2022年北京郵電大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B(有答案)

2022年北京郵電大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、全相聯(lián)地址映象是指（）。A.任何虛頁都可裝入主存中任何實頁的位置B.一個虛頁只裝進固定的主存實頁位置C.組之間是固定的，而組內(nèi)任何虛頁可以裝入任何實頁位置D.組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入2、若輸入流水線的指令既無局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則（）。A.可獲得高的吞吐率和效率B.流水線的效率和吞吐率惡化C.出現(xiàn)瓶頸D.可靠性提高3、系列機軟件應(yīng)做到()。A.向前兼容，并向上兼容B.向后兼容，力爭向上兼容C.向前兼容，并向下兼容D.向后兼容，力爭向下兼容4、在流水機器中，全局性相關(guān)是指()。A.先寫后讀相關(guān)B.先讀后寫相關(guān)C.指令相關(guān)D.由轉(zhuǎn)移指令引起的相關(guān)5、浮點數(shù)尾數(shù)基值rm=8，尾數(shù)數(shù)值部分長6位，可表示的規(guī)格化最小正尾數(shù)為()A.0.5B.0.25C.0.125D.1/646、微指令由（）直接執(zhí)行。A.微指令程序B.硬件C.匯編程序D.編譯程序7、下列說法中不正確的是()A.軟件設(shè)計費用比軟件重復(fù)生產(chǎn)費用高B.硬件功能只需實現(xiàn)一次，而軟件功能可能要多次重復(fù)實現(xiàn)C.硬件的生產(chǎn)費用比軟件的生產(chǎn)費用高D.硬件的設(shè)計費用比軟件的設(shè)計費用低8、Cache存貯器常用的地址映象方式是()。A.全相聯(lián)映象B.頁表法映象C.組相聯(lián)映象D.段頁表映象9、在計算機系統(tǒng)設(shè)計中，比較好的方法是（）。A.從上向下設(shè)計B.從下向上設(shè)計C.從兩頭向中間設(shè)計D.從中間開始向上、向下設(shè)計10、在計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，機器被定義為（）的集合體A.能存儲和執(zhí)行相應(yīng)語言程序的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B.硬件和微程序（固件）C.軟件和固件D.軟件和硬件11、對匯編語言程序員透明的是（）A.I/O方式中的DMA訪問B.浮點數(shù)據(jù)表示C.訪問方式保護D.程序性中斷12、計算機組成設(shè)計不考慮（）A.專用部件設(shè)置B.功能部件的集成度C.控制機構(gòu)的組成D.緩沖技術(shù)13、屬計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮的是（）A.主存采用MOS還是TTLB.主存采用多體交叉還是單體C.主存容量和編址方式D.主存頻寬的確定14、從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，機器語言程序員所看到的機器屬性是（）A.計算機軟件所要完成的功能B.計算機硬件的全部組成C.編程要用到的硬件組織D.計算機各部件的硬件實現(xiàn)。15、“啟動I/O”指令是主要的輸入輸出指令，是屬于（）。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二、填空題16、Amdahl定律定義了用加速比來衡量改進措施對________提高的程度。加速比S的定義為________17、系列機軟件兼容必須做到向________兼容，盡可能爭取向________兼容。18、先行控制（Look-ahead）技術(shù)的關(guān)鍵是緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)，以及這兩者的相結(jié)合，通過對________和數(shù)據(jù)流的預(yù)處理和緩沖，能夠盡量使________和________獨立地工作，并始終處于忙碌狀態(tài)。19、實現(xiàn)程序移植的主要途徑有統(tǒng)一高級語言、系列機、________和________20、在一般標(biāo)量流水線處理機中，通常把一條指令的執(zhí)行過程分解為取指令、________和________、寫回結(jié)果4級流水線，每一級的執(zhí)行時間為個基本時鐘周期。21、頁面替換是發(fā)生于頁面失效，同時又發(fā)生________的時候。22、評價地址碼個數(shù)不同的4種指令的優(yōu)缺點的主要標(biāo)準(zhǔn)是________和________23、Cache存貯器對應(yīng)用程序員是________的。