1、第一題選擇題1. SIMD是指（B）A、單指令流單數據流B、單指令流多數據流C、多指令流單數據流D、多指令流多數據流2. 下列那種存儲設備不需要編址？DA. 通用寄存器B. 主存儲器C. 輸入輸出設備D. 堆棧3. 按照計算機系統層次結構，算術運算、邏輯運算和移位等指令應屬于（A）級機器語言。A、傳統機器語言機器B、操作系統機器C、匯編語言機器D、高級語言機器4. 早期的計算機系統只有定點數據表示，因此硬件結構可以很簡單。但是這樣的系統有明顯的缺點，下面哪一個不是它的缺點：BA. 數據表示范圍小B. 單個需要的計算時鐘周期多C. 編程困難D. 存儲單元的利用率很低7. 下面哪個頁面替換算法實際

2、上是不能夠實現的？DA）隨機頁面替換算法B）先進先出替換算法C）最久沒有使用算法D）最優替換算法9指令優化編碼方法，就編碼的效率來講，那種方法最好？CA. 固定長度編碼B. 擴展編碼法C. huffman編碼法D. 以上編碼都不是10在早期馮諾依曼計算機特征中，機器以（C）為中心。A、存儲器B、輸入輸出設備C、運算器D、控制器1、RISC計算機的指令系統集類型是（C）。A. 堆棧型B.累加器型C.寄存器寄存器型D.寄存器-存儲器型2、相聯存儲器的訪問方式是（D）。A. 先進先出順序訪問B. 按地址訪問C. 無地址訪問D. 按內容訪問3、假設條指令的執行過程可以分為“取指令”、“分析”和“執行”

3、三段，每一段分別只有一個部件可供使用，并且執行時間分別為At、2At和3At,連續執行n條指令所需要花費的最短時間約為（C）。（假設“取指令”、“分析”和“執行”可重疊，并假設n足夠大）A. 6ntB.2ntC.3ntD.nAt6、下列計算機不屬于RISC計算機的是(C)oA. SUN：UltraSPARCB. IBM：PowerPC620C. IBM：PC/XTD. DEC：ALPHA211647、哪一點不是RISC的特點？(D)A. 減少指令的平均執行周期數B. 重視編譯優化技術C. 減少指令和尋址方式的種類D. 增加指令的功能8、哪種兼容方式對系列機來說是必須要求做到的？(B)A.向前兼

4、容B.向后兼容C.向上兼容D.向下兼容9、在計算機系統中，表征系統運行狀態的部件是(D)。A. 程序計數器B. 累加計數器C. 中斷計數器D. 程序狀態字(PSW)10、存儲器讀寫速率越高，每位的成本也越高，存儲容量也小。解決這一問題的主要方法是采用(C)。A.CacheB并行存儲器C.多級存儲體系結構D. 緩沖技術1. 計算機系統結構的層次結構按照由高到低的順序是（A）。A、高級語言機器級、匯編語言機器級，傳統機器語言機器級、微程序機器級B、高級語言機器級，應用語言機器級、匯編語言機器級、微程序機器級C、應用語言機器級、傳統語言機器級，匯編語言機器級，操作系統機器級D、應用語言機器級，操作語

5、言機器級，微程序機器級、傳統機器語言機器級2. 機器內浮點數都包含階碼和尾數兩部分，其中尾數的位數主要影響（A）。A、能表示數的精度B、能表示數的范圍C、能表示數的范圍和精度D、能表示數在數軸上分布的離散程序3. RISC的含義是（C）。A、ReducedInstruetionSystemComputerB、ReproducedInstructionSetComputerC、ReducedInstructionSetComputerD、ReproducedInstructionSystemComputer4. 推出系列機的新機器，不能更改的是（A）。A、原有指令的尋址方式和操作碼B、系統總線的

6、組成C、數據通路寬度D、存儲芯片的集成度8. 與全相聯映象相比，組相聯映象的優點是（A）A、目錄表小B、比較對法C、命中率高D、主存利用率高10.對于線性流水，在每段經過的時間相等的情況下，流水線的效率與（C）成正比。A、任務數B、流水線段數C、吞吐率D、排空時間1. 對應用程序員不透明的是(D)。A.先行進位鏈B.乘法器C.指令緩沖器D.條件碼寄存器2. 以下說法中，不正確的是(B)。軟、硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例會A.提高解題速度B.提高硬件利用率C.提高硬件成本D.減少所需的存儲器用量4. 數據表示的含義是(D)。A.表示數據所采用的數制和碼制B.數據類型C.浮點數的表示方式D

