2022年北方工业大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷B（有答案）一、选择题1、组相联映象、LRU替换的Cache存贮器，不影响Cache命中率的是( )A.增加Cache中的块数B.增大组的大小C.增大主存容量D.增大块的大小2、对系统程序员不透明的应当是( )。
A.Cache存贮器XB.系列机各档不同的数据通路宽度C.指令缓冲寄存器D.虚拟存贮器3、在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）A.截断法B.舍入法C.恒置"1"法D.ROM查表法4、目前，MO由（）实现，M1用（）实现，M2至M5大多用（）实现。
A.软件，固件，硬件B.固件，软件，硬件C.硬件，软件，固件D.硬件，固件，软件5、以下说法中，不正确的是,软硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例会：( )A.提高解题速度B.提高硬件利用率C.提高硬件成本D.减少所需要的存贮器用量6、与流水线最大吞吐率高低有关的是( )A.各个子过程的时间B.最快子过程的时间C.最慢子过程的时间D.最后子过程的时间7、微指令由（）直接执行。
A.微指令程序B.硬件C.汇编程序D.编译程序8、以下说法中，不正确的是（）。
软硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例会A.提高解题速度B.提高硬件利用率C.提高硬件成本D.减少所需存储器用量9、在计算机系统的层次结构中，机器被定义为（）的集合体A.能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构B.硬件和微程序（固件）C.软件和固件D.软件和硬件10、IBM360/91属于（）A.向量流水机B.标量流水机C.阵列流水机D.并行流水机11、在计算机系统设计中，比较好的方法是( )A.从上向下设计B.从下向上设计C.从两头向中间设计D.从中间开始向上、向下设计12、1TFLOPS计算机能力，1TBYTE/S的I/O带宽和（）称为计算机系统的3T性能目标。
A，1TBYTE 硬盘容量B.1TBYTE 软盘容量C.1TBYTE 主存容量D.A和B13、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是( )。
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.计算机各部件的硬件实现14、推出系列机的新机器，不能更改的是( )A.原有指令的寻址方式和操作码B.系统总线的组成C.数据通路宽度D.存贮芯片的集成度15、不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括（）。
A.用统一的高级语言B.用统一的汇编语言C.模拟D.仿真二、填空题16、解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是推后法和设置________法两种基本方法。
17、页面调度的两种方式________和________18、衡量向量处理机性能的主要参数是________和________19、Amdah1等人在1964年把系统结构定义为：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即________和________。
20、评价地址码个数不同的4种指令的优缺点的主要标准是________和________21、多体存储器属________而存储层次属________22、基于寄存器-寄存器的向量指令是指________来自________或把操作后的结果写入向量寄存器。
这类指令是向量指令集中最重要的指令。
23、消息寻径方式可以分为两大类：________和________24、一个程序在计算机上运行，花费的CPU时间为CPU的时钟周期乘以该程序所有机器指令使用CPU的时钟周期数，即CPU时间=________×________25、三级存储系统是________、________、磁盘存储器。
三、判断题26、设某机有32个处理器，其编号为0，1，A 31，用Shuffle（Shuffle）互联函数时，第11号处理器与第26号处理器相联。
（）27、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去服务算法。
（）28、系列机不再是方向，因为它约束了计算机系统结构的发展。
（）29、多处理机中，两个程序段之间若同时有先写后读和先读后写2种相关，以交换数据为目的时，则必须并行执行，读写要完全同步，允许顺序串行和交换串行。
（）30、能做为评价其它置换算法标准的置换算法是RAND。
（）31、Cache组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。
（）32、与重叠机器一样，流水机器在遇到转移指令，尤其是条件转移指令时，效率也会显著下降。
（）33、虚拟存贮器内部地址映象方式的选择，依据于是否有高的主存命中率，而不是高的实页冲突概率。
（）34、流水机器处理中断应着眼于解决断点现场如何保存和恢复，并不在于如何缩短断流的时间，去追求流水的高吞吐率和高效率。
（）35、指令间的读写相关是全局相关。
（）四、名词解释36、资源共享：37、测试程序套件：38、目录协议：39、单功能流水线：40、部件级流水线：41、按写分配法：五、简答题42、同步总线和异步总线各有什么优缺点？43、区别不同指令集结构的主要因素是什么？根据这个主要因素可将指令集结构分为哪3类？44、计算机系统结构的Flynn分类法是按什么来分类的？共分为哪几类？45、减少流水线分支延迟的静态方法有哪些？46、机群系统有什么特点？六综合题47、假设一台计算机的I/O处理时间占10%，当其CPU性能改进为原来的100倍，而I/O性能仅改进为原来的2倍时，系统总体性能会有什么样的变化？48、写出三级Cache的平均访问时间的公式。
