高性能計算與并行處理技術(shù)考核試卷

高性能計算與并行處理技術(shù)考核試卷考生姓名：__________答題日期：__________得分：__________判卷人：__________

一、單項選擇題（本題共20小題，每小題1分，共20分，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的）

1.以下哪項不是高性能計算的特點？（）

A.高速度

B.高效率

C.低成本

D.高可靠性

2.并行處理技術(shù)的核心思想是？（）

A.提高單個處理器的速度

B.增加處理器的數(shù)量

C.減少處理器的數(shù)量

D.降低單個處理器的成本

3.以下哪種計算機體系結(jié)構(gòu)不屬于并行計算機？（）

A.SIMD

B.MIMD

C.SISD

D.MISD

4.在并行計算中，什么是指令級并行？（）

A.同一條指令在不同處理器上執(zhí)行

B.不同指令在不同處理器上同時執(zhí)行

C.同一條指令在單個處理器上多次執(zhí)行

D.同一條指令在多個處理器上同時執(zhí)行

5.以下哪種算法不適合并行計算？（）

A.迭代算法

B.分治算法

C.動態(tài)規(guī)劃算法

D.順序執(zhí)行算法

6.MPI（MessagePassingInterface）是一種什么技術(shù)？（）

A.并行編程語言

B.并行計算庫

C.消息傳遞接口

D.分布式計算框架

7.OpenMP是一種什么技術(shù)？（）

A.消息傳遞接口

B.并行編程語言

C.并行計算庫

D.分布式計算框架

8.以下哪種存儲器訪問方式在并行計算中具有較高效率？（）

A.順序訪問

B.隨機訪問

C.局部性訪問

D.遠程訪問

9.并行計算中的負載均衡是指？（）

A.各處理器計算任務(wù)相同

B.各處理器計算任務(wù)不同

C.根據(jù)處理器性能分配計算任務(wù)

D.使各處理器計算負載盡可能均衡

10.以下哪種技術(shù)不屬于并行計算中的同步機制？（）

A.鎖

B.信號量

C.屏障

D.并發(fā)控制

11.在并行計算中，什么是指令級并行？（）

A.同一條指令在不同處理器上執(zhí)行

B.不同指令在不同處理器上同時執(zhí)行

C.同一條指令在單個處理器上多次執(zhí)行

D.同一條指令在多個處理器上同時執(zhí)行

12.以下哪個指標可以衡量并行計算的性能？（）

A.加速比

B.效率

C.可擴展性

D.A、B和C

13.在并行計算中，以下哪種通信模式延遲最低？（）

A.同步通信

B.異步通信

C.阻塞通信

D.非阻塞通信

14.以下哪種并行計算模型主要用于分布式系統(tǒng)？（）

A.SIMD

B.MIMD

C.SMP

D.NUMA

15.以下哪個概念描述了處理器數(shù)量與問題規(guī)模之間的關(guān)系？（）

A.加速比

B.效率

C.可擴展性

D.并行度

16.以下哪種并行算法設(shè)計方法適用于樹狀結(jié)構(gòu)問題？（）

A.分治法

B.動態(tài)規(guī)劃法

C.迭代法

D.波前法

17.以下哪種并行計算架構(gòu)主要用于圖形處理器？（）

A.CPU

B.GPU

C.FPGA

D.DSP

18.在并行計算中，以下哪種現(xiàn)象可能導致性能下降？（）

A.競爭條件

B.死鎖

C.活鎖

D.A、B和C

19.以下哪種并行計算技術(shù)主要用于優(yōu)化分布式系統(tǒng)中的通信？（）

A.數(shù)據(jù)并行

B.任務(wù)并行

C.線程并行

D.虛擬共享內(nèi)存

20.以下哪個概念描述了在并行計算中，處理器數(shù)量增加時性能提升的幅度？（）

A.加速比

B.效率

C.可擴展性

D.并行度

（以下為答題紙，請將答案填寫在對應(yīng)題號后的括號內(nèi)）

二、多選題（本題共20小題，每小題1.5分，共30分，在每小題給出的四個選項中，至少有一項是符合題目要求的）

1.高性能計算在以下哪些領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用？（）

A.氣象預(yù)報

B.物理模擬

C.生物信息學

D.機器學習

2.以下哪些是并行處理的優(yōu)勢？（）

A.提高計算速度

B.降低計算成本

C.提高問題解決規(guī)模

D.提高計算精度

3.以下哪些并行計算機體系結(jié)構(gòu)是根據(jù)處理器之間的通信方式分類的？（）

A.SIMD

B.MIMD

C.SMP

D.NUMA

4.以下哪些技術(shù)可以用于并行計算中的同步？（）

A.鎖

B.信號量

C.屏障

D.消息傳遞

5.以下哪些因素會影響并行計算的性能？（）

A.通信開銷

B.同步開銷

C.加載均衡

D.處理器速度

6.OpenMP支持以下哪些并行模式？（）

A.數(shù)據(jù)并行

B.任務(wù)并行

C.線程并行

D.指令并行

7.以下哪些是并行計算中的通信模式？（）

A.同步通信

B.異步通信

C.阻塞通信

D.非阻塞通信

8.以下哪些技術(shù)可以用于并行計算中的負載均衡？（）

A.動態(tài)任務(wù)調(diào)度

B.靜態(tài)任務(wù)分配

C.工作竊取

D.隨機分配

9.以下哪些指標可以用來評估并行算法的性能？（）

A.加速比

B.效率

C.可擴展性

D.并行度

10.以下哪些硬件設(shè)備常用于高性能計算？（）

A.CPU

B.GPU

C.FPGA

D.ASCI

11.以下哪些是并行計算中的數(shù)據(jù)依賴類型？（）

A.輸入依賴

B.輸出依賴

C.順序依賴

D.算術(shù)依賴

12.以下哪些技術(shù)可以用于減少并行計算中的通信開銷？（）

A.局部性優(yōu)化

B.通信聚合

C.數(shù)據(jù)壓縮

D.網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

13.以下哪些是并行計算中的死鎖避免策略？（）

A.資源排序

B.預(yù)防請求

C.鎖步

D.檢測與恢復(fù)

