2013年4月自考02325計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)試題及答案含解析

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年月真題

0232520134

1、【單選題】對(duì)匯編語(yǔ)言程序員透明的是

程序性中斷

浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示

A:

訪問(wèn)方式保護(hù)

B:

I／O方式中的DMA訪問(wèn)方式

C:

答D:案：D

解析：A）程序性中斷需要在匯編程序中引入中斷語(yǔ)句，對(duì)匯編程序員不透明。B）匯編程

序中，浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理需要特別的浮點(diǎn)指令，對(duì)匯編程序員不透明。C）訪問(wèn)方式保護(hù)指的

是系統(tǒng)各部分的信息保護(hù)方式和保護(hù)機(jī)構(gòu)等屬性。D）I／O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍

處理機(jī)方式不透明的，DMA訪問(wèn)是透明的，不需要匯編語(yǔ)言程序員程序指明。參考習(xí)題1-

5

2、【單選題】下列不屬于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)并行性途徑的是

時(shí)間重疊

空間重疊

A:

資源重復(fù)

B:

資源共享

C:

答D:案：B

解析：提高并行性的技術(shù)途徑有三項(xiàng)：A）時(shí)間重疊：引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過(guò)程在

時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速

度。例如流水線。C）資源重復(fù)：引入空間因素，以數(shù)量取勝。通過(guò)重復(fù)設(shè)置硬件資源，

大幅度地提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。例如多核、多CPU、集群。D）資源共享：這是一種軟件

方法，它使多個(gè)任務(wù)按一定時(shí)間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。例如操作系統(tǒng)的分時(shí)調(diào)

度。B）沒(méi)有“空間重疊”這個(gè)說(shuō)法。參考1.5.1節(jié)(2)。

3、【單選題】在相同的機(jī)器字長(zhǎng)和尾數(shù)位數(shù)的情況下，浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值取小，可使浮點(diǎn)數(shù)

可表示的個(gè)數(shù)增多

可表示的范圍增大

A:

在數(shù)軸上的分布變密

B:

運(yùn)算過(guò)程中精度損失降低

C:

答D:案：C

解析：

浮點(diǎn)數(shù)的一般格式如下：

浮點(diǎn)數(shù)可表示實(shí)數(shù)域中的值范圍如下所示：

浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值取小，意味著圖中的rm取小，即進(jìn)制變小，那么1）可表示的范圍變小，

B錯(cuò)誤2）可表示的個(gè)數(shù)變少，A錯(cuò)誤數(shù)在軸上的分布變得緊密，C正確4）可表示的精度

更高，D錯(cuò)誤5）運(yùn)算中的精度損失越高6）運(yùn)算速度變低。對(duì)應(yīng)教材2.1.4節(jié)，建議找一

個(gè)例子，如16進(jìn)制和2進(jìn)制，進(jìn)行對(duì)比分析，比較容易理解。

4、【單選題】磁盤(pán)適合于連接到

數(shù)組多路通道或選擇通道

字節(jié)多路通道或選擇通道

A:

數(shù)組多路通道或字節(jié)多路通道

B:

字節(jié)多路通道或數(shù)組多路通道或選擇通道

C:

答D:案：A

解析：一個(gè)設(shè)備控制器可控制多個(gè)同類(lèi)的設(shè)備，只要這些設(shè)備是輪流正作的。通道處理器

中只運(yùn)行輸入輸出控制程序。每個(gè)通道可以連接多個(gè)外圍設(shè)備，根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方式，通道

可分成字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道三種類(lèi)型。1)選擇通道對(duì)于高速的設(shè)備，

如磁盤(pán)等，要求較高的數(shù)據(jù)傳輸速度。對(duì)于這種高速傳輸，通道難以同時(shí)對(duì)多個(gè)這樣的設(shè)

備進(jìn)行操作，只能一次對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作。這種通道稱(chēng)為選擇通道，它與設(shè)備之間的傳

輸一直維持到設(shè)備請(qǐng)求的傳輸完成為止，然后為其他外圍設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。選擇通道的數(shù)據(jù)

寬度是可變的，通道中包含一個(gè)保存輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸所需的參數(shù)寄存器。參數(shù)寄存器包

括存放下一個(gè)主存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)存放位置的地址和對(duì)傳輸數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)的寄存器。選擇通道的輸入

輸出操作啟動(dòng)之后，該通道就專(zhuān)門(mén)用于該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸直到操作完成。選擇通道的缺點(diǎn)

