高等计算机体系结构考题部分答案整理与分析(1).

1.某台主频为1GHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下:求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。

（10分）2.将计算机系统中某一功能的处理速度加快15倍，但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？3.如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这3个部件进改进后达到的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。

（1）如果部件1和部件2改进前的执行之间占整个系统执行的时间比例都为30%，那么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3个部件都改进后的整个系统的加速比Sn达到10？（2）如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别是30%，30%和20%，那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时间中占的比例是多少？（10分）4.假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。

具体数据如下表所示:(1）改进后，各类操作的加速比分别是多少?(2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少?(3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少?5.一台模型机的9条指令的使用频度如下：（10分）ADD（加）：26%SHR（右移）：2%SUB（减）：17%CLL（循环左移）：5%JOM（按页转移）：11%CLA（累加器清零）：15%STO（存）：2%STP（停机）：12%JMP（转移）：10%试设计这9条指令的Huffman编码的操作码表示以及其等长扩展操作码表示，并计算这两种表示的平均操作码长度。

6.有一个“Cache-主存”存储层次。

主存共分为8个块（0～7），Cache为4个块（0～3），采用直接映像方式。

（1）对于如下主存块地址流：0、2、6、1、3、7、0、1、4、5、4、6、0、7、2，如主存中内容一开始未装入Cache，请列出每次访问后Cache中各块的分配情况；（2）对于（1），指出既发生块失效又发生块争用的时刻；（3）对于（1），求出此期间的Cache命中率。

计算机系统结构复习题（含答案）计算机系统结构复习题1、虚拟机的概念虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

2、指令系统的设计方法、概念、主要原因、对象、总线的仲裁算法主要原因：因为指令系统是软件设计人员与硬件设计人员之间的一个主要分界面，也是他们之间互相沟通的一座桥梁。

对象：概念：又称指令集（instruction set）是计算机体系结构设计的核心，是计算机软、硬件接口,是指机器所具有的全部指令的集合。

它反映了计算机所拥有的基本功能。

它是机器语言程序员所看到的机器的主要属性之一。

设计方法：①、首先考虑所应实现的基本功能，确定哪些基本功能应该由硬件实现，哪些功能由软件实现比较合适。

包括指令的功能设计和指令格式的设计；②、在确定哪些基本功能用硬件来实现时，主要考虑3个因素：速度、成本、灵活性；硬件实现的特点：速度快、成本高、灵活性差软件实现的特点：速度慢、价格便宜、灵活性好③、对指令系统的基本要求完整性、规整性、正交性、高效率、兼容性。

总线仲裁算法有：静态优先级算法、固定时间片算法、（动态优先级）算法和（先来先服务）算法3、要实现两条指令在世间上重叠解释步骤是什么？为了实现两条指令在时间上重叠解释：首先需要付出空间代价，如增加数据总线、控制总线、指令缓冲器、地址加法器、相关专用通路，将指令分析部件和指令执行部件功能分开、单独设置，主存采用多体交叉存取，等等。

其次要处理好指令之间可能存在的关联，如转移的处理，指令相关，主存空间数的相关、通用寄存器组的数相关和基址值相关等的处理。

此外，还应合理调配好机器指令的微操作，使“分析”和“执行”的时间尽可能相等，以提高重叠的效率。

4、互连网络的交换方式有（线路交换）、（包交换）和（线路/包交换）5、SIMD互连网络采用（线路）交换，多处理机常采用（包）交换6、与重叠机器一样，流水机器在遇到（转移指令）指令，尤其是（条件转移指令）指令时，效率也会显著下降7、按指令与数据流的多倍性将数据流分为（SISD）、（SIMD）、（MISD）、（MIMD）四类。

计算机体系结构答案2021 福师网院一、填空题（每空1分，共14分）1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：全向量方式，直接相联方式，组相联方式。

2. 虚拟存储器的三种管理方式是段式管理，页式管理和段页式管理。

3.从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了提高速度，而“主存—辅存”层次的目的是为了扩大容量。