7、.硬件能直接識別的數據類型6.在不同類中斷事件優先級中，(D)不受中斷屏蔽的控制。A.中斷按鍵B.外部中斷C.I/O中斷D.訪管中斷7與虛擬存儲器的等效訪問速度無關的是(D)。A.訪存頁地址流B.頁面替換算法C.主存的容量8.頁是()單位，由(A.邏輯，系統，定長C.物理，用戶，不定長D.輔存的容量)劃分，它的長度()。DD.物理，系統，定長B. 邏輯，用戶，不定長1. 某個時期投入市場的機器上編制的軟件，不用修改就可運行在比它之后投入市場的機器上，這被稱為(D)。A向上兼容B向下兼容C向前兼容D向后兼容2信息按整數邊界存儲的主要優點是(A)。A.訪存速度快B.節約主存單元C. 指令字的規整化

8、D.指令的優化4按Cache地址映像的塊沖突概率從高到低的順序是（C）。A.全相聯映像、直接映像、組相聯映像B.組相聯映像、直接映像、全相聯映像C.直接映像、組相聯映像、全相聯映像D.全相聯映像、組相聯映像、直接映像5衡量流水線的主要性能指標是（D）。A.流水線容量B.流水線長短C.流水線規模D.流水線吞吐率和效率2并行處理發展通過（D）途徑形成了分布處理系統。A.提高主頻B.時間重疊C.資源重復D.資源共享3系列機軟件必須保證（D）,一般應做到軟件的向上兼容性。A、向上兼容B、向下兼容C、向前兼容D、向后兼容1對機器語言程序員透明的是（B）。A.中斷字B.主存地址寄存器C.通用寄存器D.條件

9、碼按照Flynn的分類，PII的MMX指令采用的是（31）模型，而當前的高性能服務器與超級計算機則大多屬于（32）類。（31）、（32）ASISDBSIMDCMISDDMIMD例題1分析按照Flynn的分類，計算機可分為SISD、SIMD、MISD和MIMD共4類。PII中開始采用MMX技術，引進了一些新的通用指令，雖然使用了單指令多數據思想，但從整體上說PII仍屬于SISD類。當前的高性能服務器與超級計算機大多具有多個處理器，多任務處理并行處理，基本上都屬于MIMD。例題1答案（31）A（32）D第二題填空題1、進行仿真工作的機器稱為宿主機，而被仿真的機器稱為目標機。3、Cache存儲器寫保

10、護時，只寫入Cache,僅當需塊替換時，才將其寫回主存,稱這種修改方法為寫回法法。4、一般中斷是在每條指令的尾部時處理的，而頁失效是立即處理的1提高計算機系統并行性的主要技術途徑有時間重疊、資源重復和資源共享。4. 在Cache存貯器中，CPU每次寫Cache的同時，也寫入主存，稱這種更新主存塊內容的方法為寫直達法。2計算機組成是計算機體系結構的邏輯的實現。計算機實現是計算機組成物理實現。3“主存-輔存”層次的目的是為了彌補主存容量的不足；“Cache-主存”層次的目的是為了彌補主存速度的不足。4從計算機體系結構的發展來看，早期的計算機是以運算器為中心的系統結構，而近代的是以存儲器為中心的系統

11、結構。6計算機體系結構設計和分析中最經常使用的三條基本原則是大概率原則、阿摩達爾定律和局部性原理。7Amdahl定律表明系統的加速比依賴于部件可改進比例和加速比兩個因素。9一條DLX指令最多需要5個時鐘周期，它們分別是取指周期、指令譯碼周期、執行/有效地址計算周期、存儲器周期和寫回周期。10吞吐率是流水線在單位時間內所完成的任務數或輸出結果的數量。11流水線在連續流動達到穩定狀態后所得到的吞吐率叫做最大吞吐率。12按照同一時間內各段之間的連接方式來分，流水線可分為動態流水線靜態流水線13.流水線中的相關有結構相關、數據相關和控制相關。1.并行性包括同時性和并發性二重含義。.學習幫手.5. 解決

