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D.效率

9.尾数下溢处理中，实现最简单的是（）。

A．截断法B．舍入法C．恒置“1”法D．查表舍入法

10.虚拟存储器（）。

A、没有这种存储器B、它是种主—辅存体系结构

C、它是主存的部分D、它是一个辅存

11.替换算法要解决的问题是（ 

）。

A.用户的虚页如何与主存的实页对应

B.如何用主存的实页号替代多用户的虚页号

C.当页面失效，选择主存中哪个页作为被替换的页

D.新用户要进入主存，选择哪个用户作为被替换的用户

12.静态数据流机最突出的特点是使（ 

A.数据流令牌无标号B.需要程序记数器来实现

C.令牌带上标号D.同步由门（Latch）寄存器来实现

13.数据流计算机是指（）。

A.计算机运行由数据控制

B.任何一条指令只要它所需要的数据可用时，即可执行

C.数据流水计算机

D.单指令多数据计算机

14.局部性相关的处理不包括（ 

A.顺序流动 

B.异步流动　　　　C.相关转移 

　　D.相关专用通路

15.设有16个处理器的编号为0，1，……15，用单级互联网互联，若互联函数为PM2+1时，第9号处理器与哪一个处理器相联？

（　　）

A．12　　B．9　　C．11　　D．5

16.数据计算机是以（ 

）工作的。

A.指令流B.数据流C.控制流 

D.程序流

17.存储系统（）。

A、仅一种存储器B、至少有两种存储器C、就是cacheD、就是主存

18.浮点数下溢处理不包括（ 

A.截断 

B.舍入法 

C.对阶 

D.恒置一法

19.虚拟存储器（）。

20.字串位并是指同时对一个字的所有位进行处理，这（ 

A.不存在并行性 

B.有较高的并行性C.已经开始出现并行性 

D.是最高一级的并行性

21.计算机使用的语言是（ 

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

22.动态数据流机最突出的特点是使（ 

A.数据流令牌无标号B.需要程序记数器来实现C.令牌带上标号D.同步由门（Latch）寄存器来实现

23.静态数据流机最突出的特点是使（ 

A.数据流令牌无标号B.需要程序记数器来实现C.令牌带上标号D.同步由门（Latch）寄存器来实现

24.设16个处理器编号分别为0，1，2，…，15用Cube3互联函数时，第10号处理机与第（ 

25.设有16个处理器的编号为0，1，……15，用单级互联网互联，若互联函数为PM2-0时，第9号处理器与哪一个处理器相联？

A．12　　B．8　　C．11　　D．5

26.设8个处理器编号分别为0，1，2，…，7用Cube0互联函数时，第7号处理机可以与第（ 

A.0 

B.2 

C.4 

D.6

27.早期的计算机系统结构是以（ 

28._____不属于计算机模拟的特点。

（ 

A.用机器语言解释实现程序移植 

B.灵活性大C.提高速度 

D.效率低

29.RISC系统结构采用的特殊技术有（ 

A.优化延迟转移技术 

B.优化编译技术

C.装载延迟优化技术 

D.比较-转移指令

30.数据流计算机是指（ 

A.计算机运行由数据控制B.任何一条指令只要它所需要的数据可用时，即可执行

C.数据流水计算机D.单指令多数据计算机

31.数据计算机是以（ 

A.指令流 

B.数据流C.控制流 

32.全局性相关的处理不包括（ 

A.采取顺序流动 

B.猜测法C.采取延迟转移 

D.加快短循环程序的处理

33.局部性相关的处理不包括（ 

） 

D.相关专用通路

34.VonNenmann型计算机不具有的特点是（　　　）

A.在程序计数器集中控制下 

B.以控制流方式工作C.以数据流驱动 

D.指令是顺序执行的

35.浮点数下溢处理不包括（ 

A.截断 

B.舍入法 

C.对阶 

36.客户-服务器结构中，Server不能为Client所提供的服务为（ 

A.数据库服务B.名字目录服务C.使用HTTP传输文件D.各种基于文件的传输服务

二、判断题

（）1．阵列处理机的并行性开发采用资源共享的方式。

（）2．虚地址空间32位，页面大小为1kb，页表地址段将达22位。

（）3．页式虚拟存储器中某道程序的主存容量一定时，页面容量越大，主存命中率H越高。

（）4．紧耦合多处理机，不同处理机间或者通过通道互连实现通信，或者通过消息传送系统。

（）5．如果Pi的左部变量在Pj的右部变量集内，且Pj必须取出Pi运算的结果来作为操作数，称Pj”数据相关”于Pi。

（）1．多处理机系统的并行性开发采用资源重复的方式。

（）2．虚地址空间30位，页面大小为1kb，页表地址段将达20位。

（）3．块的大小、组的大小及Cache容量增大时一定能提高Cache命中率

