2023年自考類計算機類(工學類)計算機系統結構2010-2022歷年真題選編帶答案難題含解析（圖片大小可自由調整）第1卷一.歷年考點試題黑鉆版(共75題)1.機群系統比起傳統的并行處理系統的優點是什么?2.間接二進制n方體網絡是一種______A.多級混洗交換網絡B.單級立方體網絡C.多級全排列網絡D.多級立方體網絡3.實現軟件移植的主要技術有統一高級語言、______、______和仿真。4.簡述專用總線的概念并說明專用總線的優點和缺點。5.按CISC方向，面向操作系統的優化實現來改進指令系統有哪些思路?6.時間重疊是指在并行概念中引入______因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套______的各個部分，加快硬件______來贏得速度。7.______的靜態調度是指依靠編譯器對代碼進行靜態調度，以減少相關和沖突。它不是在程序執行的過程中、而是在______期間進行代碼調度和優化的。8.不是脈動陣列結構具有的特點的是______A.結構簡單、規整，模塊化強B.PE間數據通信距離短、規則C.脈動陣列結構的構形與特定計算任務和算法無關D.脈動陣列中所有PE能同時運算，具有極高的計算并行性9.互連函數表示互連網絡的出端號和入端號的一一對應關系，其表示方法有______、______和循環表示法。10.在運算器內部，浮點減的流水屬于______A.處理器級B.元件級流水C.系統級D.部件級流水11.多處理機與單指令流多數據流系統的并行處理機有哪些主要差別?12.流水線的效率是指流水線中設備的實際使用時間占______之比，也稱流水線設備的______。13.與Cache存儲器的等效訪問速度無關的選項是______A.Cache的命中率B.輔存的容量C.Cache本身的容量D.Cache本身的速度14.CPU寫Cache時，會發生Cache與主存的對應復本內容不一致的現象，解決這個問題有哪些方法?各需要增加什么開銷?15.簡要解釋提高計算機系統并行性的三個技術途徑。16.簡述超長指令機系統設計的基本原則。17.多處理機操作系統分為三類，分別是______、______和______。18.設有兩個向量C和D，各有4個元素，靜態雙功能流水線上工作。其中，1→2→3→5組成加法流水線，1→4→5組成乘法流水線。設每個流水線所經過的時間均為Δt，而且流水線的輸出結果可以直接返回到輸入或暫存于相應的緩沖寄存器中，其延遲時間和功能切換所需要的時間都可以忽略不計。求：該流水線的實際吞吐率Tp和效率η。19.靜態流水線指的是______A.只有一種功能的流水線B.同時只能完成一種功能的多功能流水線C.功能不能改變的流水線D.可同時執行多種功能的流水線20.STARAN網絡屬于______A.單級立方體網絡B.多級立方體網絡C.單級PM2I網絡D.多級混洗交換網絡21.______是I/O設備取得I/O總線后所傳輸數據的總量；______是數據總線的物理寬度，即一個時鐘周期所傳輸的總信息量。22.流水線的特點是什么?23.簡述并行性從計算機系統處理數據的角度劃分的四個等級，并各舉一例。24.目前，M0由哪項實現，M1用哪項實現，M2至M5大多用哪項實現______A.軟件，固件，硬件B.固件，軟件，硬件C.硬件，軟件，固件D.硬件，固件，軟件25.超長指令字結構是將水平型微碼和______兩者相結合。26.______的靜態調度是指依靠編譯器對代碼進行靜態調度，以減少相關和沖突。它不是在程序執行的過程中、而是在______期間進行代碼調度和優化的。27.簡述設計RISC的一般原則。28.根據計算機所用歸約方式的不同，分為______和______兩類。29.拓撲結構用多級立體網絡、二功能交換單元、級控制方式，稱這種網絡為______A.Omega網絡B.交換網絡C.間接二進制n方體網絡D.數據交換網絡30.并發性指兩個或多個事件在哪時發生______A.不同時間段B.同一時刻C.不同時刻D.同一時間段31.多處理機的機間互連一般采用總線、______、______多端口存儲器或開關樞紐結構等形式。32.在開發循環級并行的各種技術中，最基本的技術有：指令調度技術、______和______。33.虛擬存儲器中段式管理虛地址不包含的部分是______A.基號B.段號C.頁號D.段內位移34.在計算機系統中，采用高速緩存(Cache)的目的是______A.彌補主存容量不足B.彌補主存速度不足C.降低存儲器系統價格D.降低存儲器系統容量35.一條流水線連接圖如下所示，畫出200條指令連續通過該流水線的時空圖，并計算該流水線的加速比。(其中Δt=1ns)

36.FORK語句的形式為______，其中______為新進程開始的標號。37.在全局性相關處理中，用軟件方法進行靜態指令調度的技術是______A.使用猜測法B.加快和提前形成條件碼C.采取延遲轉移D.加快段循環程序的處理38.求表達式Z=E+A*B*C/(D+F)的值。有如下程序