12、通用寄存器數相關的辦法有推后法和設置相關專用通路2. 計算機系統的3T性能目標是1TFLOPS計算能1TBYTE/S的力，1TBYTE主存客量和I/O帶寬。4.浮點數階碼位數影響數的可表示范圍大小，尾數的位數影響數的可大小。表示精度5. 在滿足系統性能和總線流量的前提下，可以采用總線的功能組合、并/串-串/并轉換碼信息編等方式來減少總線的線數。8. 段頁式虛擬存貯器的內部地址映象表機構有和頁表兩部分。9在m段組成的流水線中，設各段經過的時間不同，則在連續完成n個任務時流水線的效率為10.全局相關指已進入流水線的轉移指令和其后續指令之間的相關。1中斷響應時間是指從發出中斷請求到進入中斷處理程序這

13、段時間3對于計算機體系結構，計算機組成和計算機實現三個概念來說，計算機組成著眼于機器級內各事件排序方式計算機系統結構著眼于對傳統機器級界面的確定，計算機實現著眼于微程序設計。5中斷系統的軟硬件功能分配實際上就是在件和軟件之間的功能分配。6數據寬度是指在量。中斷響應硬中斷處理程序期間所傳送的數據總8程序的局部性包括和空間時間上的局部性上的局部性7評價存貯器性能的基本要求是大容量、高速度和低價格。9. 在“一次重疊”解釋時，第K+1條指令需要等第K條指令執行后才能形成,稱此時發生了指令相關。10中斷屏蔽不能改變中斷響應的優先次序，但是能夠動態改變中斷處理程序次序。一、判斷題1可以說向后兼容是系列機

14、的根本特征。(V)3在數據描述符中，描述符與數據分開存放，主要用于描述單個數據的特征。(X)6為了動態調節中斷處理程序實際執行完的次序，需要在中斷級請求源和中斷響應排隊器的入口端之間加設中斷屏蔽字寄存器和相應的控制門電路。(V)7頁面失效請求可以在每條指令執行到末尾時檢測，以便在此時看是否調頁。(X)8. Cache存貯器等效訪問速度達不到接近于第一級Cache的，可以增加Cache容量來解決。(V)9. 對于通用寄存器變址相關的情況，有可能會出現“一次相關”，而不會出現“二次相關”。(X)1. (V)器件的發展是推動計算機系統向前發展的最直接的動力。3. (X)由于RISC簡化了指令系統，因

15、此，RISC上的目標程序比CISC上的目標程序要短一些，程序運行的時間就會少一些。5. (V)專用總線的總線數多，系統流量大，I/O系統不適宜用專用總線。8.(V)存儲器采用單體單字，還是多體交叉并行存取，對系統結構設計應是透明的。10. (X)從軟硬功能分配看，靜態流水線把功能負擔較多地加到硬件上，而動態流水線則較多地加到軟件上，以提高流水的效能。3. (X)在集中式定時查詢方式中，共享總線的部件都有各自的一對總線請求和總線準許線。4. (X)頁面失效請求可以在每條指令執行到末尾時檢測，以便在此時看是否調頁。3、若Cache未命中，應將程序掛起，同時調塊。(X)5. 只要將子過程進一步細分，

16、就可以使流水吞吐率進一步提高。(X)1. 系統是否設浮點運算指令，對計算機系統結構是透明的。(錯)2. 基址尋址支持程序的動態再定位，變址尋址支持程序的循環。(對)存儲轉發尋徑：在存儲轉發網絡中包是信息流的基本單位，每個結點有一個包緩沖區。包從源結點經過一系列中間結點到達目的結點。當一個包到達一個中間結點時，它首先被存入緩沖區，當所要求的輸出通道和接收結點的包緩沖區可使用時，然后再將它傳送給下一個結點。1.系列機所謂系列機是指在一個廠家內生產的具有相同的系統結構，但具有不同組成和實現的一系列不同型號的機器。系列機方法能夠在具有相同系統結構的各種機器之間實現軟件移植。5. MIPSMIPS=6.