（）4．松耦合多处理机，处理机之间共享主存储器，通过高速总线或高速开关连接。

（）5．如果Pj的左部变量在Pi的右部变量集内，且当Pi未取用其变量的值之前，是不允许被Pj所改变，称Pi”数据反相关”于Pj。

三、填空题

1.对Cache块进行写操作可采用和方法。

2.数据流计算机指令由和两部分组成。

3.数据流语言大致可分为、单赋值语言和。

4.流水线按流水的级别可分为级、处理机级和三种。

5.开发计算机系统的并行性，一般采用、资源重复和这三种方法。

1．存储器的主要性能：

\、和。

2.总线仲裁算法有：

算法、固定时间片算法、算法和算法。

3.流水线按流水的级别可分为级、处理机级和流水线三种。

4.开发计算机系统的并行性，一般采用资源重复、和这三种方法。

1.虚拟存储器的主存保护常采用_________、________和_____________等保护方式。

2.对Cache块进行写操作可采用_____________和_____________方法。

3.在存储系统层次结构中，信息满足3个重要特性___________、一致性、___________。

4.浮点数的下溢处理方法有______、_________、恒置“1”法和______。

5.总线仲裁算法有：

静态优先级算法、固定时间片算法、_______算法和_______算法。

6.总线通信方式有_______________、异步通信方式、_____________和分离式通信方式。

7.总线仲裁的一般方法为：

_______和_______。

8.并行存储器的两种访问方式为_________和______。

9.________是多处理机系统最根本的特征，________是决定性因素。

10.松散耦合多处理机结构有_____________和_____________两种。

11.多处理机系统按期结构可分为、单独管理和。

12.________是多处理机系统最根本的特征，________是决定性因素。

13.数据表示是指________________的数据类型。

14.数据流语言大致可分为________、单赋值语言和________。

15.数据流计算机指令由_____________和_____________两部分组成。

16.实时操作系统可分为_____________和_____________。

17.实现新层次的三种方法为解释、_______及__。

18.计算机系统结构的研究对象是__________________________。

19.系统结构设计步骤为_____________、___________、概念设计、___________和设计优化和评价。

26.访问的局部性包括_______、和_______三方面特性。

四、名词解释1．RISC指令系统。

2．多处理机系统。

3．哈夫曼压缩原理。

4.并行性。

5．Amdahl定律。

6．页面争用（实页冲突）：

7.紧密耦合系统。

8.阵列处理机。

9．存储管理。

10．堆栈型替换算法。

11．吞吐率。

第四章练习题

1.某计算机的Cache-主存层次采用组相联映象方式，块大小为128字节，Cache容量为64块，按4块分组,主存容量为4096块。

那么主存地址共需几位？

2.设有一个主存储器，它包含4个存储器模块，每个模块有256个字。

再假定每个高速缓存块中有16个字，高速缓存的总容量是256个字。

采用组相联映射方式高速缓存被分成4组。

问主存储器有多少块？

主存储器有多少组？

３．全相联地址映象是指（）

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.组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置

D.组间可任意装入，组内是固定装入

４.根据存储映象算法的不同，虚拟存储器主要有____________、____________和____________三种映象方式。

1.在一个Cache存储系统中，Cache的访问周期为10ns，主存储器的访问周期为60ns，每个数据在Cache中平均重复使用4次。

当块的大小为1个字时，存储系统的访问效率只有0.5，现在要通过增加块大小，使存储系统的访问效率达到0.94。

（1）当存储系统的访问效率为0.5时，计算命中率和等效访问周期。

（2）为了使存储系统的访问效率达到0.94，命中率和等效访问周期应该提高到多少？

（3）为了使存储系统的访问效率从0.5提高到0.94，块的大小至少增加到几个字？

2、在一个Cache存储系统中，主存储器的访问周期、存储容量和单位价格分别为60ns、64MB和10元/MB，Cache的访问周期、存储容量和单位价格分别为10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率为0.98。