是設(shè)備申請(qǐng)使用通道的等待時(shí)間較長(zhǎng)。2)數(shù)組多路通道（又稱(chēng)成組多路通道）數(shù)組多路通

道以數(shù)組(數(shù)據(jù)塊)為單位在若干高速傳輸操作之間進(jìn)行交叉復(fù)用。這樣可減少外設(shè)申請(qǐng)使

用通道時(shí)的等待時(shí)間。數(shù)組多路通道適用于高速外圍設(shè)備，這些設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸以塊為單

位。通道用塊交叉的方法，輪流為多個(gè)外設(shè)服務(wù)。當(dāng)同時(shí)為多臺(tái)外設(shè)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，每傳送

完一塊數(shù)據(jù)后選擇下一個(gè)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，使多路傳輸并行進(jìn)行。數(shù)組多路通道既保留

了選擇通道高速傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又充分利用了控制性操作的時(shí)間間隔為其它設(shè)備服務(wù)，使通

道的功能得到有效發(fā)揮，因此數(shù)組多路通道在實(shí)際系統(tǒng)中得到較多的的應(yīng)用。特別是對(duì)于

磁盤(pán)和磁帶等一些塊設(shè)備，它們的數(shù)據(jù)傳輸本來(lái)就是按塊進(jìn)行的。而在傳輸操作之前又需

要尋找記錄的位置，在尋找的期間讓通道等待是不合理的。數(shù)組多路通道可以先向一個(gè)設(shè)

備發(fā)出一個(gè)尋找的命令，然后在這個(gè)設(shè)備尋找期間為其他設(shè)備服務(wù)。在設(shè)備尋找完成后才

真正建立數(shù)據(jù)連接，并一直維持到數(shù)據(jù)傳輸完畢。因此采用數(shù)組多路通道可提高通道的數(shù)

據(jù)傳輸?shù)耐掏侣省?)字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道用于連接多個(gè)慢速的和中速的設(shè)備，這些

設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送以字節(jié)為單位。每傳送一個(gè)字節(jié)要等待較長(zhǎng)時(shí)間，如終端設(shè)備等。因此，

通道可以以字節(jié)交叉方式輪流為多個(gè)外設(shè)服務(wù)，以提高通道的利用率。這種通道的數(shù)據(jù)寬

度一般為單字節(jié)。它的操作模式有兩種：字節(jié)交叉模式和猝發(fā)模式。在字節(jié)交叉模式中，

通道操作分成較短的段。通道向準(zhǔn)備就緒的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)段的傳輸操作。傳輸?shù)男畔⒖捎?/p>

一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)以及控制和狀態(tài)信息構(gòu)成。通道與設(shè)備的連接時(shí)間是很短的。如果需要傳

輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，則通道轉(zhuǎn)換成猝發(fā)的工作模式。在猝發(fā)模式下，通道與設(shè)備之間的傳

輸一直維持到設(shè)備請(qǐng)求的傳輸完成為止。通道使用一種超時(shí)機(jī)制判斷設(shè)備的操作時(shí)間(即

邏輯連接時(shí)間)，并決定采用哪一種模式。如果設(shè)備請(qǐng)求的邏輯連接時(shí)間大于某個(gè)額定的

值，通道就轉(zhuǎn)換成猝發(fā)模式，否則就以字節(jié)交叉模式工作。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道

都是多路通道，在一段時(shí)間內(nèi)可以交替地執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的通道程序，使這些設(shè)備同時(shí)工

作。但兩者也有區(qū)別，首先數(shù)組多路通道允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作，但只允許一個(gè)設(shè)備進(jìn)行

傳輸型操作，而其他設(shè)備進(jìn)行控制型操作；而字節(jié)多路通道不僅允許多個(gè)路同時(shí)操作；而

且允許它們同時(shí)進(jìn)行傳輸型操作。其次，數(shù)組多路通道與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送的基本單位

是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個(gè)設(shè)備傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)塊以后才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)塊，而字

節(jié)多路通道與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送基本單位是字節(jié)。通道為一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)之后，

又可以為另一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)，因此各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交

替進(jìn)行的。

5、【單選題】Cache存儲(chǔ)器常用的地址映像方式是

全相聯(lián)映像

頁(yè)表法映像

A:

組相聯(lián)映像

B:

段頁(yè)表映像

C:

