并行计算__中国科学技术大学(1)--测验习题1

计算机学院研究生《并行计算》课程考试试题（2010级研究生，2011.1）1．（12分）定义图中节点u和v之间的距离为从u到v最短路径的长度。

已知一个d维的超立方体，1）指定其中的一个源节点s，问有多少个节点与s 的距离为i，其中0≤i≤d。

证明你的结论。

2）证明如果在一个超立方体中节点u与节点v的距离为i，则存在i！条从u到v的长度为i的路径。

1)有个节点与s的距离为i。

证明：由超立方体的性质知：一个d维的超立方体的每个节点都可由d位二进制来表示，则与某个节点的距离为i的节点必定在这d位二进制中有i位与之不同，那么随机从d位中选择i位就有种选择方式，即与s的距离为i得节点就有个。

2)证明：由1）所述可知：节点u与节点v的距离为i则分别表示u、v节点的二进制位数中有i 位是不同的。

设节点u表示为：，节点v表示为：，则现在就是要求得从变换到的途径有多少种。

那么利用组合理论知识可知共有即中途径。

所以存在i！条从u到v的长度为i的路径。

2．（18分）6个并行程序的执行时间，用I-VI表示，在1-8个处理器上执行了测试。

下表表示了各程序达到的加速比。

加速比处理器数I II III IV V VI1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.002 1.67 1.89 1.89 1.96 1.74 1.943 2.14 2.63 2.68 2.88 2.30 2.824 2.50 3.23 3.39 3.67 2.74 3.655 2.78 3.68 4.03 4.46 3.09 4.426 3.00 4.00 4.62 5.22 3.38 5.157 3.18 4.22 5.15 5.93 3.62 5.848 3.33 4.35 5.63 6.25 3.81 6.50对其中的每个程序，选出最适合描述其在16个处理器上性能的陈述。

a）在16个处理器上的加速比至少比8个处理器上的加速比高出40%。

2021年中国科学院大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷B（有答案）一、选择题1、某指令系统有200条指令，对操作码采用固定长度二进制编码时，最少需要用（）A.4B.8C.16D.322、下列关于各种寻址方式获取操作数快慢的说法中，正确的是（）。

I.立即寻址快于堆栈寻址Ⅱ.堆栈寻址快于寄存器寻址Ⅲ.寄存器一次间接寻址快于变址寻址Ⅳ.变址寻址快于一次间接寻址A. I、IVB.Ⅱ、ⅢC.I、Ⅲ、IVD.Ⅲ、Ⅳ3、假设寄存器的内容为00000000，若它等于-128，则该机器采用了（）。

A.原码B.补码C.反码D.移码4、假定变量i、f、d的数据类型分别为int、float、double（int用补码表示，float 和double用IEEE754标准中的单精度和双精度浮点数据格式表示），已知i=785，f-l.5678e3，d=1.5el00，若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为真的是（）。

I.i==（int）（float）i Ⅱ.f==（float）（int）fIⅡ.f==（float）（double）f Ⅳ.（d+f）-d=fA.仅I、ⅡB.仅I、ⅢC.仅Ⅱ、ⅢD.仅Ⅲ、Ⅳ5、在C语言程序中，下列表达式中值为True的有（）。

I.123456789=（int）（float）l23456789Ⅱ.123456==（int）（float）1234561Ⅲ.123456789-（int（double）123456789A.仅I、ⅡB. 仅I、ⅢC.仅Ⅱ、ⅢD. I、Ⅱ、Ⅲ、6、某计算机的存储系统由Cache一主存系统构成，Cache的存取周期为10ms，主存的存取周期为50ms。

在CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为4800次，主存完成的存取次数为200次，该Cache一主存系统的效率是（）。

【注：计算机存取时，同时访问Cache和主存，Cache访问命中，则主存访问失效；Cache访问未命中，则等待主存访问】A.0.833B.0.856C.0.95 8D.0.8627、一个存储器的容量假定为M×N，若要使用I×k的芯片（I<M，k<N），需要在字和位方向上同时扩展，此时共需要（）个存储芯片。

一、填空题1．常用的并行算法设计的基本技术有_______ _________，___________________，_______________________，____________ ______，_____________________，_______________________等。