（1）计算这个Cache存储系统的等效访问周期、存储容量和单位价格。

（2）计算这个Cache存储系统的访问效率。

1.在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P5共5个页面组成。

在程序执行过程中依次访问到的页面如下：

P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2

假设系统分配给这个程序的主存有3个页面，分别采用FIFO、LRU和OPT三种页面替换算法对这3页主存进行调度。

（1）画出主存页面调入、替换和命中的情况表。

（2）统计三种页面替换算法的页命中率。

2、设有一道程序，有1至5共五页，执行时的页地址流（即执行时依次用到的程序页页号）为：

2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2

若分配给该道程序的主存有3页，分别采用FIFO和LRU替换算法表示这3页的使用和替换过程。

说明：

（1）FIFO算法：

替换最早装入主存的页；

（2）LRU算法：

依据各块使用的情况，选择最近最少使用的块替换。

⏹5有一个cache—主存体系，主存有8块（0～7），cache有4块（0～3），采用组相联映象，每组2块，用LRU替换算法，设访问主存的块地址流为1，2，4，1，3，7，0，1，2，5，4，6，4，7，2。

cache开始为空。

⏹

（1）画出主存，cache地址各字段对应关系（标出位数）；

⏹

（2）画出主存，cache空间块的映象对应关系示意图；

⏹（3）列出随时间推移cache中各块的使用状况；

⏹（4）对于（3），指出块失效、块争用的时刻；

⏹（5）对于（3），求出此期间cache的命中率及等效访问

⏹4、1.存储管理中的地址映象方式有_________、_________、_________和_________。

⏹2.常用的替换算法是_________，而实现此算法的方法有_________、_________。

⏹3.在存储体系中为扩充主存容量用_________，为提高访存速度用_________。

⏹4.地址的映象是建立的对应关系，地址的变换是按建立的地址映象关系，由虚地址的过程。

⏹5.页面替换是发生于页面失效，同时又发生_______的时候。

⏹6.评价存贮器性能的基本要求是、和低价格。

⏹7.评价虚拟存贮器所用替换算法的好坏，主要是看主存_______率的高低，其次看算法是否易于_______，以及所需的辅助_______的多少。

⏹5、1.存储器的总容量S是指（）。

⏹A、存储单元数B、存储器的地址线数

⏹C、CPU访存空间大小D、存放二进制总位数

⏹2.并行主存系统（）。

A、必须有多个存储体B、只需一个存储体

⏹C、可以是一个存储体D、不允许多个存储体

⏹3.虚拟存储器（）。

⏹A、没有这种存储器B、它是种主—辅存体系结构

⏹C、它是主存的部分D、它是一个辅存

⏹4.为扩充访存空间且具有高的性能价格比，采用（）。

⏹A、两级存储器B、增加主存容量C、多体存储器D、虚拟存储器

⏹5.采用组相联映象的cache存储器，为了提高等效访问速度应（）。

⏹A.增加主存容量（cache大小不变）B.减少组的大小（块的大小不变）

⏹C.增加cache的块数（块的大小不变）D.减少块的大小（组的大小不变）

⏹6.最容易实现的替换算法（）。

⏹A、FIFOB、LRUC、OPTD、堆栈法

⏹7.为提高访存速度而又提高性能价格比，采用（）。

⏹A、引入cache存储器B、直接提高主存速度

⏹C、引入虚拟存储器D、主存采用多体结构

⏹8.存储体系（）。

⏹A、仅一种存储器B、任两种存储器

⏹C、无替换算法D、必须有映象结构

⏹9.存储系统（）。

⏹A、仅一种存储器B、至少有两种存储器

⏹C、就是cacheD、就是主存

⏹10.cache存储器是（）。

⏹A、存储体系B、非存储体系

⏹C、处于主存内D、扩充主存容量

⏹11.与虚拟存贮器的等效访问速度无关的是（）。

⏹A、页地址流B、页面调度策略

⏹C、主存的容量D、辅存的容量

第一章

1、某一计算机用于商业外贸的事务处理，有大量的字符串操作。

由于这种事务处理很普遍，有较大的市场，故而设计人员决定在下一代此类计算机的CPU中加入字符串操作的功能。

经测试应用软件调查发现，字符串操作的使用占整个程序运行时间的50%，而增加此功能如用软件（如微程序）实现，则快5倍，增加CPU成本1/5倍；

如果用硬件实现，则快100倍，CPU成本增加到5倍。

问设计人员提出增加此功能是否恰当？

是否用软件还是硬件？

设CPU成本占整机成本的1/3。

（1）解：

硬件实现

（2）如果上例中，字符串操作功能的使用时间占整个程序运行时间的90%，则情况如何？

3、Amdahl例1.2

采用哪种实现技术来求浮点数平方根FPSQR的操作对系统的性能影响较大。

假设FPSQR操作占整个测试程序执行时间的20%。

一种实现方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10倍。

另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使FP指令的速度加快到2倍，还假设FP指令占整个执行时间的50%。