答D:案：C

解析：Cache地址映像方式有：全相聯(lián)、直接相聯(lián)、組相聯(lián)全相聯(lián)硬件成本太高太復(fù)雜，

直接相聯(lián)簡(jiǎn)單但沖突很大，實(shí)際Cache都采用多路組相聯(lián)方式。磁盤(pán)到主存的地址映像方

式有：頁(yè)式、段式、段頁(yè)式

6、【單選題】下列對(duì)流水線功能描述不正確的是

線性流水線是單功能流水線

動(dòng)態(tài)流水性是多功能流水線

A:

靜態(tài)流水線是多功能流水線

B:

動(dòng)態(tài)流水線是單功能流水線

C:

答D:案：D

解析：按流水線功能多少分為單功能和多功能。線性流水線指的是不帶反饋回路的單功能

流水線，多功能流水線中，靜態(tài)流水線指：同一時(shí)間內(nèi)多功能結(jié)構(gòu)只能按一種功能的連接

方式工作。動(dòng)態(tài)流水線指：在同一時(shí)間內(nèi)，可以有多種功能的連接方式同時(shí)工作。故而D

錯(cuò)誤

7、【單選題】在流水機(jī)器中，全局性相關(guān)是指

指令相關(guān)

先讀后寫(xiě)相關(guān)

A:

先寫(xiě)后讀相關(guān)

B:

由轉(zhuǎn)移指令引起的相關(guān)

C:

答D:案：D

解析：全局性相關(guān):指的是轉(zhuǎn)移指令與其后續(xù)指令之間的關(guān)聯(lián)，不僅不能同時(shí)解釋?zhuān)€會(huì)

使指令緩沖器所預(yù)取的指令全部作廢，重新花較長(zhǎng)的時(shí)間再去訪存取出指令。A、B和C都

是指的指令中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)沖突，稱(chēng)為局部相關(guān)

8、【單選題】16個(gè)處理器編號(hào)為0～15，采用單級(jí)網(wǎng)絡(luò)互連，互連函數(shù)為Shuffle，則第12

號(hào)處理器將連到的處理器的編號(hào)是

3

6

A:

9

B:

12

C:

答D:案：C

解析：

Shuffle函數(shù)計(jì)算方法如下：

12號(hào)二進(jìn)制表示為1100，shuffle(1100)=1001，因此結(jié)果為9。

9、【單選題】多處理機(jī)程序段的指令之間存在數(shù)據(jù)反相關(guān)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是

不能并行

可以交換串行

A:

適當(dāng)同步控制，可以并行

B:

若指令滿(mǎn)足交換律，可以交換串行

C:

答D:案：C

解析：<><><><><><><><>能否并行<><>能否交換串行<><><>數(shù)據(jù)相關(guān)<><>

先寫(xiě)后讀<><>不行<><>不行，特殊情況下滿(mǎn)足交換律可以<><><>數(shù)據(jù)反相關(guān)<><>

先讀后寫(xiě)<><>適當(dāng)同步控制，可以并行<><>不行<><><>數(shù)據(jù)輸出相關(guān)<><>先寫(xiě)后

寫(xiě)<><>適當(dāng)同步控制，可以并行<><>不行<><><>無(wú)關(guān)<><><><>可以<><>可

以參考7.3.2節(jié)結(jié)論。

10、【單選題】利用時(shí)間重疊概念實(shí)現(xiàn)并行處理的是

多處理機(jī)

陣列處理機(jī)

A:

流水處理機(jī)

B:

相聯(lián)處理機(jī)

C:

答D:案：C

解析：A多處理機(jī)、B陣列處理機(jī)、D相聯(lián)處理機(jī)都是資源重復(fù)

11、【問(wèn)答題】計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)由高到低分別為應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)、高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器

級(jí)、匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)、______機(jī)器級(jí)、傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)和______機(jī)器級(jí)。

答案：操作系統(tǒng)虛擬機(jī)、微程序

解析：

如下圖所示：

12、【問(wèn)答題】陣列處理機(jī)是以__________途徑開(kāi)發(fā)的向量處理機(jī)。

答案：資源重復(fù)

