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计算机系统结构试题及答案大全

计算机系统结构试题模拟试卷（有答案）

一、名词解释

1.系统结构：

是对计算机系统中各机器级之间界面的划分和定义，以及对各级界面上、下的功能进行分配。

2.SIMD：

单指令流多数据流计算机系统。

3.资源共享

4.Cache：

高速缓冲存储器

5.模拟:

是对真实事物或者过程的虚拟

二、选择

1.Cache是介于CPU和（C）之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。

A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘

2.并行性开发的途径为时间重叠、资源共享和（C）等。

A.时间并行B.资源分布C.资源重复D.时间并发

3.冯•诺依曼型计算机的设计思想是（C）。

A.存储数据并按地址顺序执行B.存储程序并按地址逆序执行

C.存储程序并按地址顺序执行D.存储程序并乱序执行

4.在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是（D）。

A.应用语言级B.高级语言级C.汇编语言级D.机器语言级

5.消除流水线性能瓶颈的方法：

瓶颈段细分和（B）。

A.瓶颈段串联B.瓶颈段并联C.瓶颈段拆分D.瓶颈段流水

三、简答

1.试述现代计算机系统的多级层次结构。

2.试述RISC设计的基本原则和采用的技术。

3.试述全相联映像与直接映像的含义及区别。

直接映像:

指主存的一个字块只能映像到Cache的一个准确确定的字块中。

直接映象是一种最简单的地址映像方式，它的地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换策略问题。

但是这种方式的块冲突概率较高，当称序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache的命中率将急剧下降，因为这时即使Cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系而无法应用。

全相联映像：

指主存的一个字块可以映像到整个Cache的任何一个字块中。

这种方式只有当Cache中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很高的Cache命中率；但实现很复杂。

当访问一个块中的数据时，块地址要与Cache块表中的所有地址标记进行比较已确定是否命中。

在数据块调入时存在着一个比较复杂的替换问题，即决定将数据块调入Cache中什么位置，将Cache中那一块数据调出主存。

为了达到较高的速度，全部比较和替换都要用硬件实现。

四、论述

CPU写Cache时内容不一致现象，有那两种解决方法？

各自的优缺点是什么？

【解】

有两种方法：

写回法（抵触修改法）：

是在CPU执行写操作时，信息只写入Cache，仅当需要被替换时，才将已被写入过的Cache块先送回主存，然后再调入新块。

写直达法（直达法）：

利用Cache-主存存储层次在处理机和主存之间的直接通路，每当处理机写入Cache的同时，也通过此通路直接写入主存。

在可靠性上，写直达法优于写回法；在与主存的通信量上，写回法少于写直达法；在控制的复杂性上，写直达法比写回法简单；在硬件实现的代价上，写回法要比写直达法好。

五、计算

某模型机由8条指令，使用频度为

0.30.30.20.10.050.020.020.01

试分别用Huffmann编码和扩展编码对其操作码进行编码，限定扩展编码只能做两种长度，则它们的编码长度比定长操作码的长度减少多少？

【解】

频度

Huffman

长度

扩展

长度

I1

0.3

00

2

00

2

I2

0.3

01

2

01

2

I3

0.2

10

2

10

2

I4

0.1

110

3

11000

5

I5

0.05

1110

4

11001

5

I6

0.02

11110

5

11010

5

I7

0.02

111110

6

11011

5

I8

0.01

111111

6

11100

5

定长编码长度：

3

Huffman长度：

（0.3+0.3+0.2）*2+0.1*3+0.05*4+0.02*5+0.02*6+0.01*6=2.38

长度减少3-2.38=0.62

扩展编码长度：

（0.3+0.3+0.2）*2+（0.1+0.05+0.02+0.02+0.01）*5=2.6

长度减少3-2.6=0.4

模拟试卷2

一、名词解释

1.系统结构:

指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。

2.RISC:

精简指令系统计算机，只采用使用频度高、简单、执行速度快的指令类型。

3.并行性:

