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

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 1 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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 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)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)專用通路 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 2 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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，計(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 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，稱這種修 改主存塊內(nèi)容的方法為 _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)得分 二 填空題 ：（ 20 分，每題 2 分） 評(píng)分人 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 3 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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)次序和處理次序 ? 中斷響應(yīng)次序是在同時(shí)發(fā)生多個(gè)不同種類的中斷請(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, 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 8 9 10 11 12 13 14 15 16 時(shí)間 t 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 4 頁(yè) 共 11 頁(yè) 實(shí)際吞吐率 TP=7/（ 15 t） =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)?1-2-3-4?，F(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)行用戶程序的過(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 。 （） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 5 頁(yè) 共 11 頁(yè) （） （） 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 。 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 s 0 s 1 s 2 A B C D E F G H I J K L 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 6 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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。 2、此試卷適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(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 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)專用通路 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 7 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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，計(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 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，稱這種修改主存塊內(nèi)容的方法為 _寫(xiě)直達(dá)法 _。 得分 三 簡(jiǎn)答題：（ 40 分，每題 4 分） 評(píng)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) 得分 二 填空題 ：（ 20 分，每題 2 分） 評(píng)分人 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 8 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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 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 0.05 I2 0.03 | I5 0.15 I3 0.04 | I6 0.3 | I7 0.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末考試試卷 第 9 頁(yè) 共 11 頁(yè) 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