解析：向量處理機(jī)是有向量數(shù)據(jù)表示的處理機(jī)。為了提高向量處理機(jī)性能，有兩種技術(shù)途

徑：1）時(shí)間重疊：向量流水處理機(jī)2）資源重復(fù)：陣列處理機(jī)陣列處理機(jī)特點(diǎn)：1）基于

有限差分、矩陣、信號(hào)處理、線性規(guī)劃等問(wèn)題為背景，這些問(wèn)題的共同特點(diǎn)是可以通過(guò)各

種途徑把它們轉(zhuǎn)化成為對(duì)數(shù)組或向量的處理2）單指令流多數(shù)據(jù)流處理3）資源重復(fù)，而

不是時(shí)間重疊4）利用并行性中的同時(shí)性，而不是并發(fā)性5）并行理機(jī)主要是靠增大處理

單元個(gè)數(shù)來(lái)提高運(yùn)算速度，比起向量流水線處理機(jī)主要依靠縮短時(shí)鐘周期來(lái)說(shuō)，速度提高

的潛力要大得多。

13、【問(wèn)答題】設(shè)計(jì)RISC（是否是CISC，題目錯(cuò)誤？）系統(tǒng)時(shí)，可以從面向______、面向

______、面向操作系統(tǒng)三個(gè)方面的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來(lái)考慮。

答案：目標(biāo)程序、高級(jí)語(yǔ)言

解析：CISC處理機(jī)的優(yōu)化思路1）面向目標(biāo)程序：就是對(duì)已有機(jī)器的指令系統(tǒng)進(jìn)行分析，

看看那些功能仍用基本指令串實(shí)現(xiàn)，哪些功能可改用新指令實(shí)現(xiàn)，可以提高各種機(jī)器語(yǔ)言

目標(biāo)程序的實(shí)現(xiàn)效率。2）面向高級(jí)語(yǔ)言：盡可能縮短高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)義差距，

支持高級(jí)語(yǔ)言編譯，縮短編譯程序長(zhǎng)度和編譯時(shí)間。3）面向操作系統(tǒng)：就是如何縮短操

作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語(yǔ)義差距,進(jìn)一步減少運(yùn)行操作系統(tǒng)的時(shí)間和節(jié)省操作系

統(tǒng)軟件所占用的存儲(chǔ)空間.

14、【問(wèn)答題】在滿(mǎn)足通道設(shè)計(jì)流量不低于設(shè)備工作時(shí)的最大流量時(shí)，為使微觀上不丟失設(shè)

備信息，可以加設(shè)______或動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)備響應(yīng)的______來(lái)彌補(bǔ)。

答案：緩沖器、優(yōu)先級(jí)

解析：在滿(mǎn)足通道設(shè)計(jì)流量不低于設(shè)備工作時(shí)的最大流量時(shí)，只能保證宏觀上不丟失設(shè)備

信息，但微觀上的每個(gè)局部時(shí)刻有可能丟數(shù)據(jù)，特別是當(dāng)設(shè)備要求通道的實(shí)際最大流量非

常接近于通道極限流量時(shí)，由于高速設(shè)備頻繁發(fā)出請(qǐng)求并總是優(yōu)先得到響應(yīng)和處理，速率

很低的設(shè)備就可能長(zhǎng)期得不到通道而丟失信息。為此，可設(shè)置一定容量的緩沖器，以緩沖

一時(shí)來(lái)不及處理的信息；或是采用可動(dòng)態(tài)提高低速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)來(lái)保證從微觀上也不

丟失信息。參考3.4.2（2）最后的“注意”。

15、【問(wèn)答題】在高級(jí)數(shù)據(jù)表示中，自定義數(shù)據(jù)表示包括______和______兩類(lèi)。

答案：數(shù)據(jù)描述符、標(biāo)志符數(shù)據(jù)

解析：

標(biāo)志符數(shù)據(jù)：帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示。給數(shù)據(jù)加上標(biāo)識(shí)，由數(shù)據(jù)本身給出操作數(shù)類(lèi)型。

數(shù)據(jù)描述符：為進(jìn)一步減少標(biāo)志符所占的存貯空間，對(duì)于向量、數(shù)組、記錄等數(shù)據(jù)，由于

每個(gè)元素具有相同的屬性，為此發(fā)展出數(shù)據(jù)描述符。數(shù)據(jù)描述符和標(biāo)志符的差別在于標(biāo)志

符是和每個(gè)數(shù)據(jù)相連的，合存在一個(gè)存貯單元中，描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類(lèi)型特征；描述符是和

