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計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試題及答案
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指根據(jù)屬性和功能不同而劃分的計(jì)算機(jī)理論組成部分及計(jì)算機(jī)基本工作原理、理論的總稱。以下是由陽光網(wǎng)小編整理關(guān)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試題的內(nèi)容，希望大家喜歡!
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試題
一、選擇題(15分)
1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多級(jí)層次中，從下層到上層，各級(jí)相對(duì)順序正確的應(yīng)當(dāng)是( )
A.匯編語言機(jī)器級(jí)---操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)---高級(jí)語言機(jī)器級(jí)
B.微程序機(jī)器級(jí)---傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)---匯編語言機(jī)器級(jí)
C.傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)---高級(jí)語言機(jī)器級(jí)---匯編語言機(jī)器級(jí)
D. 匯編語言機(jī)器級(jí)---應(yīng)用語言機(jī)器級(jí)---高級(jí)語言機(jī)器級(jí)
2. 對(duì)系統(tǒng)程序員不透明的是( )
A.Cache 存儲(chǔ)器 B.系列幾各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度
C.指令緩沖寄存器 D.虛擬存儲(chǔ)器
3. 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，比較好的方法是( )
A.從上向下設(shè)計(jì) B.從下向上設(shè)計(jì)
C.從兩頭向中間設(shè)計(jì) D.從中間開始向上、向下設(shè)計(jì)
4. 不同系列的機(jī)器之間，實(shí)現(xiàn)軟件移植的途徑不包括( )
A.用統(tǒng)一的高級(jí)語言 B.用統(tǒng)一的匯編語言
C.模擬 D.仿真
5. 堆棧型機(jī)器比通用寄存器型機(jī)器優(yōu)越的是( )
A.支持先進(jìn)先出類接替算法的求解 B.能更好地支持向量的運(yùn)算
C.支持由逆波蘭表達(dá)式將高級(jí)語言多元賦值語句直接編譯生成堆棧指令程序
D.能優(yōu)化存儲(chǔ)器的空間利用率
6. 浮點(diǎn)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.0.5 B.0.25 C.0.125 D.1/64
7. 在尾數(shù)下溢處理方法中，平均誤差最大的是( )
A.截?cái)喾?B.舍入法
C.恒置“1”法 D.ROM查表法
8. ILLIAC Ⅳ是一種( )
A.流水線處理機(jī) B.指令重疊處理機(jī)
C.陣列處理機(jī) D.多處理機(jī)
9. 能實(shí)現(xiàn)作業(yè)、任務(wù)級(jí)并行的異構(gòu)型多處理機(jī)屬( )
A.MISD B.SIMD C.MIMD D.SISD
10.非線性流水線是指( )
A.一次運(yùn)算中使用流水線中多個(gè)功能段
B.一次運(yùn)算中要多次使用流水線中的某些功能段
C. 流水線中的某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同
D. 流水線中的各個(gè)功能段在各種運(yùn)算中有不同的組合
11.流水機(jī)器對(duì)全局性的相關(guān)處理不包括( )
A.猜測法 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
12.外部設(shè)備打印機(jī)適合于連接( )
A.數(shù)組多路通道或選擇通道 B.字節(jié)多路通道或選擇通道
C.選擇通道 D.任意一種通道
13.虛擬存儲(chǔ)器常用的地址映像方式是( )
A.全相聯(lián) B.段相聯(lián)
C.組相聯(lián) D.直接
14.下列關(guān)于虛擬存儲(chǔ)器的說法，比較正確的是( )
A.訪主存命中率隨頁面大小增大而提高
B.訪主存命中率隨貯存容量增加而提高
C.更換替換算法能提高命中率
D.在主存命中率低時(shí)，改用堆棧型替換算法，并增大主存容量，可提高命中率
15.Cache存儲(chǔ)器常用的地址映像方式是( )
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
16. 對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)透明的是( )
A.字符行運(yùn)算指令 B.主存地址寄存器
C.虛擬存儲(chǔ)器 D.VLSI技術(shù)
17. 匯編語言源程序變換成機(jī)器語言目標(biāo)程序是經(jīng)( )來實(shí)現(xiàn)的。
A.編譯程序解釋 B.匯編程序解釋
C.編譯程序翻譯 D.匯編程序翻譯
18. “從中間開始”設(shè)計(jì)的“中間”目前多數(shù)是在( )
A.傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)與微程序機(jī)器級(jí)之間
B.傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)與操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)之間
C.微程序機(jī)器級(jí)與匯編語言機(jī)器級(jí)之間
D. 操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)與匯編語言機(jī)器級(jí)之間
19. 推出系列機(jī)的新機(jī)器，不能更改的是( )
A.原有指令的尋址方式和操作碼 B.系統(tǒng)總線的組成