把解题中具有可以同时进行运算或操作的特性,

4.实页冲突:

发生两个以上的虚页想要进入主存中同一个页面位置的现象。

5.仿真:

用模型来代替实物进行研究、试验的方法

二、选择

1.Cache是介于CPU和（C）之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。

A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘

2.并行性开发的途径为时间重叠、（C）和资源共享等。

A.时间并行B.资源分布C.资源重复D.时间并发

3.RISC的三个基本要素是：

（1）一个有限的简单的指令集；

（2）CPU配备大量的（B）；（3）强调对指令流水线的优化。

A.专用寄存器B.通用寄存器C.CacheD.内存

4.冯•诺依曼型计算机的设计思想是存储程序并按地址顺序执行，它的主要组成部分包括：

运算器、（B）、控制器适配器与I/O设备。

A.寄存器B.存储器C.缓冲器D.译码器

5.指令格式中的（A）字段，用来表征指令的操作特性与功能。

A.操作码B.指令字C.数据字D.地址码

三、简答

1.试述现代计算机系统的多级层次结构。

2.试述阵列处理机与多处理机的区别。

结构方面：

阵列处理机的互连较规整，有一定专用性，互连的处理单元数量大；多处理机要采用更灵活多变的结构，实现复杂的互连模式，互连的处理机数量少。

　　并行性方面：

阵列处理机是操作级并行，是并行性的同时性；多处理机是作业、程序、任务级的并行，同时包含指令内部操作间的并行，是并行性的并发性。

3.试述分页式虚拟存储器与分段式虚拟存储器的含义和区别。

页式管理：

页式虚拟存储器把虚拟地址空间划分成一个个固定大小的块,每块称为一页,把主存储器的地址空间也按虚拟地址空间同样的大小划分为页。

页是一种逻辑上的划分，它可以由系统软件任意指定。

虚拟地址空间中的页称为虚页，主存地址空间中的页称为实页。

每个用户使用一个基址寄存器（在CPU内），通过用户号U可以直接找到与这个用户程序相对应的基址寄存器，从这个基址寄存器中读出页表起始地址。

访问这个页表地址，把得到的主存页号p与虚地址中的页内偏移直接拼接起来得到主存实地址。

地址映象：

是将每个虚存单元按某种规则（算法）装入（定位于）实存，即建立多用户虚地址Ns与实存地址np之间的对应关系。

地址变换：

是程序按照这种映象关系装入实存后，在执行时，多用户虚地址Ns如何变换成对应的是地址np。

页面争用（实页冲突）：

发生两个以上的虚页想要进入主存中同一个页面位置的现象。

1.试推导并行主存的主存频宽与模体数、转移概率的关系表达式。

段式管理：

段为程序的逻辑单位段表，本身也是段，常驻内存，也可以在辅存，需要时调入主存–段表结构：

段名、地址、装入位、段长、访问方式。

–段表基址寄存器：

指明段表的启始地址。

地址映象方法：

每个程序段都从0地址开始编址，长度可长可短，可以在程序执行过程中动态改变程序段的长度。

地址变换方法：

–由用户号找到基址寄存器–从基址寄存器中读出段表的起始地址–把起始地址与多用户虚地址中段号相加得到段表地址段分段与分页的主要区别–页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位；–页的大小固定，段的大小动态变化；–分页系统中的逻辑地址空间是一维的，分段系统中的是二维的。