2．常见的并行计算模型有____________ ______，_____________________，_______________________，____________ ______等。

3．PCAM设计过程分为_________，__________，_________ 和_________四步。

4．常见的并行程序设计模型包括__ ___________，__ _____________，______________________，______________________等。

二、问答题1．请简述从上个世纪80年代至今，主流并行计算机体系结构的变化趋势。

2．基于蝶式计算原理的FFT在二维mesh连接和蝶式网络连接的处理器上均可并行实现。

（1）请问哪种实现效率较好？并给出原因。

（2）蝶式网络连接的处理器在实际的并行计算机系统并不常见，这是否会影响FFT在蝶式网络连接上的并行实现在实际中的使用？为什么？3．基本的开关技术有哪两种？各具有什么特点？三、阅读题1．阅读以下新闻报道，回答问题。

2004 年6月29日国家科技部今日在人民大会堂宣布：“863计划重点项目——曙光4000A通过鉴定验收，曙光4000A实现了对每秒10万亿次运算速度的技术和应用的双跨越，成为国内计算能力最强的商品化超级计算机”。

在今年6月22日刚刚公布的全球高性能计算机TOP500排行榜中，曙光4000A以每秒11万亿次的峰值速度和80610亿次Linpack计算值位列全球第十，这是中国超级计算机得到国际同行认可的最好成绩。

第一章1.通过对本章所讲内容的理解，结合自身的认识论述学习并行计算及编程的重要性及意义.并行计算及编程是计算机专业本科生核心专业提升课程。

并行计算可以提高计算机的性能。

越来越多的研究和应用领域将需要使用并行计算技术，并行计算技术将对传统计算技术产生革命性的影响2.通过访问超级计算TOP500网站，了解最新的世界超级计算机排名，列出排名前10的超级计算机系统及其基本配置参数，试述你对超级计算机作用、意义的理解和认识.2019年11月①Summit;处理器：2,397,824 个；峰值速度：200795 TFlop/s②Sierra;处理器：1,572,480 个；峰值速度：125,712 TFlop/s③神威太湖之光；处理器：10,649,600 个；峰值速度： 125,436 TFlop/s④TH-2天河二号；处理器：4,981,760个；峰值速度：100,679 TFlop/s⑤Frontera；处理器：448,448 个；峰值速度：38746 TFlop/s⑥Piz Daint 代恩特峰；处理器：387,872 个；峰值速度：27154 TFlop/s⑦Trinity三一；处理器：979,968 个；峰值速度：41,461 TFlop/s⑧ABCI；处理器：391,680 个；峰值速度：32,576 TFlop/s⑨SuperMUC-NG；处理器：305,856个；峰值速度：26873 TFlop/s⑩Lassen;处理器：288,288 个；峰值速度：23047 TFlop/s 超级计算机：能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑。

其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，但规格与性能则强大许多，是一种超大型电子计算机。

具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统；超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