4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据相关冲突可分为RAW 、WAR 和WAW 三种类型。

5.当代计算机体系结构的概念包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容。

二、名词解释（每题2分，共16分）计算机体系结构：答：计算机体系结构包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容。

兼容机：答：不同厂家生产的具有相同计算机结构的计算机；系列机：同一厂家生产的具有相同计算机结构，但具有不同组成和实现的一系列不同档次不同型号的机器；写直达法：答：执行“写”操作时，不仅写入Cache，而且也写入下一级存储器。

高速缓冲存储器:答：为解决CPU与主存储器间速度差而在内存储器和CPU之间增加的一种存取速度远高于普通内存的特殊存储器。

延迟转移技术：答：为了使指令流水线不断流，在转移指令之后插入一条不相关的有效的指令，而转移指令被延迟执行，这种技术称为延迟转移技术。

线性流水线：答：指各段串行连接、没有反馈回路的流水线。

数据通过流水线中的各段时，每一个段最多只流过一次；非线性流水线：指各段除了有串行的连接外，还有反馈回路的流水线。

流水线的吞吐率：答：在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

并行性：答：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。

只要在时间上相互重叠，就存在并行性。

它包括同时性与并发性两种含义。

三、简答题(每题5分，共30分）1. 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。

每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。

专升本计算机试题解析计算机组织与体系结构计算机组织与体系结构是计算机专业中的一门重要课程，其涉及到计算机硬件组成、层次结构以及运行原理等方面的内容。

下面，本文将从试题解析的角度，对专升本计算机组织与体系结构的相关考点进行深入剖析。

一、题目一解析：题目：计算机组织与体系结构是计算机科学基础的核心课程之一，请简要介绍计算机组织与体系结构的概念，并列举一个实际计算机体系结构的例子进行说明。

解析：计算机组织与体系结构是指计算机系统硬件与软件之间的关系，涉及到计算机的层次结构及其连接方式、指令系统、中央处理器、存储器、输入输出等方面的内容。

一个实际的计算机体系结构例子是冯·诺依曼结构，它是一种基于存储程序概念的计算机体系结构，具有存储器、运算器、控制器、输入输出设备等组成部分。

二、题目二解析：题目：请简述冯·诺依曼结构与哈佛结构之间的区别，并分析各自的优缺点。

解析：冯·诺依曼结构与哈佛结构是两种不同的计算机体系结构。

冯·诺依曼结构将指令和数据存储在同一存储器中，通过地址来区分。

而哈佛结构则将指令和数据存储在不同的存储器中，具有独立的指令存储器和数据存储器。

冯·诺依曼结构的优点是简单、灵活，缺点是指令和数据的读取速度受限于存储器单元的数量。

而哈佛结构的优点是指令和数据的并行处理，提高了数据的读取速度，缺点是设计和实现较为复杂。

三、题目三解析：题目：什么是指令系统？请简要介绍指令的类型和格式。

解析：指令系统是计算机体系结构中的一个重要组成部分，用于描述计算机中各种操作的指令及其执行方式。

指令可以分为数据传输指令、算术逻辑指令、控制转移指令等类型。

指令的格式包括操作码、操作数、寻址方式等信息，常见的指令格式有固定格式、可扩展格式等。

四、题目四解析：题目：请简述中央处理器（CPU）的功能和组成部分。

解析：中央处理器是计算机体系结构中的核心部件，负责执行计算机指令、控制、处理和调度计算机的各种操作。

计算机组织架构考试题库及答案计算机组织架构是计算机科学的一个重要分支，它研究的是计算机系统中硬件和软件的组成、结构、操作和设计方法。

以下是计算机组织架构的考试题库及答案，供您参考。

一、选择题1. 计算机组织架构主要研究的是计算机系统中硬件和软件的( )。

A. 组成B. 结构C. 操作D. 设计方法答案：A、B、C、D2. 计算机的中央处理器（CPU）主要由( )两部分组成。

A. 控制器和运算器B. 控制器和内存C. 运算器和内存D. 控制器和输入输出设备答案：A3. 下列哪种存储器是计算机的主要存储设备？( )A. 只读存储器（ROM）B. 随机访问存储器（RAM）C. 磁盘存储器D. 光盘存储器答案：B4. 计算机的指令包括操作码和( )。