49、在伪相联中，假设在直接映象位置没有发现匹配，而在另一个位置才找到数据（伪命中）时，不对这两个位置的数据进行交换。
这时只需要1个额外的周期。
假设失效开销为50个时钟周期，2KB直接映象Cache的失效率为9.8%，2路组相联的失效率为7.6%；128KB直接映象Cache的失效率为1.0%，2路组相联的失效率为0.7%。
（1）推导出平均访存时间的公式。
（2）利用（1）中得到的公式，对于2KBCache和128KBCache，计算伪相联的平均访存时间。
50、假设一台计算机具有以下特性：（1）95％的访存在Cache中命中；（2）块大小为两个字，且失效时整个块被调入；（3）CPU发出访存请求的速率为109字/s；（4）25％的访存为写访问；（5）存储器的最大流量为109字/s（包括读和写）；（6）主存每次只能读或写一个字；（7）在任何时候，Cache中有30％的块被修改过；（8）写失效时，Cache采用按写分配法。
现欲给该计算机增添一台外设，为此首先想知道主存的频带已用了多少。
试对于以下两种情况计算主存频带的平均使用比例。
（1）写直达Cache；（2）写回法Cache。
参考答案一、选择题1、【答案】C2、【答案】D3、【答案】A4、【答案】D5、【答案】B6、【答案】C7、【答案】B8、【答案】B9、【答案】A10、【答案】B11、【答案】D12、【答案】C13、【答案】C14、【答案】A15、【答案】B二、填空题16、【答案】相关专用通路17、【答案】分页式请求页式18、【答案】向量指令的处理时间向量长度为无穷量处理机的最大性能19、【答案】概念性结构功能特性20、【答案】定长操作码、Huffman编码21、【答案】系统、体系22、【答案】参加运算操作的向量向量寄存器23、【答案】线路交换包交换24、【答案】CPU时钟周期数，时钟周期25、【答案】高速缓冲存储器主存储器三、判断题26、【答案】错27、【答案】对28、【答案】错29、【答案】错30、【答案】对31、【答案】错32、【答案】对33、【答案】错34、【答案】错35、【答案】错四、名词解释36、答：这是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。
37、答：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
38、答：用一种专用的存储器所记录的数据结构。
它记录着可以进入Cache的每个数据块的访问状态、该块在各个处理器的共享状态以及是否修改过等信息。
39、答：单功能流水线指流水线的各段之间的连接固定不变、只能完成一种固定功能的流水线。
40、答：把处理机中的部件进行分段，再把这些部件分段相互连接而成。
它使得运算操作能够按流水方式进行。
这种流水线也称为运算操作流水线。
41、答：写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。
五、简答题42、答：(1) 同步总线。
同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。
同步总线成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑。
但是其缺点是总线操作必须以相同的速度运行。
(2) 异步总线。
异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。
设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。
异步总线容易适应更广泛的设备类型，扩充总线时不用担心时钟时序和时钟同步问题。
但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。
43、答：区别不同指令集结构的主要因素是CPU中用来存储操作数的存储单元。
据此可将指令系统结构分为堆栈结构、累加器结构和通用寄存器结构。
44、答：Flynn分类法是按照指令流和数据流的多倍性进行分类。
把计算机系统的结构分为：（1）单指令流单数据流SISD（2）单指令流多数据流SIMD（3）多指令流单数据流MISD（4）多指令流多数据流MIMD45、答：（1）预测分支失败：沿失败的分支继续处理指令，就好象什么都没发生似的。
当确定分支是失败时，说明预测正确，流水线正常流动；当确定分支是成功时，流水线就把在分支指令之后取出的指令转化为空操作，并按分支目标地址重新取指令执行。
（2）预测分支成功：当流水线ID段检测到分支指令后，一旦计算出了分支目标地址，就开始从该目标地址取指令执行。
（3）延迟分支：主要思想是从逻辑上“延长”分支指令的执行时间。
把延迟分支看成是由原来的分支指令和若干个延迟槽构成。
不管分支是否成功，都要按顺序执行延迟槽中的指令。
3种方法的共同特点：它们对分支的处理方法在程序的执行过程中始终是不变的。
它们要么总是预测分支成功，要么总是预测分支失败。
46、答：（1）系统开发周期短。
由于机群系统大多采用商品化的PC机、工作站作为结点，并通过商用网络连接在一起，系统开发的重点在于通信子系统和并行编程环境上，这大大节省了研制时间。
（2）可靠性高。
机群中的每个结点都是独立的PC机或工作站，某个结点的失效并不会影响其它结点的正常工作，而且它的任务还可以传递给其它结点完成，从而有效地避免由于单结点失效引起的系统可靠性降低的问题。
（3）可扩放性强。
机群的计算能力随着结点数量的增加而增大。
这主要是得益于机群结构的灵活性，由于结点之间以松耦合方式连接，机群的结点数量可以增加到成百上千。