17、 MFLOPSMFLOPS=7命中率存儲器替換策略命中率是為存儲器層次結構中任意兩個相鄰層次而定義的一個概念，當在Mi中找到一個信息項時，稱之為命中，反之稱之為缺失。在Mi層的命中率就是信息項可在Mi中找到的概率。11存儲轉發尋徑在存儲轉發網絡中包是信息流的基本單位，每個結點有一個包緩沖區。包從源結點經過一系列中間結點到達目的結點。當一個包到達一個中間結點時，它首先被存入緩沖區，當所要求的輸出通道和接收結點的包緩沖區可使用時，然后再將它傳送給下一個結點。13靜態流水線在同一時間內，多功能流水線中的各個功能段只能按照一種固定的方式連接，實現一種固定的功能。只有當按照這種連接方式工作的所有任務都流

18、出流水線之后，多功能流水線才能重新連接，以實現其他功能。14存儲器帶寬存儲器帶寬為存儲器在連續訪問時的數據吞吐速率。帶寬的單位通常是每秒鐘傳送的位數或字節數。15Amdahl定律：系統中對某一部件或某種執行方式取采了改進后，整個系統性能的提高與兩種因素有關（1）改進部分的使用頻率或占總執行時間的比例有關；（2）與改進部分在采用改進措施后比較有改進措施前性能提高的倍數有關。：加速比：改進部分的使用頻率或占總執行時間的比例：改進部分在改進前的性能與改進后的性能之比，（也就是改進部分性能提高的倍數）1.結構相關當指令在流水線中重疊執行時，流水線有可能改變指令讀/寫操作的順序（2分），使得讀/寫操作順

19、序不同于它們非流水實現時的順序（2分），將導致數據相關2. 程序的局部性原理程序在執行時所訪問的地址不是隨機的，而是相對簇聚（3分）；這種簇聚包括指令和數據兩部分（1分）。3. CPI指令時鐘數（CyclesperInstruetion）（4分）。4. 并行性：包含同時性和并發性.是指在同一時刻或同一時間間隔內完成兩種以上性質相同或不同的工作。5. 組相聯映象：主存中的每一塊只能映象到Cache中唯個特定塊的位置，即第i塊映象到Cache中物理地址應為imod2ncb塊的位置上。6. 模擬:用一種機器語言解釋另一種機器語言的方式.仿真:用微機解釋機器語言的方式。（4分）17、Flynn分類法：

20、計算機系統結構的一種分類方法.按照同時執行的指令流與數據流在系統中的數目，將系統結構分為：SISD單指令單數據流，SIMD多指令流多數據流，MISD多指令流單數據流，MIMD多指令流多數據流。18、物理地址cache存儲系統：物理地址cache存儲系統是指cache、主存、磁盤這三個存儲器分別構成cache-主存和主存-磁盤兩個存儲系統19、非阻塞網絡：非阻塞網絡：邏輯上的交叉開關網絡，除非存在不同輸入端口向同一輸出端口發送消息，否則消息通信將不會阻塞。請描述存儲器訪問的時間局部性和空間局部性，并講述其原因。時間上的局部性指的是最近的將來要用到的信息很可能是現在正在使用的信息，這主要是由程序的

21、循環和堆棧等造成的。空間上的局部性指的是最近的將來要用到的信息很可能與現在正在使用的信息在空間上是相鄰或相近的，這主要是由于指令通常是順序執行的和數據是集簇存放所造成的。15、簡述流水線技術的特點流水過程由多個相聯系的子過程組成，每個過程稱為流水線的級或段。流水技術適合于大量重復的時序過程。13、簡述SIMD計算機的分布式存儲器與共享存儲器的異同。SIMD計算機的分布式存儲器與共享存儲器的相同點都存在互聯網絡。不同點式在共享內存方案中，共享的多體并行存儲器通過對準網絡與各處理單元相連。在分布內存方案中，每個處理單元有自己的本地存儲器，處理單元有自己的本地存儲器，處理單元之間的數據通過數據尋徑網

22、絡完成。15、程序中有哪兩類相關，分別可以采取什么方法來解決？（1）數據相關數據相關指在執行本條指令的過程中，如果用到的指令、操作數、變址偏移量等是前面指令的執行結果，則必須等待前面的指令執行完成，并把結果寫到主存或通用寄存器中之后，本條指令才能開始執行。可以采取設置專用數據通路、延遲執行等方法來解決數據相關。（2）控制相關控制相關指由條件分支指令、轉子程序指令、中斷等引起的相關。可以采取靜態分支預測技術、動態分支預測技術、提前形成條件碼等來解決控制相關。14、簡述超標量處理機的特點超標量處理機一般具有多于一條的流水線，一臺m度的超標量處理機可同時發射m條指令，指令的發射等待時間為1個時鐘，指