–分页系统中不易实现“共享”和“动态链接”，分段则很容易–表中给出的起始地址与段内偏移D相加就能得到主存实地址

四、论述

地址映像有三种方式？

各自是什么并画图表示。

【解】

全相联映像；直接相联；组相联。

全相联映像：

主存中的任意一块都可以映象到Cache中的任意一块。

冲突概率低；空间利用率高；地址变换复杂。

直接相联：

主存中一块只能映象到Cache的一个特定的块中。

硬件简单，冲突概率高，出现大量空闲块，很少使用。

组相联地址映像：

各组之间是直接映象，组内各块间是全相联映象。

块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低。

五、计算

设某个程序包含5个虚页，实页数为3，其页地址流为4，5，3，2，5，1，3，2，2，5，1，3。

试画出FIFO、LRU、OPT替换算法的时间状态图，写出各自的命中率。

【解】

4

5

3

2

5

1

3

2

2

5

1

3

FIFO

4

4

4*

2

2

2

2

2

2

2*

2

2

5

5

5*

5*

1

1

1

1

1

1*

3

3

3

3

3*

3*

3*

3*

5

5

5

H

H

H

H

H

命中率5/12

4

5

3

2

5

1

3

2

2

5

1

3

LRU

4

4

4*

2

2

2*

3

3

3

3*

1

1

5

5

5*

5

5

5*

2

2

2

2*

3

3

3

3*

1

1

1*

1*

5

5

5*

H

H

命中率2/12

4

5

3

2

5

1

3

2

2

5

1

3

OPT

4

4

4*

2*

2

2

2

2

2*

5*

5

5

5

5

5

5*

1*

1

1

1

1

1

1

3

3

3

3

3*

3*

3

3

3

3

H

H

H

H

H

H

命中率6/12

模拟试卷3

一、名词解释

6.系统结构:

指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。

7.MIMD:

.多指令流多数据流它使用多个控制器来异步地控制多个处理器，从而实现空间上的并行性

8.资源重复

9.地址映像:

把虚拟地址空间映象到主存地址空间，具体地说，就是把用户用虚拟地址编写的程序按照某种规则装入到主存储器中，并建立多用户虚地址与主存实地址之间的对应关系。

10.数据流:

是指一组有顺序的、有起点和终点的字节集合，程序从键盘接收数据或向文件中写数据，以及在网络连接上进行数据的读写操作，都可以使用数据流来完成。

二、选择

11.Cache是介于CPU和（C）之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。

A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘

12.并行性开发的途径为时间重叠、资源重复和（C）等。

A.时间并行B.资源分布C.资源共享D.时间并发

13.虚拟存储器只是一个容量非常大的存储器的（C）模型，不是任何实际的物理存储器。

A.主存B.用户程序C.逻辑D.辅存

14.（C）属于MIMD系统结构。

A.各处理单元同时受同一个控制单元的管理

B.各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令

C.多处理机和多计算机

D.阵列处理机

15.指令格式就是指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由（A）字段和地址码字段组成。

A.操作码B.操作数C.操作特性D.数据字

三、简答

16.试述现代计算机系统的多级层次结构。

17.什么是虚拟存储器中的段页式管理？

采用分段和分页结合的方法。

程序按模块分段，段内再分页，进入主存仍以页为基本信息传送单位，

用段表和页表进行两级定位管理。

18.多处理机系统与机群系统有什么差别？

多处理机系统由若干台独立的计算机组成，每台计算机能够独立执行自己的程序，彼此之间通过互连网络连接，实现程序之间的数据交换和同步。

机群系统是一组完整的计算机互连，它们作为一个统一的计算资源一起工作，并能产生一台机器的印象。

四、某台计算机有10条指令，它们出现的频度如下表所示，请给出10条指令的定长编码方案、Huffman编码方案、扩展编码方案。

指令12345678910

频度0.200.250.150.080.070.060.050.050.050.04

【解】

a）定长编码0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001

b）Huffman编码

1．11

2．01

3．001

4．0001

5．1011

6．1010

7．1001

8．1000

9．00001

10．00000

c）扩展编码

1．00

2．01

3．10

4．11000

5．11001

6．11010

7．11011

8．11100

9．11101

10．11110

五、计算（共25分）

在一个5段的流水线处理机上需经9拍才能完成一个任务，其预约表为：

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

S1

√

√

S2

√

√

√

S3

√

S4

√

√

S5

√

√

分别写出延迟禁止表、冲突向量，画出流水线状态图，并给出平均延迟最小的调度方案。

【解】

延迟禁止表F=（1,5,6,8）

冲突向量C={10110001}

调度方案

平均间隔拍数

调度方案

平均间隔拍数

（2，2，7）

3.67

（3，7）

5.00

（2，7）

4.50

（4，3，7）

4.67

（3，4）

3.50

（4，7）

5.50

（4，3）

3.50

（7）

7.00

（3，4，7）

4.67

平均延迟最小的调度方案：

（3,4）（4,3）

计算机系统结构试题及答案

一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共20分）

1．以下正确的是（）。

A）机箱是计算机的外特性，属系统结构的研究范围

B）集成电路芯片的设计是计算机组成原理的研究范围

C）加法器的设计是计算机实现的研究内容

D）计算机性能评价是计算机系统结构的研究范围

2．在流水线相关处理中，采用（）会产生“写-写”相关和“先读后写”相关。

A）猜测法B）顺序流动

C）异步流动

D）相关专用通路

3．非线性流水线是指（　　）

　　　Ａ）存在分叉连接的流水线　　　　　　Ｂ）存在反向连接的流水线

　　　Ｃ）一个任务使用多个功能段的流水线　Ｄ）动态连接的流水线

4．网络直径与网络的（）有关

A）度B）链路总数

C）结点间通信经过的最多链路数D）通信延迟

5．下列关于存储器的描述，哪个是正确的（）

A）多体交叉存储器主要解决扩充容量问题

B）Cache的功能全由硬件完成

C）Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache

D）“主存—外存”的存储层次是为了弥补主存速度的不足

6．在单指令流多数据流计算机中各处理单元必须（）。

A）以同步方式在同一时间内执行不同的指令

B）以同步方式在同一时间内执行相同的指令

C）以异步方式在同一时间内执行相同的指令

D）以异步方式在同一时间内执行不同的指令

7．虚拟存储器地址变换是指（）。

A）多用户虚地址与实地址如何一一对应

B）程序的逻辑地址变换成主存实地址

C）程序执行时将虚地址变换成对应的实存地址

D）指令的符号地址变换成二进制地址

8．反映网络在理想通信模式下通信带宽的特性是（）

A）度B）直径C）带宽总和D）等分带宽

9．依据MichaelJ.Flynn提出的按指令流和数据流的多倍性对计算机系统分类，IlliacIV计算机属于（）

A）SISDB）SIMDC）MISDD）MIMD

10．全相联地址映象是指（）。

A）任何主存页都可装入Cache中任何页的位置

B）一个虚页只装进固定的主存实页位置

C）组之间是固定的，而组内任何主存页可以装入任何Cache页位置

D）组间可任意装入，组内是固定装入

二、名词解释题（本大题共5小题，每小题4分，共20分）解释每小题所给名词的含义，若解释正确则给分，若解释错误则无分，若解释不准确或不全面，则酌情扣分。

1．目录表

2．阻塞网络

3.写直达法

4.乱序流动

5.向量链接技术

三、简答题（本大题共4小题，共25分）

1.（5分）存储程序计算机（冯氏机）在系统结构上的主要特点是什么？

2．（5分）在cache容量一定的情况下,增加cache中的块大小能否达到提高cache命中率的效果?

为什么?

3．（5分）解释数据相关（局部相关）与控制相关（全局相关）。

4．（10分）有哪几种向量处理方式？

它们对向量处理机的结构要求有何不同？

四、综合题（本大题共4小题，共35分）

1.（5分）某计算机系统采用浮点运算部件后使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一程序的整体性能提高到原来的10倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。