C.數(shù)據(jù)通路寬度 D.存儲(chǔ)芯片的集成度
20. 利用時(shí)間重疊概念實(shí)現(xiàn)并行處理的是( )
A.流水處理機(jī) B.多處理機(jī)
C.并行(陣列)處理機(jī) D.相聯(lián)處理機(jī)
21. 在相同機(jī)器字長和尾數(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)( )
A.運(yùn)算過程中數(shù)的精度損失降低 B.數(shù)在數(shù)軸上的分布變密
C.可表示數(shù)的范圍增大 D.可表示數(shù)的個(gè)數(shù)增多
22. 當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的基值rm=16,除尾符之外的尾數(shù)機(jī)器位數(shù)為8位時(shí)，可表示的規(guī)格化最
大尾數(shù)值是( )
A.1/2 B.15/16
C.1/256 D.255/256
23. 尾數(shù)下溢處理方法中，平均誤差可調(diào)整到零的方法是( )
A.舍入法 B.截?cái)喾?/p>
C.ROM 查表法 D.恒置“1”法
24. 支持動(dòng)態(tài)地址再定位的尋址方式是( )
A.基址尋址 B.間接尋址
C.變址尋址 D.直接尋址
25.磁盤外部設(shè)備適合于連接( )
A.數(shù)組多路通道或選擇通道 B.字節(jié)多路通道或選擇通道
C.數(shù)組多路通道或字節(jié)通道 D.任意一種通道
26.最能確保提高虛擬存儲(chǔ)器訪主存的命中率的改進(jìn)途徑是( )
A.增大輔存容量 B.采用FIFO替換算法并增大頁面
C.采用LRU替換算法并增大頁面 D.采用LRU替換算法并增大頁面數(shù)
27.下列說法正確的是( )
A.Cache容量一般不大，命中率不會(huì)很高
B.Cache芯片速度一般比CPU的速度慢數(shù)十倍
C.Cache本身速度很快，但地址變換速度很慢
D.Cache 存儲(chǔ)器查映象表和訪問物理Cache其間可以流水，使速度與CPU匹配。
28.與流水線最大吞吐率高低有關(guān)的是( )
A.各個(gè)子過程的時(shí)間 B.最快子過程的時(shí)間
C.最慢子過程的時(shí)間 D.最后子過程的時(shí)間
29.用循環(huán)表示 PM2-1的互連函數(shù)，應(yīng)該是( )
A.(6 4 2 0)(7 5 3 1) B.(0 2 4 6 )(1 3 5 7)
C.(0 1 2 3 4 5 6 7) D.(7 6 5 4 3 2 1 0)
30.在共享主存的多處理機(jī)中，為減少訪主存沖突，采用的方式一般是( )
A.并行多體交叉主存系統(tǒng) B.虛擬存儲(chǔ)器
C.共享Cache存儲(chǔ)器 D.用高速單體主存儲(chǔ)器
31. 直接執(zhí)行微指令的是( )
A.匯編程序 B.編譯程序
C.硬件 D.微指令程序
32. 從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，機(jī)器語言程序員所看到的機(jī)器屬性是( )。
A.計(jì)算機(jī)軟件所要完成的功能 B.計(jì)算機(jī)硬件的全部組成
C.編程要用到的硬件組織 D.計(jì)算機(jī)各部件的硬件實(shí)現(xiàn)
33. 不同系列的機(jī)器之間，實(shí)現(xiàn)軟件移植的途徑不包括( )
A.用統(tǒng)一的高級(jí)語言 B.用統(tǒng)一的匯編語言
C.模擬 D.仿真
34. 多處理機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的是( )
A.指令級(jí)并行 B.任務(wù)級(jí)并行
C.操作級(jí)并行 D.操作步驟的并行
35. 浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)下溢處理時(shí)，最大誤差最大，但下溢處理不需要時(shí)間，平均誤差又趨于零
的方法是( )
A.截?cái)喾?B.舍入法
C.ROM 查表法 D.恒置“1”法
36. 程序員編制程序所使用的地址是( )
A.有效地址 B.邏輯地址
C.輔存實(shí)地址 D.主存地址
37. 通道流量是在某個(gè)時(shí)期單位時(shí)間內(nèi)傳送的字節(jié)數(shù)，這個(gè)時(shí)期應(yīng)是( )
A.通道開始選擇設(shè)備期 B.通道數(shù)據(jù)傳送期
C.通道數(shù)據(jù)傳送結(jié)束期
D.用戶經(jīng)訪管指令進(jìn)入管態(tài)，運(yùn)行I/O管理程序的期間
38. 用于虛擬存儲(chǔ)器頁面替換，且為堆棧型的算法是( )
A.隨機(jī)法 B.相聯(lián)目錄表法
C.比較對(duì)法 D.近期最久未用法
39. 與虛擬存儲(chǔ)器的等效訪問速度無關(guān)的是( )
A.頁地址流 B.頁面調(diào)度策略
C.主存的容量 D.輔存的容量
40.采用組相聯(lián)映象的Cache存儲(chǔ)器，地址變換可用的方法是( )
A.目錄表法 B.比較對(duì)法
C.頁表法 D.堆棧法
41.組相聯(lián)映象、LRU替換的Cache存儲(chǔ)器，不影響Cache命中率的是( )
A.增加Cache中的塊數(shù) B.增大組的大小
C.增大主存容量 D.增大塊的大小
42.指令間的“一次重疊”是指( )
A.“取指k+1”與“分析k” B.“分析k+1”與“執(zhí)行k”
C.“分析k”與“執(zhí)行k+1” D.“取指k+1”與“執(zhí)行k”
43.靜態(tài)流水線是指( )
A.只有一種功能的流水線 B.功能不能改變的流水線
C.同時(shí)只能完成一種功能的多功能流水線
D.可同時(shí)執(zhí)行多種功能的流水線
44.在流水機(jī)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)
45.多處理機(jī)中在先的程序段1中的指令C?A*B和在后的程序段2中的指令A(yù)?D+E之
間存在( )。
A.RAW數(shù)據(jù)相關(guān) B.WAR數(shù)據(jù)相關(guān)
C.RAR數(shù)據(jù)相關(guān) D.WAR數(shù)據(jù)相關(guān)
二、填空題(20分)
1. 實(shí)現(xiàn)程序移植的主要途徑有統(tǒng)一高級(jí)語言、系列機(jī)、_____________和______________。