對系統(tǒng)程序員是________的（填“透明”或“不透明”）24、多計算機互連網(wǎng)絡(luò)中的通信模式有________和________25、基于存儲器-存儲器的向量指令是指________來自________，兩種結(jié)或把而且把操作后的結(jié)果直接寫入存儲器。三、判斷題26、重疊寄存器窗口技術(shù)是RISC最關(guān)鍵的技術(shù)。（）27、總線仲裁算法有：靜態(tài)優(yōu)先級算法、固定時間片算法、動態(tài)優(yōu)先級算法和先來先去服務(wù)算法。（）28、對概率不等的事件用Huffman編碼，其具體編碼不唯一，但平均碼長肯定是唯一的，且是最短的。（）29、多處理機中，兩個程序段之間若同時有先寫后讀和先讀后寫2種相關(guān)，以交換數(shù)據(jù)為目的時，則必須并行執(zhí)行，讀寫要完全同步，允許順序串行和交換串行。（）30、S2MP主要解決的問題是當(dāng)前小規(guī)模共享存儲多處理器系統(tǒng)在可擴展性上的瓶頸問題。（）31、分布系統(tǒng)以分布為特征，用真實處理機替代虛擬處理機，其并行性是屬于并發(fā)性。（）32、單功能流水線只能完成一種固定功能。（）33、時間是衡量計算機性能的主要標(biāo)準(zhǔn)。（）34、指令間的讀寫相關(guān)是全局相關(guān)。（）35、在一種機器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)另一種機器的指令系統(tǒng)，采用模擬方法比采用仿真方法更快捷。（）四、名詞解釋36、存儲程序計算機：37、兼容機：38、結(jié)點度：39、處理機級流水線：40、單功能流水線：41、組相聯(lián)映象：五、簡答題42、指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計所涉及的內(nèi)容有哪些？43、指令的執(zhí)行可采用順序執(zhí)行、重疊執(zhí)行和流水線三種方式，它們的主要區(qū)別是什么？各有何優(yōu)缺點。44、表示尋址方式的主要方法有哪些？簡述這些方法的優(yōu)缺點。45、降低Cache失效率有哪幾種方法？簡述其基本思想。46、簡述RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。六綜合題47、11、根據(jù)需要展開下面的循環(huán)并進行指令調(diào)度，直到?jīng)]有任何延遲。指令的延遲如表4.4。LOOP: L.D F0,0(R1) MUL.D F0,F0,F2 L.D F4,0(R2) ADD.D F0,F0,F4 S.D F0,0(R2) DSUBI R1,R1,#8 DSUBI R2,R2,#8 BNEZ R1,LOOP48、假設(shè)一臺計算機的I/O處理時間占10%，當(dāng)其CPU性能改進為原來的100倍，而I/O性能僅改進為原來的2倍時，系統(tǒng)總體性能會有什么樣的變化？49、設(shè)某個字節(jié)多路通道的設(shè)備選擇時間Ts為9.8μs，傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)所需的時間TD為0.2μs。若某種低速外設(shè)每隔500μs發(fā)出一次傳送請求，那么，該通道最多可連接多少臺這種外設(shè)？50、一個字節(jié)多路通道連接有6臺設(shè)備，它們的數(shù)據(jù)傳輸率如下表所示。設(shè)備名稱D1D2D3D4D5D6數(shù)據(jù)傳輸速率（B/ms）505040252510（1）計算該通道的實際工作流量。（2）若通道的最大流量等于實際工作流量，求通道的工作周期Ts+TD。

參考答案一、選擇題1、【答案】A2、【答案】A3、【答案】B4、【答案】D5、【答案】C6、【答案】B7、【答案】D8、【答案】C9、【答案】D10、【答案】A11、【答案】A12、【答案】B13、【答案】C14、【答案】C15、【答案】B二、填空題16、【答案】系統(tǒng)性能，Sn=To/Tn17、【答案】后上18、【答案】指令流指令分析部件指令執(zhí)行部件19、【答案】模擬仿真20、【答案】譯碼執(zhí)行21、【答案】頁面爭用22、【答案】定長操作碼、Huffman編碼23、【答案】透明透明24、【答案】單播模式選播模式廣播模式25、【答案】參加運算操作的向量存儲器三、判斷題26、【答案】錯27、【答案】對28、【答案】對29、【答案】錯30、【答案】對31、【答案】錯32、【答案】對33、【答案】對34、【答案】錯35、【答案】錯四、名詞解釋36、答：馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機。其基本點是指令驅(qū)動。程序預(yù)先存放在計算機存儲器中，機器一旦啟動，就能按照程序指定的邏輯順序執(zhí)行這些程序，自動完成由程序所描述的處理工作。37、答：由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機。38、答：指互連網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點所連接的邊數(shù)（通道數(shù)）。