2．（5分）

（1）使用终端标记法标出Ω网络（见下图）的从2号输入端到6号输出端网络连接以及从6号输入端到4号输出端从的网络连接。

（2）上题的网络连接之间是否会产生冲突？

如有，请指出冲突所在。

3．（10分）有一个Cache存储器，主存有8块（0-7），Cache有4块（0-3），采用组相联映像，组内块数为2块。

采用LRU（近期最久未使用）替换算法。

（1）指出主存各块与Cache各块之间的映像关系。

（2）某程序运行过程中，访存的主存块地址流为：

2，3，4，1，0，7，5，3，6，1，5，2，3，7，1

说明该程序访存对Cache的块位置的使用情况，计算Cache命中率。

4．（15分）有一条静态多功能流水线由5段组成（如下图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t，其余各段时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。

若在该流水线上计算f＝A1*B1+A2*B2+A3*B3+A4*B4,

（1）画出处理过程的时空图；

（2）计算其吞吐率、加速比和效率；

（3）该流水线的瓶颈段是哪一段？

可用哪几种方法消除该瓶颈？

画出改进后的流水线。

计算机科学系《计算机系统结构》期末考试试卷（A卷）

得分

一单选题：

（10分，每题1分）

评分人

1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（B）

A.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令

2、输入输出系统硬件的功能对（B）是透明的

A.操作系统程序员B.应用程序员C.系统结构设计人员D.机器语言程序设计员

3、全相联地址映象是指（A）

A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置B.一个虚页只装进固定的主存实页位置

C.组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置D.组间可任意装入，组内是固定装入

4、（C）属于MIMD系统结构

A.各处理单元同时受一个控制单元的管理B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令

C.松耦合多处理机和多计算机系统D.阵列处理机

5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（B）

A.可以并行执行B.不可能并行C.任何情况均可交换串行D.必须并行执行

6、计算机使用的语言是（B）

A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关B.分属于计算机系统各个层次

C.属于用以建立一个用户的应用环境D.属于符号化的机器指令

7、指令执行结果出现异常引起的中断是（C）

A.输入/输出中断B.机器校验中断C.程序性中断D.外部中断

8、块冲突概率最高的Cache地址映象方式是（A）

A．直接B．组相联C．段相联D．全相联

9、组相联映象、LRU替换的Cache存储器，不影响Cache命中率的是（B）

A．增大块的大小B．增大主存容量C．增大组的大小D．增加Cache中的块数

10、流水处理机对全局性相关的处理不包括（C）

A.猜测法B.提前形成条件码C.加快短循环程序的执行D.设置相关专用通路

得分

二填空题：

（20分，每题2分）

评分人

1、数据通路宽度就是数据总线上一次并行传送的信息位数。

2、计算机仿真用微程序解释，计算机模拟用机器语言解释

3、阵列处理机按存贮器的组成方式可分为两种构形,分别为:

分布式存储器

和集中共享式。

4、按弗林的观点，计算机系统可分为SISD、SIMD、

MISD和MIMD四大类

5、浮点数尾数的下溢处理方法有：

截断法,舍入法,恒置1法,查表舍入法。

6、流水线消除速度瓶颈的方法有瓶颈子过程_拆分_和瓶颈子过程_并联_____两种。

7、具有相同“系统结构”（如指令系统相同）的计算机可以因为速度要求等因素的不同而采用计算机组成。

8.在非线性流水线机器中,可能发生的数据相关有:

先读后写相关,写写相关

和先写后读相关。

8、互连网络的交换方法主要有线路交换、包交换、线路/包交换，SIMD互连网络多采用线交换，多处理机常采用包交换。

9、Cache存储器写操作时，只写入Cache，仅当需要块替换时，才将其写回主存，称这种修改主存块内容的方法为__写回法____。

得分

三简答题：

（40分，每题4分）

评分人

1．计算机系统结构研究的是什么？

软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的确定。

2．计算机组成和计算机实现有什么关系？

计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现。

计算机实现指的是计算机组成的物理实现。

计算机组成和计算机实现关系密切,有人将它们和称为计算机实现。

3．器件的发展对系统结构的影响？

器件的发展改变了逻辑设计的传统方法。

器件的发展也使系统结构的“下移”速度加快。

器件的发展还促进了算法、语言和软件的发展。

4．解决计算机主存与CPU的速度