2.從計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的并行性看，由低到高的并行性等級(jí)，可有位串字串、位并字串、_____________和______________。
3.從對(duì)執(zhí)行程序或指令的控制方式上，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為由控制驅(qū)動(dòng)的控制流方式，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的_____________流方式，按_____________驅(qū)動(dòng)的規(guī)約方式等。
4.浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值增大，可使運(yùn)算中的精度損失_____________，可表示數(shù)的精度變_____________。
5.評(píng)價(jià)存儲(chǔ)器性能的基本要求是大容量、_____________和_____________。
6.Cache存儲(chǔ)器是增加輔助_____________件，使之速度接近于Cache的，容量是_____________的。
7.設(shè)T1和T2為CPU訪問到M1和M2中信息的時(shí)間，H為命中M1的概率，則由M1和M2構(gòu)成的二級(jí)存儲(chǔ)層次的等效訪問時(shí)間應(yīng)等于_____________。
8.在 ILLIAC IV陣列機(jī)上，實(shí)現(xiàn)N個(gè)元素的累加和，相對(duì)單處理機(jī)上的順序相加，速度提高的最大比值只是_____________倍。
9.就本質(zhì)而言，并行性包含著_________________和_________________的二重含義。
10.多處理機(jī)可用FORK、JOIN語句來管理進(jìn)程的并行，其中，F(xiàn)ORK用于_____________新的進(jìn)程，JOIN用于_____________先前已并發(fā)的進(jìn)程。
11. 系列機(jī)軟件兼容必須做到_____________兼容，盡可能爭取______________兼容。
12. 從計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的并行性看，由低到高的并行性等級(jí)可分為_____________、指令之間、任務(wù)或進(jìn)程間和_____________間四級(jí)。
13. 沿時(shí)間重疊技術(shù)途徑發(fā)展的同構(gòu)型多處理機(jī)系統(tǒng)的典型代表是_____________處理機(jī);沿資源重復(fù)技術(shù)途徑發(fā)展的同構(gòu)型多處理機(jī)系統(tǒng)的典型代表是_____________處理機(jī)。
14.自定義數(shù)據(jù)表示又分為 _____________表示和_____________表示兩類。
15.虛擬存儲(chǔ)器對(duì)_____________程序員是透明的，對(duì)_____________程序員是不透明的(填“系統(tǒng)”或“應(yīng)用”)。
16.在Cache存儲(chǔ)器寫操作中，只寫入____________，僅當(dāng)需要塊替換時(shí)，才將其寫回_____________。稱這種修改主存塊內(nèi)容的方法為“寫回法”。
17.8個(gè)結(jié)點(diǎn)的混洗網(wǎng)絡(luò)，其混洗函數(shù)為Shuffle(P2 P1 P0)=_____________。
18.解決重疊和流水中的操作數(shù)相關(guān)，不外乎是_____________法和設(shè)置_____________法兩種基本方法。
19.流水線消除速度瓶頸的方法有_________________和 _________________兩種。
20.多處理機(jī)的程序段指令之間既有RAW相關(guān)，又有WAR相關(guān)，并且以交換數(shù)據(jù)為目的，則它們必須_____________，且讀寫要___________。
21. 開發(fā)并行性是為了并行處理，并行性又包括_____________和______________二重含義。
22. 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的主要技術(shù)途徑有時(shí)間重疊、_____________、和_____________。
23.計(jì)算機(jī)按指令流和數(shù)據(jù)流及其多倍行分類，典型單處理機(jī)屬于單指令流、單數(shù)據(jù)流;陣列處理機(jī)屬_____________;多處理機(jī)屬 _____________。
24.浮點(diǎn)數(shù)階碼位數(shù)影響數(shù)的可表示 _____________大小，尾數(shù)位數(shù)影響數(shù)的.可表示_____________大小。
25.虛擬存儲(chǔ)器主要是為解決主存_____________滿足不了要求發(fā)展出來的;Cache 主要是解決主存_____________滿足不了要求發(fā)展出來的
26.Cache存儲(chǔ)器采用組相聯(lián)的映象規(guī)則是組間_____________映象，組內(nèi)各塊間_____________映象。
27.多功能流水線各功能同時(shí)只能按某一種功能連接地稱為 _____________態(tài)流水線，同時(shí)可按不同運(yùn)算或功能連接地稱為 _____________態(tài)流水線。
28.N個(gè)端的混洗交換網(wǎng)絡(luò)中，最遠(yuǎn)的兩個(gè)入、出端的二進(jìn)制編號(hào)是 _____________和_____________，其最大距離為2log2N-1。
29.多處理機(jī)有 _________________和 _________________兩種基本構(gòu)型。
30.多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的是_____________、 _____________間的并行。
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三、判斷題(10分)