中科大计算机考研真题中科大计算机考研是众多计算机科学与技术专业学生追求的目标之一。

在这道真题中，我们将回顾一些历年的考题，并提供一些解析和思路，以帮助考生更好地准备考试。

本文共分为三个主题部分：操作系统、数据库和算法与数据结构。

一、操作系统1. 多道批处理系统是怎样实现作业调度的？请简要描述操作系统的作业调度过程。

解析：多道批处理系统是指一台计算机同时处理多个作业，而不需要人工干预。

作业调度是指操作系统根据一定的算法，决定当前执行哪个作业。

作业调度过程一般包括以下几个步骤：首先，操作系统根据作业的优先级和提交时间等信息，为每个作业分配一个初始的调度优先级。

其次，对于多个处于就绪状态的作业，操作系统根据调度算法，选择一个作业进行执行。

常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、最高响应比优先（HRRN）等。

最后，当一个作业执行完成或者处于阻塞状态时，操作系统会根据调度算法重新选择一个作业进行执行，直到所有作业完成。

2. 请解释死锁的概念，并说明死锁的产生条件和解决方法。

解析：死锁是指多个进程在竞争有限资源时，由于彼此之间的互斥和请求资源的非预期顺序等原因，导致都在等待对方释放资源，从而导致系统无法继续执行。

死锁的产生条件主要包括：互斥条件：进程对所请求的资源进行排他性控制，即一次只能有一个进程使用该资源。

持有和等待条件：进程已经持有了一个资源，但又请求额外的资源，而这些资源又被其他进程所占有。

不剥夺条件：其他进程不能强行剥夺一个进程已经持有的资源，只能由进程自己释放。

环路等待条件：多个进程之间形成了一个循环等待资源的关系。

死锁的解决方法主要有以下几种：鸵鸟算法：忽略死锁的存在，不进行处理。

适用于死锁发生概率极低的系统。

死锁检测与恢复：通过系统资源分配图等方法，检测死锁的发生，并进行资源回收和进程终止等操作，使系统恢复正常状态。

死锁预防：通过破坏死锁产生的四个条件之一，预防死锁的发生。

1.SSE指令移动单精度浮点数，不能实现()。

A.将64位数据移动到SSE寄存器高位B.将64位数据移动到SSE寄存器低位C.将32位数据移动到SSE寄存器指定位置D.在两个SSE寄存器高/低64位间移动答案：C2.以下超级计算机中，()不是SIMD架构。

A.CDCSTAR-100B.757C.银河D.天河1号答案：D3.下列指令集中()不是SIMD指令集。

A.SSEB.NeonC.AVXD.EMT64答案：D4.SSE寄存器A和B中元素分别为A1 A2 A3 A4和B1 B2 B3 B4(均为由低到高)，则执行C=blend(A，B，0x05)后，C中元素为()。

A.A1 A2 B3 B4B.B1 B2 A3 A4C.A1 B2 A3 B4D.B1 A2 B3 A4答案：D5.以下哪条不是推动并行计算发展的因素?()A.存储是系统瓶颈B.单CPU发展已能满足应用需求C.利用标准硬件构造并行机令升级容易D.编程环境标准化逐步发展答案：B6.在使用互斥量之前必须对其进行()。

A.初始化B.加锁C.解锁D.销毁答案：A7.全球500强超算在CPU、网络等硬件上越来越体现出采用()的趋势。

A.特殊硬件B.通用硬件C.非公开硬件D.廉价硬件答案：B8.有大量分支指令的程序不适合下面哪种体系结构上进行并行化?()A.SISDB.SIMDC.SPMDD.MIMD答案：B9.Pthread不支持()。

A.创建并发执行线程B.同步C.非显式通信D.自动并行化答案：D10.在超市的顾客购买商品记录中统计一些商品组合的购买频率，将购买频率(商品组合)划分给不同进程，这是一种划分()的数据并行策略。

A.输入数据B.中间结果C.输出数据D.临时数据答案：C11.当处理器数量不变时，随着问题规模增大，加速比()。

A.所有算法都增大B.所有算法都减小C.代价最优算法都增大D.代价最优算法都减小答案：C12.两个矩阵相乘，若矩阵总规模小于cache大小，则优化访存的最佳方法是()。

134 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 计算机技术应用 • the Application of Computer Technology【关键词】并行计算 一体化研究发展趋势 云计算我国计算科学的快速发展，使得计算科学研究领域以及与我国传统的理论科学研究领域，还有实验科学研究领域，成为了当今推动科技发展的重要三大科学领域。

而中国科技大学的技术团队所提出的并行计算在当今的科学领域发展过程当中属于研究工具，设计出来的研究工具现如今已经逐渐融入到传统的理论科学和实验科学的工作开展过程当中，并行计算一体化研究方法的诞生，推动了我国目前科学技术的快速发展，同样也为我国的科学技术在发展过程当中提供了更好的研究工具，研究方法，真正为我国科学技术发展领域提供了更好的发展平台。

1 并行计算概述及现状1.1 并行计算的概念并行计算从理论角度进行定义就是在并行计算机上进行计算，而与我国目前人们常说的高性能计算以及超级计算属于同种含义，而且我国现如今所应用的高性能计算和超级计算工作开展过程当中离不开并行技术的应用。

串行计算指的就是在单个计算机上面进行软件应用和操作读写，运用描写指令来进行问题解决。

而并行计算方法是根据串行计算理论基础与实践基础发展而来。

并行计算方式在进行问题计算过程当中拥有以下特征：（1）在计算任务开展过程当中，将计算任务分解成多个部分同时解决；（2）在同一时间范围内由不同的软件来执行不同的程序指令。