23、令的并行度為m。12、數據類型、數據表示和數據結構之間的關系是什么？在設計一個計算機系統時，確定數據表示的原則主要有哪幾個？數據類型有多種多樣，如文件、圖、表、樹、陣列、隊列、鏈表、棧、向量、串實數、整數、布爾數、字符等。數據表示研究的是計算機硬件能夠直接識別，可以被指令系統直接調用的那些數據類型。數據結構研究的是面向系統軟件，面向應用領域所需要處理的各種數據類型，研究這些數據類型的邏輯結構和物理結構之間的關系，并給出相應的算法。確定哪些數據類型用數據表示來實現的原則主要有三個，一是縮短程序的運行時間，二是減少CPU與主存儲器之間的通信量，三是這種數據表示的通用性和利用率。16、實現軟件移植的

24、主要途徑有哪些？它們存在什么問題？適用于什么場合？（1）采用系列機方法，只能在具有相同系統結構的各種機器之間實現軟件移植，一般是一個廠家生產的機器（2）采用模擬與仿真的方法，可在不同系統結構的機器之間相互移植軟件，對于使用頻率較高的指令，盡可能用仿真方法以提高運算速度，而對于使用頻率低且難于用仿真實現的指令則用模擬方法來實現。（3）采用統一的高級語言方法，可以解決結構相同或完全不同的各種機器上的軟件移植，但是，要統一高級語言，語言的標準化很重要，但難以在短期內解決。1設計RISC機器可采用的基本技術有哪些？設計RISC機器的基本技術：按設計RISC機器的一般原則來精選和優化設計指令系統；邏輯上

25、采用硬聯組合電路為主，適當輔以微程序控制；在CPU內設置大量寄存器，采用重疊寄存器組的窗口；指令采用重疊和流水的方式解釋，采用延遲轉移；優化設計高質量的編譯程序。19簡述計算機系統設計中軟硬件取舍3原則。1) 在現有器件的條件下，系統要有較高的性能價格比；2) 不要不合理地限制各種組成、實現技術的采用；3) 硬件的設計要考慮如何為軟件提供更好的支持。2. 簡述RISC結構的設計原則。(1) 選取使用頻率最高的指令，并補充一些最有用的指令；(2) 每條指令的功能應盡可能簡單，并在一個機器周期內完成；(3) 所有指令長度均相同；(4) 只有Load和Store操作指令才訪問存儲器，其它指令操作均在

26、寄存器之間進行(5) 以簡單有效的方式支持高級語言。3. 解決流水線結構相關的方法有哪些？(1) 流水化功能單元(2) 資源重復(3) 暫停流水線4. 組相聯Cache比相同容量的之直接映象Cache的失效率低。由此是否可以得出結論：采用組相聯Cache一定能帶來性能上的提高？為什么？答：不一定。因為組相聯命中率的提高是以增加命中時間為代價的，組相聯需要增加多路選擇開關。11、一條流水線連接圖如下所示，畫出100條指令連續通過該流水線的時空圖，.專業整理.并計算該流水線的加速比。（其中）參考答案：順序執行的時間為T0=6X100=600ns采用流水方式執行的時間為T1=3X99+6=303加速

27、比S=T0/Tl=600/303=1.9812、13、雙輸入端的加、乘雙功能靜態流水線有1、2、3、4四個子部件，延時分別為At,At,2At,At，“加”由124組成，“乘”由134組成，輸出可直接返回輸入或鎖存。現執行（1）畫出流水時空圖，標出流水線入端數據變化情況。（2）求運算全部完成所需的時間和流水線效率。（3）找出瓶頸子過程并將其細分，重新畫出時空圖并計算流水時間和效率。部件結果輸入a1a2a3a4a1+b1a2+b2a3+b3a4+b4b1b2b3b4c1c2c3c4At1)(2)由上圖可知，全部運算完的時間是23At。3)43-23-12a1a2a3a4a1+b1a2+b2b1b2b3b4c1c2輸入a3+b3a4+b4c3c4結果At部件由上圖可知，流水時間為20At。2.在下列不同類型的處理機上做向