1.系列機(jī)可將單總線改成雙總線以減少公用總線的使用沖突。 ( )
2.系統(tǒng)是否設(shè)浮點(diǎn)運(yùn)算指令，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是透明的。 ( )
3.二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)據(jù)信息較之二—十進(jìn)制數(shù)表示，其存儲(chǔ)空間利用率低，運(yùn)算速度要快。( )
4.對(duì)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。( )
5.I/O系統(tǒng)所帶外設(shè)種類數(shù)量多，速度差異大，適宜采用專用總線來作I/O總線。( )
6.對(duì)標(biāo)量數(shù)據(jù)來說，并行主存系統(tǒng)的實(shí)際頻寬采用多體單字方式的要比采用單體單字方式組成的高。( )
7.Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。( )
8.指令的重疊解釋，即可加快程序的解釋，又能加快指令的解釋。( )
9.為了使陣列機(jī)在包括向量、數(shù)組、標(biāo)量等各種題目上有盡可能高的速度性能，只需要在價(jià)格允許的情況下，盡可能增大處理單元數(shù)N即可。
10.在多處理機(jī)上，各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不同時(shí)，在各處理機(jī)總的運(yùn)行時(shí)間均衡的前提下，采用不均勻分配，讓各處理機(jī)所分配的任務(wù)數(shù)要么盡量的多，要么盡量的少，這樣，才可使總運(yùn)行時(shí)間減少。( )
11.存儲(chǔ)器采用單體單字，還是多體交叉并行存儲(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)是透明的。 ( )
12.系列機(jī)各檔機(jī)器不同的數(shù)據(jù)總線線數(shù)，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是不透明的。 ( )
13.多數(shù)I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)面向操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮如何在操作系統(tǒng)與I/O系統(tǒng)之間進(jìn)行合理的軟、硬件功能分配。( )
14.在存儲(chǔ)體系中，地址的映象與地址的變換沒有區(qū)別。( )
15.Cache存儲(chǔ)器等效訪問速度達(dá)不到接近于第一級(jí)Cache的，可以增加Cache容量來解決。( )
16.只要將子程序進(jìn)一步細(xì)分，就可以使流水線吞吐率進(jìn)一步提高。( )
17.CRAY_1向量機(jī)相鄰向量指令之間，既無向量寄存器組的使用沖突，又無流水線的功能部件爭用，它們可以同時(shí)并行。( )
18.在集中式共享存儲(chǔ)器的陣列處理機(jī)構(gòu)形中，處理單元數(shù)N應(yīng)大于或等于系統(tǒng)存儲(chǔ)體體數(shù)K，是各個(gè)體都能充分忙碌的工作。( )
19.在多處理機(jī)系統(tǒng)中，兩個(gè)程序段的變量可以順序串行x和y之間，為了交換數(shù)據(jù)，程序段1中有x=y，程序段2中有y=x，則這兩個(gè)程序段可以順序串行和交換串行，也可以并行執(zhí)行，不必采取專門的同步措施。
20.在多處理機(jī)上，各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不同時(shí)，在各處理機(jī)總的運(yùn)行時(shí)間均衡的前提下， 采用不均勻分配，讓各處理機(jī)所分配的任務(wù)數(shù)要么盡量的多，要么盡量的少，這樣，才可使總運(yùn)行時(shí)間減少。( )
21.軟硬功能分配時(shí)，提高軟件功能的比例會(huì)提高系統(tǒng)靈活性，也會(huì)提高解題速度。( )
22.系列機(jī)應(yīng)用軟件應(yīng)做到向前兼容，力爭向下兼容。( )
23.在高性能計(jì)算機(jī)上，信息在存儲(chǔ)器中應(yīng)按整數(shù)邊界存儲(chǔ)，即使會(huì)造成存儲(chǔ)空間浪費(fèi)也問題不大。( )
24.中斷嵌套時(shí)，在處理某級(jí)中斷中的某個(gè)中斷請(qǐng)求過程中是不能被同級(jí)的其他中斷請(qǐng)求所中斷的。( )
25.Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高。( )
26.流水線調(diào)度是看如何調(diào)度各任務(wù)進(jìn)入流水線的時(shí)間，使單功能線性流水線有高的吞吐率和效率。( )
27.CRAY_1向量吉相鄰向量指令之間，既無向量寄存器組的使用沖突，又無流水線的功能部件爭勇，它們可以同時(shí)并行。( )
28.0~15共16個(gè)處理單元用Cube2單級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接，第10號(hào)處理單元將連至第8號(hào)處理單元。( )
29.N個(gè)輸入、N個(gè)輸出的立方體log2N級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在一次運(yùn)行中，能實(shí)現(xiàn)任意一個(gè)入端連到任意一個(gè)出端，但不能實(shí)現(xiàn)這N個(gè)端子任意排列的連接。
30.在多處理機(jī)上，各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不同時(shí)，在各處理機(jī)總的運(yùn)行時(shí)間均衡的前提下，采用不均勻分配，讓各處理機(jī)所分配的任務(wù)數(shù)要么盡量的多，要么盡量的少，這樣，才可使總運(yùn)行時(shí)間減少。( )
四、簡答題(25分)
1. 簡要描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的定義內(nèi)容。
2. 簡要敘述模擬和仿真的異同點(diǎn)。
3. 什么是峰值性能、持續(xù)性能?持續(xù)性能有哪幾種表示方法?
