優(yōu)先順序。（2）分級的方法：中斷分成類后，同一類內(nèi)部各中斷請求的優(yōu)先次序一般由軟件或通道來管理，主要是對于不同類的中斷要根據(jù)中斷的性質(zhì)、緊迫性、重要性及軟件處理的方便性分成若干優(yōu)先級，以便CPU可以有序地對這些中斷請求進行響應(yīng)和處理。簡述更新主存內(nèi)容的寫回法和寫直達法的基本原理。答：（1）寫回法：在CPU執(zhí)行寫操作時，信息只寫入Cache，僅當(dāng)需要替換時，才將該寫過的Cache塊先寫回主存，然后再調(diào)入新塊。（2）寫直達法：利用Cache存儲器在處理機和主存之間的直接通路，每當(dāng)處理機寫入Cache的同時，也通過此通路寫入主存。四、簡單應(yīng)用題：本大題共2小題，每小題10分，共20分。浮點數(shù)系統(tǒng)使用的階基r=2,階值位數(shù)p=2,尾數(shù)基值r=10，以r為基的尾pmm數(shù)尾數(shù)m，=l。在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化情況下，試計算（1） 最小尾數(shù)值；（2） 最大尾數(shù)值；（3） 最大階值；（4） 可表示的最小值；（5）可表示的最大值；（6）可表示數(shù)的個數(shù)。解：（1）最小尾數(shù)值：r-1=10-1=0.1m（2） 最大尾數(shù)值：1-rmm＇=1-10-1=0.9m（3） 最大階值：2p-1=22-1=3（4） 可表示的最小值：rm-1=101=0.1__m（5） 可表示的最大值：rm2p-1*（1-rm-m＇）=103*（1-10-1）=900m m=36（6）可表示數(shù)的個數(shù)： ’1丄=36r

m27.考慮一個920個字的程序，其訪問虛存的地址流為23、216、156、618、382、490、492、868、916、728。若頁面大小為200字，主存容量為400字，采用FIFO替換算法，請按訪存的各個時刻，寫出其虛頁地址流，計算主存命中率。解：頁面大小為200字，主存容量為400字，可知實存頁數(shù)為2。根據(jù)虛存的地址流，可得其虛頁地址流為：0,1,0,3,1,2,2,4,4,3采用FIFO替換算法替換時的實際裝入和替換過程如答題27表所示。23216156618382490492868916728010312244300*0*33*222*2*3111*11*1*444*HHHH虛地址虛頁地址n=2其中，“*”標(biāo)記的是候選替換的虛頁號，H表示命中。由表計算可得主存的命中率H=4/10=0.4五、綜合應(yīng)用題：本大題共2小題，每小題10分，共20分。求向量累加和S= （），在SISD計算機上實現(xiàn)需16次加法?，F(xiàn)在陣列處理機上用成對遞歸算法，只需log216=4次加法，即可求得前1個、前2個，…，前16個元素之和。設(shè)原始數(shù)據(jù)A（i）分別存放在PEM.的單元，其中，0WiW15。請寫出陣列處理機上用成對遞歸相加求累加和的并行算法步驟。解：累加和的算法步驟如下：（根據(jù)正確的比率得分）（1） 置全部PEi為活躍狀態(tài)，0WiW15；（2） 置全部A（i）從PE：的單元讀到相應(yīng)PE：的累加寄存器RGAi中，0WiW15；（3） 令K=0；（4） 將全部PE.的（RGA.）轉(zhuǎn)送到傳送寄存器RGR,0WiW15；i i i（5） 將全部PE：的（RGRj）經(jīng)過互連網(wǎng)絡(luò)各右傳送2k步距，0WiW15；（6） 令j=2k-1；置PE0?PE.為不活躍狀態(tài)；處理活躍狀態(tài)的所有PE.執(zhí)行(RGA.)：=(RGA.)+(RGR.),jWiW15；i i i iK：K+1；(10)若K<4，則轉(zhuǎn)回(4)；置全部PE.為活躍狀態(tài)，0WiW15；i將全部PE.的累加寄存器內(nèi)容(RGA.)存入相應(yīng)PE.的 單元中，0Wi i ii