A. 地址码B. 操作数C. 寄存器D. 指针答案：B5. 计算机的输入输出设备中，属于输入设备的是( )。

A. 打印机B. 鼠标C. 显示器D. 键盘答案：B、D二、填空题1. 计算机的中央处理器（CPU）主要由控制器和______两部分组成。

答案：运算器2. 计算机的存储器分为内存和外存，其中内存主要包括______和______。

答案：随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）3. 计算机的指令由操作码和______组成。

答案：操作数4. 计算机的______负责将指令译码，并控制计算机的运行。

答案：控制器5. 计算机的______用于存储正在运行的程序和数据。

答案：内存三、简答题1. 请简述计算机组织架构的主要研究内容。

答案：计算机组织架构主要研究计算机系统中硬件和软件的组成、结构、操作和设计方法，包括计算机的中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备、指令系统等方面的设计和技术。

2. 请简述中央处理器（CPU）的主要功能。

答案：中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，主要负责执行计算机指令、控制计算机运行、进行数据运算和处理等功能。

它主要由控制器和运算器两部分组成，通过控制器的控制，协调运算器和其他硬件设备的工作，完成对指令的执行和数据的处理。

《计算机组成与结构》复习题及答案第1章一、一、选择题1、1、计算机系统应包括（）。

A）运算器、存储器、控制器B)主机与外部设备C）硬件系统与软件系统D）系统软件与应用软件2、2、下列描述不正确的是（）。

A）一种计算机的机器语言就是计算机的指令系统。

B) 汇编语言是一种符号语言，是与机器有关的语言。

C）高级语言是与机器无关的，高级语言源程序编译成目标程序之后，可在各种机器上运行。

D）只有机器语言程序在计算机中才能直接运行。

3、3、关于冯诺依曼计算机，下列叙述不正确的是（）A）计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。

B) 数据和程序在计算机中都用二进制数表示，且存放于计算机的存储器这中。

C）冯诺依曼计算机是一种虚拟计算机系统。

D）目前的大多计算机还是基于冯诺依曼计算机的。

4、4、硬件在功能实现上比软件强的是（）。

A）速度快B)成本低C）灵活性强D）实现容易5、5、在计算机系统的层次结构中，不属虚拟机的层次是（）。

A）高级语言计算机B)OS语言计算机C）汇编语言计算机D）机器语言6、6、把计算机的发展史划分为四代的依据是（）。

A）计算机规模B) 计算机速度C）OS D）物理器件（逻辑元件）7、7、微型计算机出现在那一代（）A）第一代B) 第二代C）第三代D）第四代8、8、下列叙述正确的是（）。

A）大型计算机是指大型通用计算机，它属C/S模式的。

B) 巨型计算机更适合于高速度、大容量的计算机任务。

C）V AX、PDP都属于小型计算机，二者是相兼容的。

D）工作站可以认为是一种高性能的微型计算机。

9、9、下列计算任务与应用领域相匹配的是（）A）卫星与运载火箭轨道的计算/计算科学B)企业信息系统/数据处理C）程控机床加工/计算机控制D)智能机器人/人工智能10、10、对英文缩写解释正确的是（）A）CPU：中央处理单元B)ALU：算术逻辑部件C）DBMS：数据库管理系统D) CMD / CAD：计算机辅助制造/计算机辅助设计11、11、对计算机软件硬件资源进行管理的是（）A）高级语言处理程序B)操作系统C）数据库管理系统D)应用程序12、12、计算机硬件系统直接运行的程序是（）A）源程序B)目标程序C）汇编语言程序D)高级语言程序13、13、将高级语言源程序转化目标程序的过程是（）A）汇编B)编译C）解释D)译码13.反映计算机基本功能的是( )。