4.實(shí)現(xiàn)軟件移植的途徑有哪些?各受什么制約?
5.什么是流水線的速度瓶頸?消除這種瓶頸的方法有哪兩種?
6.在流水線中，什么是全局性相關(guān)? 處理全局性相關(guān)的方法有哪些? 簡要說明。
7.多處理機(jī)操作系統(tǒng)有哪三種類型?各適合于哪類機(jī)器?
8.CISC和RISC機(jī)各有哪些主要特征?
9、簡要敘述“阿姆達(dá)爾定律”的內(nèi)容和含義。
10、RISC機(jī)在CPU內(nèi)部設(shè)置大量寄存器，并采用窗口重疊技術(shù)有什么好處?
11、什么是資源沖突，什么情況下產(chǎn)生?如何解決?
13、提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的技術(shù)途徑有哪三個(gè) ?簡要解釋并各舉一例。
14.、CPU寫Cache時(shí)，會(huì)發(fā)生Cache與貯存的對(duì)應(yīng)復(fù)本內(nèi)容不一致的現(xiàn)象，解決這個(gè)問題有哪些方法? 各需要增加什么開銷?
15.、計(jì)算機(jī)訪存有哪二種局部性規(guī)律?什么是存貯器的層次結(jié)構(gòu)?
五、設(shè)計(jì)與論述題(30分)。
1、 假設(shè)Cache存儲(chǔ)器的速度是主存儲(chǔ)器速度的5倍，程序執(zhí)行時(shí)90%的時(shí)間可以訪問到
Cache存儲(chǔ)器，采用這種Cache存儲(chǔ)器后，加速比多大?(8分)
2、某一動(dòng)態(tài)流水線有S1、S2、S3、S4段，其特性有以下的預(yù)約表表示，
(1) 確定禁止表F和沖突向量C。(4分)
(2) 畫出狀態(tài)圖，確定其最小平均等待時(shí)間和最佳調(diào)度方案，以及最大吞吐率。(8分)
SSSS
3、試確定在下列兩種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中計(jì)算算術(shù)表達(dá)式
S=A[1]B[1]+A[2]B[2]+A[3]B[3]+A[4]B[4]的時(shí)間
(1) 具有4個(gè)PE的SIMD系統(tǒng)
(2) 具有4個(gè)處理機(jī)的MIMD系統(tǒng)
加法需要2個(gè)單位時(shí)間。乘法需要4個(gè)單位時(shí)間。取指令和取數(shù)據(jù)所需存儲(chǔ)器訪問時(shí)間忽略不計(jì)。數(shù)據(jù)從一個(gè)PE到另一個(gè)PE的傳輸時(shí)間均為一個(gè)單位時(shí)間。在SIMD系統(tǒng)中，PE間以線性環(huán)形連接，即每個(gè)PE與兩個(gè)相鄰的PE相連。在MIMD系統(tǒng)中，每個(gè)PE可以直接與其他的PE通信。
4.CRAY_1機(jī)啟動(dòng)存儲(chǔ)器、流水部件及寄存器寫入各需一拍，“加”6拍，“乘”7拍，“訪存”6拍�，F(xiàn)有向量指令串：
V3?存儲(chǔ)器
V4?V0+V1
V2?V4*V3
向量長度均為N，計(jì)算指令串最短的執(zhí)行時(shí)間。(給出必要的步驟和說明)
(1)三條指令串行執(zhí)行;
(2)前兩條并行執(zhí)行后，再執(zhí)行第三條指令;
(3)采用鏈接技術(shù);
5、某一5段的流水線需經(jīng)9拍才能完成一個(gè)任務(wù)，其預(yù)約表如下表示，
(3) 確定禁止表F和沖突向量C。
(4) 畫出狀態(tài)圖，確定其最小平均等待時(shí)間、最大吞吐率及其調(diào)度方案。
SSSSS
6、編號(hào)分別為0、1、2、…、7的8個(gè)處理器之間要求按下列配對(duì)通信：
(0、2)，(1、3)，(4、6)，(5、7)。
試選擇互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)類型、控制方式及各級(jí)交換開關(guān)狀態(tài)圖。
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試題答案
一、1(a), 2(d), 3(d), 4(b), 5(c), 6(x)(1/86 ),7(a), 8(c), 9(c), 10(b), 11(d), 12(b), 13(a), 14(4), 15(c)
16(d), 17(d), 18(b), 19(a), 20(a), 21(b), 22(x) (1-1/168 )), 23(c), 24(a), 25(a), 26(d), 27(d), 28(c), 29(a), 30(a)，31(c), 32(c), 33(b), 34(b),35(d), 36(b), 37(b), 38(d), 39(d), 40(a), 41(c), 42(b), 43(c), 44(d), 45(b)
二、1. 模擬，仿真 2. 位片串字并，全并行 3.數(shù)據(jù)，需求 4.減小，低 5.高速度，低
價(jià)格 6.硬，主存 7. HT1+(1-H) T2 8.N/log2N 9.同時(shí)性，并發(fā)性 10.派生，匯合