1.2 并行计算的一体化研究现状并行计算方法在应用过程当中涉及的内并行计算的一体化研究现状与发展趋势文/甘云志容十分广泛，在进行研究过程当中，研究内容包括以下几部分第一并行计算的硬件平台，第二部分则是并行程序整体设计，第三部分则为并行计算的理论基础应用，第四部分则是并行计算的具体使用情况。

我国的并行计算在发展过程当中由于长期缺乏人有方法导致我国现如今的并行计算在研究过程当中出现了参差不齐的格局，目前我国的并行计算再进研究过程中主要存在以下几个问题，并行算法不完善，并行应用效率低，无法充分利用计算机资源，并行编程语言难度较高，缺乏相应专业人才运用，并行计算机在进行构建和应用过程当中，能耗过大，管理困难。

并行计算面试题目并行计算是一种利用多个处理器同时进行计算的技术，以提高计算效率。

在进行并行计算时，通常会遇到一些相关的面试题目，这些题目旨在考察面试者对并行计算的理解和应用能力。

下面将介绍一些常见的并行计算面试题目，并对每个题目进行详细解答。

1. 什么是并行计算？请简要介绍并行计算的概念及其在计算领域的重要性。

并行计算是一种利用多个处理器同时进行计算的技术，以提高计算效率的方法。

在并行计算中，任务被分解成多个子任务，每个子任务由不同的处理器并行执行，最终将结果合并得到最终的计算结果。

并行计算在计算领域中具有重要意义，可以大大加快计算速度，提高计算效率，同时也可以处理大规模的计算任务，满足复杂计算需求。

2. 请介绍一下并行计算的分类及其特点。

并行计算可以分为两种基本类型：数据并行和任务并行。

数据并行是指将数据分解成多个部分，每个处理器处理不同的数据部分，最终将计算结果合并。

任务并行是指将计算任务分解成多个子任务，每个处理器并行执行不同的子任务，最终将结果合并。

数据并行适合处理大规模的数据集，任务并行适合处理复杂的计算任务。

3. 请解释一下并行计算中的并行度和并行效率，并说明它们的关系。

并行度是指在并行计算中同时执行的处理器的数量，是衡量并行计算规模的重要指标。

并行效率是指并行计算中实际获得的计算速度与理论计算速度之比，反映了并行计算的效率。

并行度越高，计算速度越快，但并行效率并不是线性增加，因为并行计算中存在通信和同步的开销，并行效率受到并行计算中的负载平衡和通信开销的影响。

4. 请说明并行计算中的并行算法有哪些，以及它们的应用领域和特点。

并行计算中常用的并行算法包括并行排序算法、并行搜索算法、并行矩阵计算算法等。

并行算法的应用领域包括计算机视觉、模式识别、机器学习等，具有并行计算速度快、处理能力强的特点。

并行算法的设计需要考虑并行计算的负载平衡、通信开销和算法并行度等因素，以提高并行算法的效率和性能。

中科大祖冲之号计算机工作原理题目：探索中科大祖冲之号计算机工作原理的全面解读一、引言在当今信息时代，计算机已经成为人类生活中不可或缺的重要工具。

而中科大祖冲之号计算机因其独特的计算原理和出色的性能而备受瞩目。

本文将对中科大祖冲之号计算机的工作原理进行深入解读，帮助读者全面了解这一引领未来科技发展的重要成就。

二、中科大祖冲之号计算机简介中科大祖冲之号计算机是中国科学技术大学开发的一款拥有自主知识产权的超级计算机。

它以祖冲之号命名，是为了纪念中国古代数学家祖冲之对圆周率的贡献而命名的。

该计算机采用了自主设计的处理器和操作系统，拥有卓越的计算能力和高效的能耗控制，被广泛应用于科学研究、天气预报、气候模拟等领域。

三、中科大祖冲之号计算机的工作原理1.并行计算架构中科大祖冲之号计算机采用了高效的并行计算架构，在处理大规模数据和复杂计算任务时能够实现高效的计算能力。

它采用了多核心处理器和分布式存储系统，能够实现多个任务的并行处理，大幅提升了计算效率。

2.超算网络互连技术中科大祖冲之号计算机采用了先进的超算网络互连技术，将各个节点之间的通信速度提升到了一个新的水平。

这种高速互连技术能够实现不同节点之间的实时数据传输，保证了计算任务的高效协同处理。

3.智能调度与管理系统中科大祖冲之号计算机拥有智能的调度与管理系统，能够根据不同的计算任务自动进行资源配置和任务分配。

这种智能的调度系统能够最大程度地优化计算资源的利用率，提升了整个系统的性能表现。

4.高性能计算软件中科大祖冲之号计算机采用了自主设计的高性能计算软件，能够充分发挥硬件设备的计算潜力。

这些软件包括并行计算库、高效算法和优化编译器等，能够为计算任务提供强大的支持。