计算机体系结构期末考试知识点与答案体系结构复习重点.doc1.冯.诺依蔓计算机的特点答：冯·若依曼计算机的主要特点如下：存储程序方式。

指令和数据都是以字的方式存放在同一个存储器中，没有区别，由机器状态来确定从存储器读出的字是指令或数据。

指令串行执行，并由控制器集中加以控制、单元定长的一维线性空间的存储器使用低级机器语言，数据以二进制形式表示。

单处理机结构，以运算器作为中心。

其实，他最大的特点就是简单易操作。

2. T（C）＝<K*K',D*D',W*W'>所描述的三个层次（8页）答：3个层次为控制器、算术逻辑部件、基本逻辑部件3. 计算机系统结构的分类（5页）4. 计算机系统中的数据表示（38页）5. 指令系统设计的原则答：指令系统的设计原则是，应特别注意如何支持编译系统能高效、简易地将源程序翻译成目标代码。

首先是正交性：又称分离原则或互不相干原则。

即指令中各个有不同含义的字段之间，在编码时应互相独立、互不相关。

规整性：对相似的操作数做出相同的规定。

可扩充性：要保留一定余量的操作码空间，为以后的扩展所用。

对称性：为了使编译能更加方便，通常希望操作具有对称性。

6. 流水操作中的相关答：流水操作过程中会出现一下的3个相关：资源或结构相关、数据相关、和控制相关。

资源相关是指当有多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一功能部件所发生的冲突。

数据相关：这是由于流水线中的各条指令的重叠操作使得原来对操作数的访问顺序发生了变化，从而导致了数据相关的冲突。

控制相关主要是转移指令引起的，比起数据相关来，他会使流水线丧失更多的性能。

7. 向量机中对向量的各种运算可以采用的加工方式（149页）答：向量机中对向量的各种运算可以采用不同的加工方式，但比较有效的加工方式应是尽量避免出现数据相关和尽量减少对向量功能的转换。

一种普通加工方式称为横向加工，它是按向量顺序计算的。

另外一种加工方式称为垂直加工，即它是先纵向加工所有B和C向量中元素对的相加操作。

一、复习题1．简述冯∙诺依曼原理，冯∙诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？答：冯∙诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。

这3条合称冯∙诺依曼原理冯∙诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。

(P51-P54)2．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。

答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。

计算机组成（computer organization）是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。

同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。

计算机实现，是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。

计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间和技术的进步，这些含意也会有所改变。

在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。

(P47-P48)3．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC和RISC两种结构。

(P55)4．简述RISC技术的特点？答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点：(1) 精简指令系统。

可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来选取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令;(2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在2或3种;(3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长;(4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。

（完整版）计算机系统结构考试题目及参考答案.doc一：名词解释1：虚拟机：由软件实现的机器。

2：CPI ：是衡量CPU 执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟周期数。

3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。

5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。

相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。

局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。

6： CISC/RISC ： CISC ：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的指令，来提高操作系统效率的计算机。

RISC ：即精简指令系统计算机，指在系统中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。

7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。

8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。

9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。

10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。

11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。

12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。

[ 由于主存中的块比Cache 中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache 中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache 块已全部被占用的情况。