11.后，上 12.指令內(nèi)部，作業(yè)和程序 13.流水線，陣列(并行) 14.帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)描述符 15.應(yīng)用，系統(tǒng) 16.Cache，主存 17. P1 P0 P2 18.推后法，設(shè)置相關(guān)專用通路 19.平靜子程序進(jìn)一步細(xì)分，瓶頸子程序并聯(lián)多套 20.并行，完全同步
21.同時(shí)性，并發(fā)性 22.資源重復(fù)，資源共享 23. 單指令流、多數(shù)據(jù)流，多指令流、多數(shù)據(jù)流 24.范圍，精度 25.容量，速度 26.直接，全相聯(lián) 27.靜，動(dòng) 28.全“0”，全“1” 29.緊密耦合，松散耦合 30.作業(yè)，任務(wù)
三、1.(對(duì)) 2.(錯(cuò)) 3.(錯(cuò)) 4.(對(duì)) 5.(錯(cuò)) 6.(對(duì)) 7.(錯(cuò)) 8.(錯(cuò)) 9.(錯(cuò)) 10.( 錯(cuò))
11.(對(duì)) 12.(錯(cuò)) 13.(對(duì)) 14.(錯(cuò)) 15.(對(duì)) 16.(錯(cuò)) 17.(對(duì)) 18.(錯(cuò)) 19.(錯(cuò))
20.(對(duì)) 21.(錯(cuò)) 22.(錯(cuò)) 23.(對(duì)) 24.(對(duì)) 25.(錯(cuò)) 26.(錯(cuò)) 27.(對(duì)) 28.(錯(cuò))
29.(對(duì)) 30.(對(duì))
四、
1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指多級(jí)層次結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的結(jié)構(gòu)，它是軟件和硬件/固件的主要交界面，是讓編制的機(jī)器語言程序、匯編語言源程序及高級(jí)語言源程序編譯生成的機(jī)器語言目標(biāo)程序能在機(jī)器上正確運(yùn)行所看到的計(jì)算機(jī)屬性。
計(jì)算機(jī)組成，主要指的是機(jī)器級(jí)內(nèi)部數(shù)據(jù)流和控制流的組成及邏輯設(shè)計(jì)。它主要與計(jì)算機(jī)操作的并行度、重疊度及部件的共享度等有關(guān)，直接影響系統(tǒng)的速度與價(jià)格。
計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的武力實(shí)現(xiàn)。它著眼于用什么樣的器件技術(shù)和微組裝技術(shù)。它也直接影響系統(tǒng)的速度和價(jià)格。
2.模擬和仿真能在結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)機(jī)器語言程序的移植。模擬是用機(jī)器語言程序解釋另一機(jī)器的機(jī)器指令實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法。模擬方法在機(jī)器指令系統(tǒng)差異比較大時(shí)，會(huì)使程序運(yùn)行速度嚴(yán)重下降。仿真是用微程序直接解釋另一機(jī)器的機(jī)器指令實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法。仿真可以提高被移植軟件運(yùn)行速度，但及其結(jié)構(gòu)差異較大時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)。
區(qū)別是模擬用機(jī)器語言解釋，其解釋程序在主存中;仿真用微程序解釋，其解釋程序在控制存儲(chǔ)器中。
3.峰值性能是指在理想的狀況下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可獲得的最高理論性能值，它不能真實(shí)反映系統(tǒng)的實(shí)際性能。
持續(xù)性能又稱實(shí)際性能，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可獲得的平均理論性能值，通常用算術(shù)平均、幾何平均、和調(diào)和平均三種方法表示
4.CISC設(shè)計(jì)風(fēng)格的主要特點(diǎn)是：
(1)指令系統(tǒng)復(fù)雜;
(2)絕大多數(shù)指令需要多個(gè)機(jī)器周期方可執(zhí)行完畢;
(3)各種指令都可訪問存儲(chǔ)器;
(4)采用微程序控制;
(5)有專用寄存器;
(6)難以用優(yōu)化編譯器生成高效的目標(biāo)代碼程序。
RISC機(jī)的特點(diǎn)：
(1)簡化指令系統(tǒng);
(2)除了LOAD/STORE指令外，所有指令都在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完畢;
(3)除了LOAD/STORE指令外，其余指令只與寄存器打交道;
(4)絕大部分采用硬聯(lián)線控制，不用或少用微程序?qū)崿F(xiàn);
(5)使用較多的通用寄存器，一般至少有32個(gè)，絕沒有專用寄存器;
(6)采用優(yōu)化編譯技術(shù)，生成高效的目標(biāo)代碼程序。
5.