數(shù)據(jù)分開(kāi)存放的，專(zhuān)門(mén)用來(lái)描述所要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)是整塊數(shù)據(jù)還是單個(gè)數(shù)據(jù)，訪問(wèn)該數(shù)據(jù)塊

或數(shù)據(jù)元素所需要的地址以及其他特征信息等。

16、【問(wèn)答題】尋址分別有面向主存、_____和____等三種方式。

答案：寄存器、堆棧

解析：計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的不同結(jié)構(gòu)有主存、寄存器、堆棧三種，對(duì)應(yīng)尋址也就有面向主

存、面向寄存器和面向堆棧三種。因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，所以尋址方法也不一樣。

17、【問(wèn)答題】在Cache存儲(chǔ)器中，CPU每次寫(xiě)Cache的同時(shí)，也寫(xiě)入主存，稱(chēng)這種更新主

存塊內(nèi)容的方法為_(kāi)_____法。

答案：寫(xiě)直達(dá)/writethrough

解析：寫(xiě)直達(dá)法更加簡(jiǎn)單，容易保證數(shù)據(jù)一致性。對(duì)應(yīng)的另一種叫回寫(xiě)法writeback，指

的是只寫(xiě)Cache，當(dāng)該塊被替換時(shí)再寫(xiě)入主存，這樣性能更高。

18、【問(wèn)答題】流水線消除速度瓶頸的方法有瓶頸子過(guò)程______和瓶頸子過(guò)程____兩種。

答案：再細(xì)分、多套并聯(lián)

解析：

19、【問(wèn)答題】不同的多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)反映在所用的交換開(kāi)關(guān)的功能多少、______和______上

各有不同。

答案：控制方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

解析：互連網(wǎng)絡(luò)具有三大要素，即結(jié)點(diǎn)間互連拓?fù)洌òB接通路）、開(kāi)關(guān)元件和控制方

式。在不同的系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)元件所處的物理位置可能是不同的。在采用集中式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)

中，互連網(wǎng)絡(luò)可以是一個(gè)獨(dú)立的部件，由一組開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成，位于被連接的處理機(jī)或功能

部件結(jié)點(diǎn)之間，在一定的控制方式作用下，按照互連拓?fù)涞囊蠼⒔Y(jié)點(diǎn)間的各條連接通

路，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)的相互通信。

20、【問(wèn)答題】級(jí)控制多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)______函數(shù)的功能。

答案：交換

解析：

下圖是多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)，

所謂交換函數(shù)（Flip）是將一組元素首尾對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行交換。如果一組元素包含有2S個(gè)，

則它是將所有第k個(gè)元素都與第2S-（k+1）個(gè)元素相交換。

21、【問(wèn)答題】緊耦合多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)多處理機(jī)機(jī)間通信靠的是共享______。

答案：主存

解析：緊耦合多處理機(jī)中，每個(gè)處理機(jī)有私有cache，共享主存，通過(guò)主存來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。

22、【問(wèn)答題】脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)是由一組處理單元PE構(gòu)成的陣列，陣列中的輸入數(shù)據(jù)流和

______數(shù)據(jù)流可各自沿多個(gè)方向______地向前推進(jìn)。

答案：輸出、有節(jié)奏

解析：脈動(dòng)陣列計(jì)算機(jī)（systolicarraycomputers）是一種陣列結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。脈動(dòng)意

即其工作方式和過(guò)程猶如人體血液循環(huán)系統(tǒng)的工作方式和過(guò)程。在這種陣列結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)

按預(yù)先確定的“流水”方式在陣列的處理單元間有節(jié)奏地“流動(dòng)”。在數(shù)據(jù)流動(dòng)的過(guò)程

中，所有的處理單元同時(shí)并行地對(duì)流經(jīng)它的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因而它可以達(dá)到很高的并行處

理速度。

23、【問(wèn)答題】簡(jiǎn)述CISC存在的問(wèn)題。

答案：1）指令系統(tǒng)龐大，200條以上2）許多指令操作繁雜，還不如幾條簡(jiǎn)單指令組合速

度快，尋址方式多，執(zhí)行速度慢3）編譯程序難以生成高效機(jī)器語(yǔ)言程序4）許多指令使

用頻度很低，80%的指令在20%的時(shí)間運(yùn)行

24、【問(wèn)答題】簡(jiǎn)述多處理機(jī)機(jī)間互連的形式。

答案：

總線形式、環(huán)形互連形式、交叉開(kāi)關(guān)形式、多端口存儲(chǔ)器形式、開(kāi)關(guān)樞紐結(jié)構(gòu)形式1)總線