四、对中科大祖冲之号计算机的个人观点和理解中科大祖冲之号计算机作为中国自主研发的超级计算机，在计算能力、能效比、网络互连等方面都取得了重大突破。

它不仅为我国在高性能计算领域走向世界提供了重要支撑，更展现了我国在超级计算机研发领域的强大实力。

Reviews on parallel programming并行计算英文班复习考试范围及题型：（1—10章）1 基本概念解释；Translation (Chinese)2 问答题。

Questions and answer3 算法的画图描述。

Graphical description on algorithms4 编程。

AlgorithmsReviews on parallel programming并行计算1 基本概念解释；Translation (Chinese)SMPMPPCluster of WorkstationParallelism,pipelining,Network topology,diameter of a network,Bisection width,data decomposition,task dependency graphsgranularityconcurrencyprocessprocessor,linear array,mesh,hypercube,reduction,prefix-sum,gather,scatter,thread s,mutual exclusionshared address space,synchronization,the degree of concurrency,Dual of a communication operation,2 问答题。

Questions and answerChapter 1 第1章1) Why we need parallel computing? 1）为什么我们需要并行计算？答：2) Please explain what are the main difference between parallel computing and sequential computing 2）解释并行计算与串行计算在算法设计中的主要不同点在那里？答：Chapter 2 第2章1) What are SIMD, SPMD and MIMD denote? 1）解释SIMD, SPMD 和 MIMD是什么含义。

第１题（1）什么是并行计算？（2）它的优点有哪些？（3）可以通过哪些结构完成并行计算？1．并行计算就是在并行计算或分布式计算机等高性能计算系统上所做的超级计算。

（P3）2．计算极大地增强了人们从事科学研究的能力，大大地加速了把科技转化为生产力的过程，深刻地改变着人类认识世界和改造世界的方法和途径。

计算科学的理论和方法，作为新的研究手段和新的设计与创造技术的理论基础，正推动着当代科学与技术向纵深发展。

（P4）3．单指令多数据流SIMD、对称多处理机SMP、大规模并行处理机MPP、工作站机群COW、分布共享存储DSM多处理机。

（P22）第2题什么是网络计算？它的特点？它与分布式计算、集群计算的关系？（P104）网络计算：在工作站机群COW环境下进行的计算称为网络计算。

特点：网络计算结合了客户机/服务器结构的健壮性、Internet面向全球的简易通用的数据访问方式和分布式对象的灵活性，提供了统一的跨平台开发环境，基于开放的和事实上的标准，把应用和数据的复杂性从桌面转移到智能化的网络和基于网络的服务器，给用户提供了对应用和信息的通用、快速的访问方式。

与分布式计算、集群计算的关系：分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。

集群计算是使用多个计算机，如典型的个人计算机或UNIX工作站；多个存储设备；冗余互联，来组成一个对用户来说单一的高可用性的系统。

因此，网络计算与分布式计算和集群计算都是属于计算密集型，数据密集型和网络密集型应用。

第3题表征并行系统的性能指标有哪些？并行系统的加速比如何定义？它能否完全确定系统的性能？为什么？a. 表征并行系统的性能指标主要有：CPU和存储器的基本性能指标，通信开销以及系统机器的成本、价格与性价比，还有系统加速比和系统可扩放性（p88页3.3）；其中CPU和存储器的基本性能指标包括：工作负载，并行执行时间，存储器的层次结构和存储器的带宽。