2022年河南科技学院计算机应用技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、“启动I/O”指令是主要的输入输出指令，是属于（）。

A.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令2、浮点数尾数下溢处理时，最大误差最大，但下溢处理不需要时间，平均误差又趋于0的方法是( )。

A.截断法B.舍入法C.ROM查表法D.恒置"1"法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、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5、系列机软件应做到( )。

A.向前兼容，并向上兼容B.向后兼容，力争向上兼容C.向前兼容，并向下兼容D.向后兼容，力争向下兼容6、计算机组成设计不考虑( )。

A.专用部件设置B.功能部件的集成度C.控制机构的组成D.缓冲技术7、IBM360/91对指令中断的处理方法是（）A.不精确断点法B.精确断点法C.指令复执法D.对流水线重新调度8、开发并行的途径有（），资源重复和资源共享。

A.多计算机系统B.多道分时C.分布式处理系统D.时间重叠9、流水机器对全局性相关的处理不包括( )A.猜测法B.提前形成条件码C.加快短循环程序的执行D.设置相关专用通路10、对汇编语言程序员透明的是（）A.I/O方式中的DMA访问B.浮点数据表示C.访问方式保护D.程序性中断二、判断题11、指令间的读写相关是全局相关。

（）12、在一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，采用模拟方法比采用仿真方法更快捷。

（）13、要实现两条指令在时间上重叠解释，首先需要付出空间代价，其次，要处理好指令之间可能存在的关联。

（）14、多处理机实现信息交换和同步最简单的方法是存储器共享。

（）15、在一段时间内相继发射多个任务，体现了并发性概念。

（）16、要使线性流水线的实际吞吐率接近于理想的最大吞吐率，应将子过程数分得越多越好。

（）17、采用LRU替换的Cache存贮器，分配给程序的Cache容量一定时，块的大小增大，Cache的命中率将先上升，到一定时候又会逐渐降低。

（）18、能做为评价其它置换算法标准的置换算法是RAND。

（）19、浮点数尾数下溢处理采用舍入法还是恒置"1"法，对计算机系统结构是不透明的。

（）20、标志符与每个数据相连，合存于相邻存储单元，用于描述单个数据的类型特征。

（）三、填空题21、虚拟存贮器是增加辅助________件。

使主、辅存形成整体，速度接近于________存的。

容量是辅存的。

22、实现程序移植的主要途径有统一高级语言、系列机、________和________23、基准网络的开关控制方式为________采用________法实现单元控制。

24、根据多台外围设备共享通道的不同情况，可将通道分为三种类型：________和________25、Cache写不命中时，只写入主存储器，并不将该字所在块由主存调入Cache。

称此分配法为________分配法。

26、多计算机互连网络中的通信模式有________和________27、存储器速度可以用________、________、频宽来描述。

28、在一般标量流水线处理机中，通常把一条指令的执行过程分解为取指令、________和________、写回结果4级流水线，每一级的执行时间为个基本时钟周期。

29、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________，也是他们之间互相沟通的一座桥梁。

在计算机系统的设计过程中，________的设计是非常关键的，它必须由软件设计人员和硬件设计人员共同来完成。

30、指令由________和________组成。

四、名词解释31、网络直径：32、RAID：33、动态分支预测技术：34、多体交叉存储器：35、失效开销：36、乱序流水线：五、简答题37、指令中表示操作数类型的方法有哪几种？38、在标准的栅栏同步中，设单个处理器的通过时间（包括更新计数和释放锁）为C，求N个处理器一起进行一次同步所需要的时间。

39、可采用哪些方法来提高向量处理机的性能？40、通过编译器对程序优化来改进Cache性能的方法有哪几种？简述其基本思想。

41、简述减小Cache失效开销的几种方法。

六综合题42、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？43、假设分支目标缓冲的命中率为90%，程序中无条件转移指令的比例为5%，没有无条件转移指令的程序CPI值为1。

假设分支目标缓冲中包含分支目标指令，允许无条件转移指令进入分支目标缓冲，则程序的CPI值为多少？44、有一个流水线由4段组成，其中每当流经第3段时，总要在该段循环一次，然后才t能流到第4段。