計(jì)算機(jī)訪存有兩種局部性規(guī)律：
(1) 時(shí)間局部性：如果一個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)被訪問，則可能很快會(huì)再次被訪問。
(2) 空間局部性：如果一個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)被訪問，則其領(lǐng)近的項(xiàng)也可能很快被訪問。 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)是指：構(gòu)成存儲(chǔ)系統(tǒng)有n 種不同的存儲(chǔ)器(M1~ M2)之間，增加輔助的軟件或硬件，使之從應(yīng)用程序員角度上看，他們?cè)谶壿嬌鲜且粋�(gè)整體。使得存儲(chǔ)層次的等效訪問速度接近于最高層M1 ，容量接近于最底層Mn ，每位價(jià)格也接近于Mn ，典型的層次存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如：Cache存儲(chǔ)器—〉主存—〉虛擬存儲(chǔ)器。
6.實(shí)現(xiàn)軟件移植的主要途徑有：統(tǒng)一高級(jí)語言、采用系列機(jī)、模擬和仿真等。
統(tǒng)一高級(jí)語言：只能實(shí)現(xiàn)高級(jí)語言軟件的移植，目前高級(jí)語言種類繁多，無法完全統(tǒng)一成一種。
系列機(jī)：由于系列內(nèi)各檔機(jī)器的結(jié)構(gòu)變化不能太大，到一定時(shí)候會(huì)阻礙系列發(fā)展。只能實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)相同或相近的機(jī)器間的匯編語言應(yīng)用軟件的移植。
模擬：用宿主機(jī)的機(jī)器指令解釋，機(jī)器語言差別大時(shí)，速度慢。
仿真：用宿主機(jī)的微程序解釋，機(jī)器差別大時(shí)，仿真難、仿真效率和靈活性差。
7.一個(gè)由若干段組成的流水線，在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后所獲得的吞吐率與其中延遲最大的那一
段長度有關(guān)，這一段就成為影響流水線速度的瓶頸。
消除流水線速度瓶頸的方法主要有兩種：(1)盡量采取將瓶頸子過程再細(xì)分，使之接近于流水線其他段的工作速度。(2)將多個(gè)瓶頸子過程并聯(lián)。
8.全局性相關(guān)是指轉(zhuǎn)移指令與其后續(xù)指令之間的.相關(guān)。
處理方法有：
(1)猜測法：猜中其中一條分支，預(yù)取指令。待條件碼形成后決定是否繼續(xù)執(zhí)行。
(2)提前形成轉(zhuǎn)移所需條件。
(3)加快短循環(huán)程序處理。
9.多處理機(jī)操作系統(tǒng)有主從型、獨(dú)立監(jiān)控型和浮動(dòng)監(jiān)控型3類。
主從型適合于工作負(fù)荷固定，逐級(jí)功能較強(qiáng)、從及功能較弱的異構(gòu)型多處理機(jī)系統(tǒng)。 獨(dú)立監(jiān)控型適合于松耦合的多處理機(jī)系統(tǒng)。
浮動(dòng)監(jiān)控型適合于緊耦合的多處理機(jī)系統(tǒng)。
10.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是：1 TFLOPS的計(jì)算能力， 1 TByte的主存容量，1 特TByte/s的I/O系統(tǒng)帶寬。
11.“阿姆達(dá)爾定律”是指：系統(tǒng)中對(duì)某一部件采用某種更快執(zhí)行方式所能獲得的系統(tǒng)性能改進(jìn)程度，取決于這種執(zhí)行方式被使用的頻率，或所占總執(zhí)行時(shí)間的比例。
實(shí)際上定義了采取增強(qiáng)某部分功能處理后可獲得的性能改進(jìn)或執(zhí)行時(shí)間的加速比。即
12.RISC機(jī)在CPU內(nèi)部設(shè)置大量寄存器和采用寄存器窗口重疊技術(shù)可以縮短CALL和RETURN語句的操作時(shí)間。采用寄存器窗口重疊技術(shù)，可在發(fā)生過程調(diào)用或返回時(shí)，過程參數(shù)能自動(dòng)傳送而不需要再用額外的傳送時(shí)間，所以使處理器與存儲(chǔ)器之間的代碼傳送量大大減少。
13.資源相關(guān)是指，當(dāng)有多條指令進(jìn)入流水線后在同一機(jī)器周期內(nèi)爭用同一功能部件所發(fā)生的沖突。
解決方法是：(1)后條指令停頓一派流水線;
(2)重復(fù)設(shè)置發(fā)生沖突的功能部件。
14.有時(shí)間重疊、資源重復(fù)、資源共享等三個(gè)途徑。
