xxxx系统结构复习题xxxx.docx

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xxxx系统结构复习题xxxx

计算机系统结构

1.VonNeumann结构型计算机采用的工作方式为（   ）

 A.控制流；B.数据流 C.指令流 D.令牌流

2.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

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.重叠控制中等待译码是因为（）。

A、ti译＜ti+1取B、ti执＜ti+1译

C、ti执＜ti+1取D、ti译＞ti+1取

5.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（   ）号处理机相联。

 A.11      B.8          C.14      D.2

6.早期的计算机系统结构是以（      ）为中心。

A.Cache         B.输入输出设备C.CPU          D.存储器

7.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

8.流水线的技术指标不包括（     ）

A.响应比          B.吞吐率        C.加速比          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（）。

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

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（   ）号处理机相联。

 A.11      B.8          C.14      D.2

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（      ）号处理机相联。

A.0           B.2             C.4            D.6

27.早期的计算机系统结构是以（      ）为中心。

A.Cache         B.输入输出设备C.CPU          D.存储器

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（   ）工作的。

A.指令流 B.数据流C.控制流   D.程序流

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   D.恒置一法

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%×2=1.5

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

判断：

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

判断：

是否增设Cache，不属于结论：

可采用

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

判断：

不属于结论：

可采用

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

判断：

改变系统结构结论：

不可采用

把原0号通用寄存器改为堆栈指示器

判断：

属于系统结构结论：

不可采用

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

判断：

不属于结论：

可采用

为减少公用总线的使用冲突，将单总线改为双总线

判断：

不属于结论：

可采用

5、

解：

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？

解：

（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

0

0

0

0

第2级

1

0

1

1

第3级

1

0

0

0

第4级

1

0

1

0

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