39、答：又稱指令流水線。它是把指令的執(zhí)行過程按照流水方式進行處理，即把一條指令的執(zhí)行過程分解為若干個子過程，每個子過程在獨立的功能部件中執(zhí)行。40、答：單功能流水線指流水線的各段之間的連接固定不變、只能完成一種固定功能的流水線。41、答：主存中的每一塊可以放置到Cache中唯一的一組中任何一個地方（Cache分成若干組，每組由若干塊構(gòu)成）。五、簡答題42、答：(1)指令集功能設(shè)計：主要有RISC和CISC兩種技術(shù)發(fā)展方向；(2)尋址方式的設(shè)計：設(shè)置尋址方式可以通過對基準(zhǔn)程序進行測試統(tǒng)計，察看各種尋址方式的使用頻率，根據(jù)適用頻率設(shè)置必要的尋址方式。(3)操作數(shù)表示和操作數(shù)類型：主要的操作數(shù)類型和操作數(shù)表示的選擇有：浮點數(shù)據(jù)類型、整型數(shù)據(jù)類型、字符型、十進制數(shù)據(jù)類型等等。(4)尋址方式的表示：可以將尋址方式編碼于操作碼中，也可以將尋址方式作為一個單獨的域來表示。(5)指令集格式的設(shè)計：有變長編碼格式、固定長度編碼格式和混合型編碼格式3種。43、答：（1）指令的順序執(zhí)行是指指令與指令之間順序串行。即上一條指令全部執(zhí)行完后，才能開始執(zhí)行下一條指令。優(yōu)點：控制簡單，節(jié)省設(shè)備。缺點：執(zhí)行指令的速度慢，功能部件的利用率低。（2）指令的重疊指令是在相鄰的指令之間，讓第k條指令與取第k+l條指令同時進行。重疊執(zhí)行不能加快單條指令的執(zhí)行速度，但在硬件增加不多的情況下，可以加快相鄰兩條指令以及整段程序的執(zhí)行速度。與順序方式相比，功能部件的利用率提高了，控制變復(fù)雜了。（3）指令的流水執(zhí)行是把一個指令的執(zhí)行過程分解為若干個子過程，每個子過程由專門的功能部件來實現(xiàn)。把多個處理過程在時間上錯開，依次通過各功能段，每個子過程與其它的子過程并行進行。依靠提高吞吐率來提高系統(tǒng)性能。流水線中各段的時間應(yīng)盡可能相等44、答：表示尋址方式有兩種常用的方法：（1）將尋址方式編于操作碼中，由操作碼在描述指令的同時也描述了相應(yīng)的尋址方式。這種方式譯碼快，但操作碼和尋址方式的結(jié)合不僅增加了指令的條數(shù)，導(dǎo)致了指令的多樣性，而且增加了CPU對指令譯碼的難度。（2）為每個操作數(shù)設(shè)置一個地址描述符，由該地址描述符表示相應(yīng)操作數(shù)的尋址方式。這種方式譯碼較慢，但操作碼和尋址獨立，易于指令擴展。45、答：常用的降低Cache失效率的方法有下面幾種：（1）增加Cache塊大小。增加塊大小利用了程序的空間局部性。（2）增加Cache的容量。（3）提高相聯(lián)度，降低沖突失效。（4）偽相聯(lián)Cache，降低沖突失效。當(dāng)對偽相聯(lián)Cache進行訪問時，首先是按與直接映象相同的方式進行訪問。如果命中，則從相應(yīng)的塊中取出所訪問的數(shù)據(jù)，送給CPU，訪問結(jié)束。如果不命中，就將索引字段的最高位取反，然后按照新索引去尋找“偽相聯(lián)組”中的對應(yīng)塊。如果這一塊的標(biāo)識匹配，則稱發(fā)生了“偽命中”。否則，就訪問下一級存儲器。（5）硬件預(yù)取技術(shù)。在處理器提出訪問請求前預(yù)取指令和數(shù)據(jù)。（6）由編譯器控制的預(yù)取，硬件預(yù)取的替代方法，在編譯時加入預(yù)取的指令，在數(shù)據(jù)被用到之前發(fā)出預(yù)取請求。（7）編譯器優(yōu)化，通過對軟件的優(yōu)化來降低失效率。（8）“犧牲”Cache。在Cache和其下一級存儲器的數(shù)據(jù)通路之間增設(shè)一個全相聯(lián)的小Cache，存放因沖突而被替換出去的那些塊。每當(dāng)發(fā)生不命中時，在訪問下一級存儲器之前，先檢查“犧牲”Cache中是否含有所需的塊。如果有，就將該塊與Cache中某個塊做交換，把所需的塊從“犧牲”Cache調(diào)入Cache。46、答：（1）選取使用頻率最高的指令，并補充一些最有用的指令；（2）每條指令的功能應(yīng)盡可能簡單，并在一個機器周期內(nèi)完成；（3）所有指令長度均相同；（4）只有Load和Store操作指令才訪問存儲器，其它指令操作均在寄存器之間進行；（5）以簡單有效的方式支持高級語言。六綜合題47、解：將循環(huán)展開兩次，進行指令調(diào)度，即可以消除延遲，代碼如下：LOOP：L.D F0，0（R1）L.D F10，-8（R1）MUL.D F0，F(xiàn)0，F(xiàn)2MUL.D F10，F(xiàn)10，F(xiàn)2L.D F4，0（R2）L.D F14，-8（R2）ADD.D F0，F(xiàn)0，F(xiàn)4ADD.D F10，F(xiàn)10，F(xiàn)14DSUBI R1，R1，16S.D 0（R2），F(xiàn)0DSUBI R2，R2，16BNEZ R1，LO