14.以下哪些并行算法設(shè)計方法可以用于優(yōu)化問題？（）

A.分治法

B.動態(tài)規(guī)劃法

C.迭代法

D.啟發(fā)式算法

15.以下哪些是并行計算中的并發(fā)控制方法？（）

A.樂觀并發(fā)控制

B.悲觀并發(fā)控制

C.事務(wù)內(nèi)存

D.鎖機制

16.以下哪些是并行計算中的同步通信機制？（）

A.廣播

B.聚合

C.reduce

D.scatter

17.以下哪些因素會影響并行計算的可擴展性？（）

A.通信開銷

B.并行度

C.問題規(guī)模

D.處理器數(shù)量

18.以下哪些是并行計算中的性能瓶頸？（）

A.內(nèi)存帶寬限制

B.處理器緩存缺失

C.網(wǎng)絡(luò)延遲

D.串行代碼段

19.以下哪些技術(shù)可以用于并行計算中的錯誤檢測和恢復(fù)？（）

A.檢查點

B.恢復(fù)日志

C.副本

D.時間回滾

20.以下哪些是并行計算中的任務(wù)并行示例？（）

A.并行排序

B.并行數(shù)據(jù)庫查詢

C.并行圖像處理

D.并行模擬

（以下為答題紙，請將答案填寫在對應(yīng)題號后的括號內(nèi)）

三、填空題（本題共10小題，每小題2分，共20分，請將正確答案填到題目空白處）

1.并行計算中，將一個大的計算任務(wù)分解成多個小任務(wù)，每個小任務(wù)可以獨立執(zhí)行的技術(shù)稱為______。

2.在并行計算中，當處理器數(shù)量增加時，如果程序性能幾乎線性提升，則稱該程序具有良好的______。

3.MPI是一種基于______的并行計算標準。

4.OpenMP是一種基于______的并行編程模型。

5.并行計算中，______是指處理器之間的信息交換。

6.在并行計算中，為了減少通信開銷，可以采用______技術(shù)。

7.高性能計算中的______是指實際計算時間與理論計算時間的比值。

8.以下哪種并行算法設(shè)計方法通常用于圖的遍歷問題？______。

9.并行計算中，______是一種特殊的屏障同步，用于在所有處理器上累積結(jié)果。

10.在并行計算中，______是一種硬件或軟件技術(shù)，用于模擬共享內(nèi)存。

四、判斷題（本題共10小題，每題1分，共10分，正確的請在答題括號中畫√，錯誤的畫×）

1.在并行計算中，增加處理器數(shù)量總是能夠提高性能。（）

2.OpenMP只能在多核CPU上使用。（）

3.并行計算中的負載均衡是指在所有處理器之間均勻分配工作負載。（）

4.MPI是一種基于共享內(nèi)存的并行計算標準。（）

5.在并行計算中，數(shù)據(jù)并行和任務(wù)并行是兩種常見的并行模式。（）

6.并行計算中的同步機制可以完全消除競態(tài)條件。（）

7.高性能計算集群通常使用高速網(wǎng)絡(luò)連接以減少通信延遲。（）

8.并行計算中的加速比總是大于1。（）

9.在并行計算中，死鎖和活鎖是同樣的問題。（）

10.并行計算模型中，SMP指的是對稱多處理模型。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題10分，共40分）

1.請簡述并行計算的基本概念，并列舉至少三種并行計算模型。

2.描述并行計算中的負載均衡的重要性，并討論至少兩種實現(xiàn)負載均衡的方法。

3.請解釋并行計算中的“加速比”和“效率”兩個概念，并分析它們之間的關(guān)系。

4.以一個實際的并行計算應(yīng)用為例，說明如何使用OpenMP和MPI進行并行編程，并討論這兩種技術(shù)在并行計算中的作用。

標準答案

一、單項選擇題

1.C

2.B

3.C

4.D

5.D

6.C

7.C

8.C

9.D

10.D

11.D

12.D

13.A

14.D

15.D

16.A

17.B

18.D

19.B

20.A

二、多選題

1.ABD

2.ABC

3.AB

4.ABC

5.ABCD

6.ABC

7.ABCD

8.ABC

9.ABC

10.ABC

11.ABCD

12.ABC

13.AB

14.ABCD

15.ABCD

16.ABC

17.ABCD

18.ABCD

19.ABC

20.ABCD

三、填空題

1.分治法

2.可擴展性

3.消息傳遞

4.共享內(nèi)存

5.通信

6.通信聚合

7.加速比

8.廣度優(yōu)先搜索（BFS）或深度優(yōu)先搜索（DFS）

9.reduce

10.分布式共享內(nèi)存

四、判斷題

1.×

2.×

3.×

4.×

5.√

6.×

7.√

8.×

9.×

10.√

五、主觀題（參考）

1.并行計算是同時使用多個計算資源來解決計算問題的方法。并行計算模型包括：SISD（單指令流單數(shù)據(jù)流）、SIMD（單指令流多數(shù)據(jù)流）、MIMD（多指令流多數(shù)據(jù)流）和SPMD（單程序多數(shù)據(jù)）。

2.負