形式：多個(gè)處理機(jī)、存貯器模塊和外圍設(shè)備通過(guò)接口與公用總線相連，采用分時(shí)或多路轉(zhuǎn)

接技術(shù)傳送。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、擴(kuò)展性好；但總線失效敏感，存在總線爭(zhēng)用。適合處理

機(jī)較少、系統(tǒng)信息流量少、機(jī)數(shù)可擴(kuò)充情況。2)環(huán)形互連：各處理機(jī)點(diǎn)點(diǎn)相加成環(huán)。結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單、成本低、不爭(zhēng)用總線；但信息傳輸有延遲。適合處理機(jī)較少、使用高寬帶的光纖通

信、系統(tǒng)流量高、機(jī)數(shù)可擴(kuò)充的情況。

3)交叉開(kāi)關(guān)：用縱橫開(kāi)關(guān)陣列將存儲(chǔ)器模塊、I/O通道相連。不爭(zhēng)用開(kāi)關(guān)；但開(kāi)關(guān)陣列復(fù)

雜，設(shè)備量較大。適合處理機(jī)數(shù)較多（但不超過(guò)16）、系統(tǒng)流量大、處理機(jī)數(shù)可擴(kuò)充的情

況。

4)多端口存儲(chǔ)器：將交叉開(kāi)關(guān)移到存儲(chǔ)器接口中。不爭(zhēng)用總線，但存儲(chǔ)器接口復(fù)雜，較難

控制。適合處理機(jī)數(shù)少、不能擴(kuò)充（一般是2臺(tái)），系統(tǒng)流量高的情況。

5)開(kāi)關(guān)樞紐結(jié)構(gòu)：把交叉開(kāi)關(guān)設(shè)置在各處理機(jī)或接口內(nèi)部。所有開(kāi)關(guān)樞紐數(shù)量少，可用較

短路徑與處理機(jī)連接；但開(kāi)關(guān)樞紐較復(fù)雜。適合處理機(jī)數(shù)多、可擴(kuò)充、分布結(jié)構(gòu)情況。

25、【問(wèn)答題】簡(jiǎn)述中斷處理次序和中斷響應(yīng)次序的不同點(diǎn)。

答案：（1）中斷響應(yīng)次序：同時(shí)發(fā)生多個(gè)不同中斷類(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。它是由硬件排隊(duì)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)從高到低固定。

（2）中斷處理次序：指的是中斷處理完的次序，中斷的處理要由中斷處理程序完成，而

中斷處理程序在執(zhí)行前或執(zhí)行中是可以被中斷的，這樣，中斷處理次序可以不同于中斷響

應(yīng)次序。（3）兩者有時(shí)候保持一致，也可以不一致，可以通過(guò)設(shè)置中斷屏蔽位，來(lái)控制

中斷處理次序。參考概念1）中斷優(yōu)先級(jí)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)一般有若干個(gè)中斷源，往往會(huì)出現(xiàn)

有兩個(gè)或兩個(gè)以上的中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求的情況，而CPU在一個(gè)時(shí)刻只能響應(yīng)一個(gè)請(qǐng)

求。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是：將所有的中斷源按照需要服務(wù)的輕重緩急程度分成若干個(gè)級(jí)

別，把最迫切需要服務(wù)的中斷源放在最高級(jí)別，然后依次降低級(jí)別。這樣，當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)中

斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU響應(yīng)其中級(jí)別最高的。2）中斷處理過(guò)程：處理中斷是由硬

件和軟件共同完成的，其中，硬件部分稱(chēng)為中斷機(jī)構(gòu)或中斷裝置，軟件部分稱(chēng)為中斷處理

程序。系統(tǒng)為每類(lèi)中斷設(shè)置一個(gè)中斷處理程序，它們的入口地址及運(yùn)行環(huán)境的程序狀態(tài)字

保存在內(nèi)存的固定存儲(chǔ)單元中，稱(chēng)為中斷向量。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，中斷機(jī)構(gòu)根據(jù)中斷類(lèi)別將

對(duì)應(yīng)的中斷向量送到程序狀態(tài)字PSW和程序計(jì)數(shù)器PC中，使中斷處理程序得以執(zhí)行。在

計(jì)算機(jī)執(zhí)行的任一時(shí)刻，可能有幾個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生，為使系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)并處理發(fā)生的所