请比较这两种设计方案。

4、如果FP操作的比例为25%，FP操作的平均CPI=4.0，其它指令的平均CPI为1.33，FPSQR操作的比例为2%，FPSQR的CPI为20。

假设有两种设计方案，分别把FPSQR操作的CPI和所有FP操作的CPI减为2。

试利用CPU性能公式比较这两种设计方案哪一个更好（只改变CPI而时钟频率和指令条数保持不变）。

解：

原系统的CPI=25%×

4+75%×

1.33=2

方案1（使FPSQR操作的CPI为2）系统

CPI=CPI原-2%×

（20-2）=2-2%×

18=1.64

方案2（提高所有FP指令的处理速度）系统

CPI=CPI原-25%×

（4-2）=2-25%×

2=1.5

我们也可以根据以下公式计算出方案2系统的CPI

CPI=75%×

1.33+25%×

显然，提高所有FP指令处理速度的方案要比提高FPSQR处理速度的方案要好。

方案2的加速比=2/1.5=1.33举例1

1、增加字符数据类型和指令，支持事务处理

判断：

不改变原有系统结构，满足软件向后兼容。

结论：

可采用

为增强中断处理功能，将中断分级4级改为5级，并重新调整中响应的优先次序

终端系统属系统结构，改变结论：

不可采用

2、在CPU和主存之间增设Cache，克服因主存访问速度过低而造成性能瓶颈

是否增设Cache，不属于结论：

为解决计算误差大，将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法，改为ROM存放下溢处理结果的查表舍入法

不属于结论：

3、为增加寻址灵活性和减少平均指令字长，将原等长操作码改为3类不同码长的扩展操作码，将原操作数寻址方式由操作码指明改为如VAX-11那种寻址方式位字段指明

改变系统结构结论：

把原0号通用寄存器改为堆栈指示器

属于系统结构结论：

4、将CPU与主存间的数据通路宽度由16位扩展成32位，加快主机内部信息的传送

为减少公用总线的使用冲突，将单总线改为双总线

5、

采用Huffman编码法所得到的操作码的平均长度

＝0.45×

1＋0.30×

2＋0.15×

3＋0.05×

4＋0.03×

5＋0.01×

6＋0.01×

6＝1.97（位）

熵H＝0.45×

1.152＋0.30×

1.737＋0.15×

2.737＋0.05×

4.322＋0.03×

5.059＋0.01×

6.644

＋0.01×

6.644＝1.95（位）

333例：

设有一个cache的容量为2K字，每个块为16字，求

（1）该cache可容纳多少个块？

（2）如果主存的容量是256K字，则有多少个块？

（3）主存的地址有多少位？

cache地址有多少位？

（4）在直接映象方式下，主存中的第i块映象到cache中哪一个块中？

（5）进行地址映象时，存储器的地址分成哪几段？

各段分别有多少位？

（1）cache中有2048/16=128个块。

（2）主存有256K/16=16384个块。

（3）cache容量为2K=211字，所以cache字地址为11位。

（4）主存中的第i块映象到cache中第imod128个块中。

（5）存储器的字地址分成三段：

区号、块号、块内字地址。

区号的长度为18-11=7位，块号为7位。

块内字地址为4位。

2.设主存容量1MB,cache容量64KB,每块8KB,采用直接地址映像方式

（1）求该cache可容纳多少个块？

（2）主存有多少个块？

（3）求主存的地址格式？

（4）求cache的地址格式？

（5）主存地址为25301H,问它在cache的什么位置?

三、某模型机有9条指令，使用频度如下：

ADD30%SUB24%CLA20%JMP7%STO7%

JOM6%CIL3%SHR2%STP1%

⑴设计Huffman操作码，并计算操作码平均长度。

⑵设计扩展操作码，并计算其平均长度。

四、设中断级屏蔽位“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽，各级中断处理程序的中断级屏蔽位设置如下表所示:

（1）当中断响应优先次序为1→2→3→4时，其中断处理次序是什么？

（2）如果所有的中断处理都各需3个单位时间，中断响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。

当机器正在运行用户程序时，同时发出第2、3级中断请求，经过两个单位时间，又同时发生第1、4级中断请求，试画出程序运行过程示意图。

（10分）

中断处理程序级别

中断级屏蔽位

1级

2级

3级

4级

第1级

第2级

1

第3级

第4级

30.若主存有4个页，每页256个字，现有一个2008个字的程序，其访问虚存的地址流为40、80、534、580、180、800、2000、300、320、1560、1600，现采用FIFO算法进行页面替换。

（1）请按访存的各个时刻，画出页面替换过程模拟图并标出命中情况；

（2）计算主存的命中率H。

8.编号为0、1、2、……、15的16个处理器，用单级互连网络互连，用Cubeo互连函数时，与第9号处理器相连的处理器编号是（）

A.8B.10

C.11D.12

9.编号为0、1、2、……、15的16个处理器，用单级互连网络互连，用Shuffle互连函数时，与第7号处理器相连的处理器编号是（）

A.10B.12

C.14D.15