这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。

]二：选择题1，直接执行微指令的是（ C ）A 汇编程序B 编译程序C 硬件D 微指令程序2，对汇编语言程序员不透明的是（ C ）A 程序计数器B 主存地址寄存器C 条件码寄存器D 指令寄存器3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（ B ）为中心的A 运算器B 控制器C 存储器D I/O 设备4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ C ）A 计算机软件所要完成的功能B 计算机硬件的全部组成C 编程要用到的硬件组织D 计算机各部分硬件的实现5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（ B ）A 采用统一的高级语言B 采用统一的汇编语言C 模拟D 仿真6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（ A ）A 流水处理机B 多处理机C 阵列处理机D 集群系统7，多处理机实现的并行主要是（B）A 指令级并行B 任务级并行C 操作级并行D 操作步骤的级并行8 计算机系统结构不包括（ B ）A 信息保护B 存储速度C 数据表示D 机器工作状态9，不需要编址的数据存储空间（ D ）A CPU 通用寄存器B 主存储器C I/O 寄存器D 堆栈10， RISC 执行程序的速度比CISC 快的原因是（ C ）A RISC 指令系统中条数较少B 程序在 RISC 编译生成的目标程序较短C RISC 指令平均执行周期数较少D RISC 中只允许 LOAD 和 STORE 指令存储11，程序员在编写程序时，使用的访存地址是（ B ）A 主存地址B 逻辑地址C 物理地址D 有效地址12，虚拟存储器主要是为了（ A ）A 扩大存储器系统容量B 提高存储器系统速度C 扩大存储器系统容量和提高存储器系统速度D 便于程序的访存操作13，与全相联映像相比，组相联映像的优点是（ B ）A 目录表小B 块冲突概率低C 命中率高D 主存利用率高14，输入输出数据不经过CPU 内部寄存器的输入输出方式是（ C ）A 程序控制方式B 中断C DMA 方式D 上述三种方式15，在配置了通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时引起的中断是（ A ）A 访管中断B I/O 中断C 程序性中断D 外部中断16，当计算机系统通过执行通道程序，完成输入输出工作时，执行通道程序的是（B）A CPUB 通道C CPU 和通道D 指定的外设三：填空1，常见的计算机系统结构的分类法有两种：Flynn 分类法，冯氏分类法冯氏分类法是根据系统的最大并行度对计算机系统结构进行分类，大多数的位并行的单处理机属于字串位并的处理机方式2，由软件实现的机器称为：虚拟机3，在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是透明的。

一填空题（每空1分，共30分）1、系列机是指具有相同的体系结构，但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。

2、存储程序计算机结构上的主要特点之一是以运算器为中心。

3、从计算机系统结构的多级层次结构可知，通常情况下，第1、2、3级用解释方法实现，第4或更高级用翻译方法实现。

4、对于最常见的事件，通常赋予它优先的处理权和资源使用权，这是计算机体系结构设计中的大概率事件优先原则。

5、容量为64块的Cache采用组相联方式映像，字块大小为128字节，每4块为一组，若主存容量为4096块，且以字编址，那么主存地址为 19 位，主存区号为 6 位。

6、可改进比例的值总是小于等于1 。

7、一般有两种策略来保存寄存器的内容,即：调用者保存和被调用者保存。

8、DLX指令集提供了立即数寻址、寄存器寻址、偏移寻址和寄存器间接寻址4种寻址方式。

9、对某流水线处理器测试时发现其存在结构冲突，通常可采用资源重复和流水化功能单元方法解决该问题。

10、编译器通过重新组织代码顺序消除暂停的技术被称为指令调度。

11、按照流水的级别可以把流水线分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线。

12、为解决流水线使用非流水数据通路的寄存器引起冲突，在流水线设计中采用寄存器文件技术解决该问题。

13、Cache的替换算法常见的有 FIFO 、LRU 和随机法。

14、改进Cache性能的方法主要有降低失效率、减少失效开销和减少Cache命中时间。

15、减少流水线处理分支暂停时钟周期数的途径包括尽早判断分支转移是否成功和尽早计算出分支成功转移的PC值。

二、选择题（1—15题，每题1分，共15分）1、下面的指令中， A 不属于RISC处理器指令集。

Ａ.ADD R4,[1000] Ｂ.LD R3,(R4) Ｃ.SUB R4,R3 Ｄ.SD 0(R3),R42. 在其它部件性能保持不变的情况下，对CPU性能的不断改进并没有获得期望的结果，这主要是受到了 A 的影响。