有中斷，在設(shè)計(jì)中斷機(jī)構(gòu)時(shí)，就必須根據(jù)各類(lèi)中斷的輕重緩急安排好中斷響應(yīng)的次序，給

不同的中斷賦予不同的優(yōu)先級(jí)，以便中斷機(jī)構(gòu)能首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的中斷。3）中斷屏

蔽：中斷屏蔽是指中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求之后，CPU不予響應(yīng)的狀態(tài)。通過(guò)中斷屏蔽可以改

變本來(lái)由硬件規(guī)定好了的中斷優(yōu)先級(jí)。

26、【問(wèn)答題】簡(jiǎn)述在采用頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，頁(yè)面失效頻率（PFF）算法的思想。

答案：（1）命名：頁(yè)面失效頻率替換算法PFF全稱(chēng)是pagefaultfrequency。（2）根

據(jù)：由于堆棧型替換算法有隨著該道程序的實(shí)頁(yè)數(shù)增加，命中率會(huì)單調(diào)上升這一特點(diǎn)，可

對(duì)LRU最近最少使用算法進(jìn)行改進(jìn)，提出使系統(tǒng)性能更優(yōu)的動(dòng)態(tài)算法PFF。（3）核心思

想：PFF根據(jù)各道程序運(yùn)行中的主存頁(yè)面失效率，由操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分配給各道程序的

實(shí)頁(yè)數(shù)。當(dāng)主存頁(yè)面失效率超過(guò)某個(gè)值時(shí)，自動(dòng)增加分配給該道程序的主存頁(yè)數(shù)，以提高

其命中率；而當(dāng)主存頁(yè)面失效率低于某個(gè)值時(shí)，則自動(dòng)減少分配給該道程序的主存頁(yè)數(shù)，

以便釋放出更多的主存頁(yè)面供其他程序使用。（4）目標(biāo)：使整個(gè)系統(tǒng)總的主存命中率和

主存利用率得到提高。

27、【問(wèn)答題】簡(jiǎn)述SIMD系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

答案：SIMD系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)存在于處理單元之間、處理單元與存儲(chǔ)分體之間。目標(biāo)：1）不

過(guò)分復(fù)雜，以降低成本2）靈活，滿(mǎn)足算法和應(yīng)用需求3）傳遞步數(shù)越少越好4）用基本構(gòu)

件組合而成，支持多級(jí)擴(kuò)展

28、【問(wèn)答題】設(shè)通道在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)，選擇設(shè)備需4.9，傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需

0.1。（1）某低速設(shè)備每隔250發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，問(wèn)至多可接幾臺(tái)這

種低速設(shè)備？（2）對(duì)于如下5種高速設(shè)備A~E，要求字節(jié)傳送請(qǐng)求的時(shí)間間隔如題28表

所示。若一次通信傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024字節(jié)，問(wèn)哪些設(shè)備可以掛在此通道上？哪些

不能？題28表設(shè)備種類(lèi)ABCDE發(fā)送申請(qǐng)間隔（）0.130.10.110.20.3

答案：

（1）該字節(jié)型通道最大流量為

TS=4.9μs,TD=0.1μs一共支持的臺(tái)數(shù)n為n*1/250μs<=1/(4.9+0.1)μsn<=

50臺(tái)（2）A-E是高速設(shè)備，一次通信傳送的字節(jié)數(shù)n不少于1024字節(jié)，意味著此通道為

選擇通道，最大流量為

TS=4.9μs,TD=0.1μs，n>=1024f實(shí)際<=fmax-select=9.543設(shè)備種類(lèi)

|A|B|C|D|E發(fā)送申請(qǐng)間隔（μs）|0.13|0.1|0.11|0.2|0.3f實(shí)際

|1/0.13|1/0.1|1/0.11|1/0.2|1/0.3是否可以|可以|不可以|可以|可以|可以

29、【問(wèn)答題】向量A和B各有6個(gè)元素，計(jì)算向量點(diǎn)積。（1）

若在順序方式下，一次“加”需4，一次“乘”需3，求執(zhí)行完A?B所需的時(shí)

間；（2）在如題29圖所示的靜態(tài)雙功能流水線上計(jì)算A?B，其中，l→2→3→5為加法流

水線，1→4→5為乘法流水線，輸出可直接返回輸入，延遲時(shí)間和功能切換的時(shí)間忽略不

計(jì)。設(shè)計(jì)合理的算法，使完成A?B的時(shí)間最少。畫(huà)出流水時(shí)空?qǐng)D，并標(biāo)出全部算完的時(shí)