如果每段经过一次所需要的时间都是，问：（1）当在流水线的输入端连续地每时间输入任务时，该流水线会发生什么情况？（2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每输入一个任务，连续处理10个任务时的实际吞吐率和效率是多少？（3）当每段时间不变时，如何提高该流水线的吞吐率？仍连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？参考答案一、选择题1、【答案】B2、【答案】D3、【答案】A4、【答案】A5、【答案】B6、【答案】B7、【答案】A8、【答案】D9、【答案】D10、【答案】A二、判断题11、【答案】错12、【答案】错13、【答案】对14、【答案】对15、【答案】对16、【答案】错17、【答案】错18、【答案】对19、【答案】错20、【答案】错三、填空题21、【答案】软硬主22、【答案】模拟仿真23、【答案】单元控制方式终端标记24、【答案】字节多路通道选择通道数组多路通道25、【答案】不按写26、【答案】单播模式选播模式广播模式27、【答案】访问时间存储周期28、【答案】译码执行29、【答案】分界面指令系统30、【答案】操作码地址码四、名词解释31、答：网络直径指互连网络中任意两个结点之间距离的最大值。

32、答：廉价磁盘冗余阵列或独立磁盘冗余阵列。

33、答：动态分支预测技术是用硬件动态地进行分支处理的方法。

在程序运行时，根据分支指令过去的表现来预测其将来的行为。

如果分支行为发生了变化，预测结果也跟着改变。

34、答：具有多个存储体，各体之间按字交叉的存储技术。

35、答：CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。

36、答：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同，允许后进入流水线的任务先完成。

这种流水线又称为无序流水线、错序流水线、异步流水线。

五、简答题37、答：操作数类型有两种表示方法：（1）操作数的类型由操作码的编码指定，这是最常见的一种方法；（2）数据可以附上由硬件解释的标记，由这些标记指定操作数的类型，从而选择适当的运算。

38、答：我们忽略读写锁的时间。

N个处理器中的每一个都需要C个时钟周期来锁住与栅栏相关的计数器，修改它的值，然后释放锁。

考虑最坏情况，所有N个处理器都要对计数器加锁并修改它的值，由于锁只能顺序访问计数器，在同一时间，只能有一个处理器修改计数器的数据。

所以，总共要花NC个时钟周期使得所有的处理器都到达数据栅栏。

39、答：可采用多种方法：（1）设置多个功能部件，使它们并行工作；（2）采用链接技术，加快一串向量指令的执行；（3）采用循环开采技术，加快循环的处理；（4）采用多处理机系统，进一步提高性能。

40、答：（1）数组合并。

通过提高空间局部性来减少失效次数。

有些程序同时用相同的索引来访问若干个数组的同一维，这些访问可能会相互干扰，导致冲突失效，可以将这些相互独立的数组合并成一个复合数组，使得一个Cache块中能包含全部所需元素。

（2）内外循环交换。

循环嵌套时，程序没有按数据在存储器中的顺序访问。

只要简单地交换内外循环，就能使程序按数据在存储器中的存储顺序进行访问。

（3）循环融合。

有些程序含有几部分独立的程序段，它们用相同的循环访问同样的数组，对相同的数据作不同的运算。

通过将它们融合成一个单一循环，能使读入Cache 的数据被替换出去之前得到反复的使用。

（4）分块。

通过改进时间局部性来减少失效。

分块不是对数组的整行或整列进行访问，而是对子矩阵或块进行操作。

41、答：让读失效优先于写、写缓冲合并、请求字处理技术、非阻塞Cache 或非锁定Cache 技术、采用二级Cache 。

六综合题42、解：94.1690%/10010%/21=+=加速比43、解：设每条无条件转移指令的延迟为x ，则有： 1＋5%×x ＝1.1 x ＝2当分支目标缓冲命中时，无条件转移指令的延迟为0。

所以 程序的CPI ＝ 1 ＋ 2 × 5% ×(1 －90%) ＝1.01 44、解：（1）会发生流水线阻塞情况。

（2）54.35%925045TP E 2310T nTp 23T 21TP pipelinepipeline max ≈=∆⋅=∆∆==∆=∆=t tt t（3）重复设置部件段t∆ 14tt∆⋅=∆⋅==751410T nTP pipeline吞吐率提高倍数＝tt ∆∆231075＝1.64。