時(shí)間重疊是讓多個(gè)處理過程在實(shí)踐上相互錯(cuò)開，輪流使用統(tǒng)一硬件設(shè)備的各個(gè)處理部分，以加快執(zhí)行速度的方法。如流水線處理機(jī)CRAY-1。
資源重復(fù)是通過重復(fù)設(shè)置硬件資源來提高性能。如陣列處理機(jī)ILLIAC-Ⅳ。
資源共享是利用軟件方法讓多個(gè)用戶共享同一套資源，來提高資源利用率和系統(tǒng)性能的。 如多道程序分時(shí)系統(tǒng)、多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)等。
15.寫回法：CPU只寫入Cache，不寫入主存，僅當(dāng)Cache塊替換時(shí)，才先寫回主存后再替換。要求對(duì)每個(gè)Cache塊增加一個(gè)修改位的資源開銷。
全寫法(寫直達(dá)法)：CPU每次寫Cache的同時(shí)，也直接寫入主存。要增加寫主存的時(shí)間開銷。
五、
1.sp?1
(1?fe)?
fere?11?0.9?0.95?10.28?2.57
2.(1)禁止表F={2,4,6}， 沖突向量
C=101010
最佳調(diào)度方案=(1，7)或(3，5)，最小平均延遲= 4，最大吞吐率=1/4
(3) (1)SIMD系統(tǒng)：
乘法運(yùn)算時(shí)間：4個(gè)PE并行執(zhí)行：時(shí)間= 4
(PE1=A[1]B[1], PE2=A[2]B[2], PE3=A[3]B[3], PE4=A[4]B[4])
加法時(shí)間： 傳送時(shí)間：(PE2—〉PE1 ，PE3—〉PE4 ，并行)= 1
加法時(shí)間：(PE1=PE2+PE1 ，PE4=PE3+PE4 ，并行)=2
加法時(shí)間：傳送時(shí)間：(PE1—〉PE4 )=1
加法時(shí)間：(PE1=PE4+PE1)=2
最短執(zhí)行時(shí)間=4+1+2+1+2=10(個(gè)時(shí)間單位)，結(jié)果在PE1 處理單元中)
(2)MIMD系統(tǒng)：執(zhí)行時(shí)間=10個(gè)時(shí)間單位。
3.單獨(dú)流水：V3?存儲(chǔ)器：1(啟動(dòng)訪存)+6(訪存)+1(打入V3)+ N-1 = 7+N V4?V0+V1：1(啟動(dòng)加)+6(加)+1(打入V4)+ N-1 = 7+N
V2?V4*V3：1(啟動(dòng)乘)+7(乘)+1(打入V2)+ N-1 = 8+N
(1)(7+N)+(7+N)+(8+N)=22+3N(拍)
(2)(7+N)+(8+N)=15+2N(拍)
(3)(7+1)+(8+N)=16+N(拍)
4.禁止表F={1,3,4,8} 沖突向量C=(10001101)
狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：見圖2-5-2
最小平均等待時(shí)間=3.5拍， 最大吞吐率為Tp max=1/3.5(任武/拍)
最佳調(diào)度方案：(2，5)、(5，2)
5.配對(duì)關(guān)系： (0、2)是(000，010)
(1、3)是(001，011)
(4、6)是(100，110)
(5、7)是(101，111)
規(guī)律是二進(jìn)制編號(hào)為P2 P1 P0 的處理器與二進(jìn)制編號(hào)為P2 P10 的處理器配對(duì)交換數(shù)據(jù)。所以采用級(jí)控制多級(jí)立方體互連網(wǎng)絡(luò)。
因?yàn)镹=8，由n=log28=3級(jí)組成，每級(jí)二功能交換單元個(gè)數(shù)2N/2=4 ，互連函數(shù)為Cube(P2 P1 P0)= P2 P1 P0 ，第0、2級(jí)直通，第1級(jí)交換。即級(jí)控信號(hào)為P2 P1 P0=010
互連網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：見教材圖9.20
6.Huffman樹圖略。
14
等長操作碼平均碼長為log214=4位;Huffman編碼平均碼長為?pi?li?3.38位
i?1
采用兩種碼長的擴(kuò)展操作碼編碼為：
000~101對(duì)應(yīng)頻度為0.15、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11的指令操作碼，110、111作為擴(kuò)展碼，在擴(kuò)展出兩位碼：11000、11001、11010、11011;11100、11101、11110、11111
14
分別對(duì)應(yīng)頻度較低的8條指令。平均碼長為?pi?li?3?0.80?5?0.2?3.4位
i?1
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