間。

答案：

（1）計(jì)算向量點(diǎn)積，需要做6次乘法，再把六個(gè)成績(jī)累加起來(lái)，做

5次加法。因此，按順序方式完成，需要的時(shí)間為6*3\+5*4=38（2）因?yàn)?/p>

是靜態(tài)流水線，功能切換需要花時(shí)間，因此切換次數(shù)越少越好。故而先做乘法，再做加法

效果較好，做累加時(shí)，盡量避免數(shù)據(jù)相關(guān)，這樣后面的指令不必等待前面的結(jié)果。算法如

下：(1)a1b1=a1*b1(2)a2b2=a2*b2(3)a3b3=a3*b3(4)a4b4=a4*b4(5)

a5b5=a5*b5(6)a6b6=a6*b6(7)tmp1=a1b1+a2b2(8)tmp2=a3b3+a4b4(9)

tmp3=a5b5+a6b6(10)tmp4=tmp1+tmp2(11)sum=tmp3+

tmp45|||1|2|3|4|5|6||||7|8|9|||10||||114||1|2|3|4|5|6||||||||||||||

3|||||||||||7|8|9|||10||||11|2||||||||||7|8|9|||10||||11||

1|1|2|3|4|5|6|||7|8|9|||10||||11|||

|1|2|3|4|5|6|7|8|9|10|11|12|13|14|15|16|17|18|19|20|21一共需要21

30、【問(wèn)答題】有表達(dá)式A＊（B+C＊（D+E＊F））+G＊H＊D，在多處理機(jī)上，要求利用減少

樹(shù)高的辦法加速運(yùn)算。（1）畫(huà)出并行算法的樹(shù)形流程圖；（2）求處理機(jī)數(shù)P、運(yùn)算級(jí)數(shù)

Tp、單處理機(jī)級(jí)數(shù)T1、加速比SP和效率Ep等的值。

答案：

單處理機(jī)運(yùn)行流程如下圖所示

A＊（B+C＊（D+E＊

F））+G＊H＊D=A＊B+A＊C＊D+A＊C＊E＊F+G＊H＊D=（A＊B+G＊H＊D）+（A

＊C）＊（D+E＊F）樹(shù)形流程圖如下：

由上圖可知，

處理機(jī)數(shù)P=4運(yùn)算級(jí)數(shù)Tp=4（樹(shù)高，即從樹(shù)根到樹(shù)葉節(jié)點(diǎn)上包含操作最多的一條路徑）

單處理機(jī)級(jí)數(shù)T1=8（因?yàn)榇泄ぷ鳎杂卸嗌賯€(gè)操作符就是多少級(jí)）加速比SP=T1/

Tp=8/4=2效率Ep=SP/P=2/4=50%

31、【問(wèn)答題】采用LRU替換算法的頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器共有9頁(yè)空間準(zhǔn)備分配給A、B兩道程

序。已知若給B道程序分配4頁(yè)時(shí)，命中率為8/15；而若分配5頁(yè)時(shí)，命中率可達(dá)10/15。

現(xiàn)給出A道程序執(zhí)行中的頁(yè)地址流為2,3,2,1，5，2，4，5，3，2，5,2,1，4，5。（1）畫(huà)出

用堆棧對(duì)A道程序頁(yè)地址流的模擬過(guò)程圖，分別統(tǒng)計(jì)給其分配4頁(yè)和5頁(yè)時(shí)的命中率；（2）

根據(jù)已知條件和上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果，給A、B兩道程序各分配多少實(shí)頁(yè)，可使系統(tǒng)效率最高？

答案：

（1）<imgdata-cke-saved-

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Tmqq6uttqxxbm4uPv74Y3z88cfIysriVNaFCxfw+eefY9u2bThy5AjnPsO27cTEBNzd3TmXpdPpsGf

PHmzfvh3btm3j3I4DAwNwdnbGtm3b0NTUxPmTrlwuR3x8PLZt24a8vDzMzMxwrlOVSoWSkhJs3boVk

ZGRnOrUaDTi+vXr+Oijj7B161YEBgZyXj+j0YjR0VF89tln93wt8zh2p/VCXFxc0NXVxXlsYxgGR48

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