G=A*B

H=D+F

I=C/H

J=G*I

Z=E+J

試用FORK、JOIN語句改寫成在多處理機上并行執行程序。39.在有Cache的存儲系統中，訪存操作是如何進行的?40.從計算機系統中處理數據的角度來講，并行性等級從低到高分別是______、位并字串、______和全并行。41.在虛擬存儲器中，頁式存儲是把______和______等分成固定大小的頁，按頁順序編號。42.傳統機器語言機器級，是用______程序來______機器指令。43.指令執行結果出現異常引起的中斷屬于______A.I/O中斷B.機器校驗中斷C.程序性中斷D.外中斷44.多處理機中，當共享數據進入Cache，就可能出現多個處理器的Cache中都有同一存儲器塊的副本，要保證多個______是一致的。45.下列不屬于中斷系統的功能的是______A.中斷請求的保存和清除B.對總線的控制C.優先級的確定D.中斷斷點及現場的保存46.系列機軟件應能夠做到______A.向后兼容，力爭向前兼容B.向前兼容，并向上兼容C.向前兼容，并向后兼容D.向后兼容，力爭向下兼容47.總線按用法可以分為______和______兩類。48.通過并行性等級劃分，流水線處理機屬于______A.處理器操作并行B.指令、任務、作業并行C.存儲器操作并行D.處理器操作步驟并行49.簡述Tomasulo算法的基本思想。50.間接二進制n方體網絡是指______A.多級立方體網絡B.單級立方體網絡C.多級全排列網絡D.多級混洗交換網絡51.兩個或兩個以上速度、容量和價格各不相同的存儲器用硬件、軟件或______相結合的方法連接起來成為一個存儲系統。這個存儲器系統對應用程序員是______的。52.采用組相聯映像的Cache存儲器，可用于地址變換的方法是______A.目錄表法B.比較對法C.頁表法D.堆棧法53.簡述實現指令的重疊，解釋必須在計算機組成上滿足的要求。54.簡述通道的3種類型各適合連接什么類型設備，說明各種類型通道在滿負荷時的實際流量與所連接設備的關系。55.SIMD是指______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56.從計算機信息加工的步驟和階段的并行性看，并行性等級可分為存儲器操作并行，處理機操作步驟并行，______操作并行和______之間。57.RISC采用重疊寄存器窗口技術，可以減少______A.絕大多數指令的執行時間B.目標程序的指令條數C.程序調用引起的訪存次數D.CPU訪存的訪問周期58.虛擬存儲器對______程序員是透明的，對______程序員是不透明的。59.開發并行的途徑有哪項資源重復和資源共享______A.多計算機系統B.多道分時C.分布式處理系統D.時間重疊60.計算機系統多級層次中，從下層到上層，各級相對順序正確的應當是______A.匯編語言機器級，操作系統機器級，高級語言機器級B.微程序機器級，傳統機器語言機器級，匯編語言機器級C.傳統機器語言機器級，高級語言機器級，匯編語言機器級D.匯編語言機器級，應用語言機器級，高級語言機器級61.處理機操作步驟并行的典型例子是______A.陣列處理機B.并行存儲器系統和相聯處理機C.流水線處理機D.多處理機62.在緊耦合多處理機中，對各處理機來說，有______和______兩種。63.直接執行微指令的是______。64.多處理機間連接一般有總線、交叉開關、______、______或蠕蟲穿洞尋徑網絡等幾種形式。65.對Cache存儲器而言，______就是將每個主存塊按某種規則裝入Cache中。66.流水線由4個功能部件組成，每個功能部件的延遲時間都為Δt，當輸入10個數據后，等候5Δt又輸入10個數據，如此周期性地工作，求此時流水線的吞吐率，并畫出時空關系圖。67.并行處理機有16個處理單元，編號為0～15，采用shuffle單級網絡互連，與13號處理單元相連的處理單元的編號是______A.15B.11C.9D.768.ILLLIAC-IV陣列處理機中，PE之間所用的互連函數是______A.PM2±0和PM2±3B.Cube0和Cube1C.ShuffleD.PM2±269.非線性流水線調度任務時要找出一個最小的一______，按照周期向流水線輸入新任務，流水線的各個功能段都不會發生沖突，而且流水線的______和效率最高。70.有一個計算機系統可按功能分成4級，每級的指令互不相同，每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強M倍，即第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量。現若需第i級的N條指令解釋第i+1級的一條指令，而有一段第1級的程序需要運行Ks，問在第2、3和4級上一段等效程序各需要運行多長時間?71.評價存儲器性能的基本要求是低價格、______和______。72.對多處理機的描述不正確的是______A.兩臺以上的處理機B.不同的操作系統C.協同求解大而復雜問題D.機間經共享主存或高速通信網絡通信73.進行仿真的機器稱為______，被仿真的機器稱為______。74.下圖所示的時空圖對應的處理機為______

A.標量處理機B.超標量處理機C.超流水處理機D.超標量超流水線處理機75.在計算機系統的多級層次結構中，單條指令執行速度最快的一級是下列哪一個選項______A.L5(應用語言)級B.L2(操作系統)級C.L0(微程序)級D.L1(機器語言)級第1卷參考答案一.歷年考點試題黑鉆版1.參考答案：(1)系統有高的性能價格比。

(2)系統的開發周期短。

(3)系統的可擴展性好。

(4)系統的資源利用率高。

(5)用戶投資風險小。

(6)用戶編程方便。2.參考答案：D[考點]多級立方體網絡[解析]多級立方體網絡有STARAN網絡、間接二進制n方體網絡等。3.參考答案：采用系列機

模擬[考點]軟件移植[解析]實現軟件移植的主要技術有統一高級語言、采用系列機、模擬和仿真。4.參考答案：只連接一對物理部件的總線稱專用總線。其優點是多個部件可以同時收/發信息，不爭用總線，系統流量高；通信時不用指明源和目的，控制簡單；任何總線的失效只會使連于該總線的兩個部件不能直接通信，但它們仍可通過其他部件間接通信，因而系統可靠。其缺點是總線數多。5.參考答案：按CISC方向，面向操作系統的優化實現來改進指令系統的思路有：

(1)通過對操作系統中常用指令和指令串的使用頻度進行統計分析來改進。

(2)如何增設專用操作系統的新指令。

(3)把操作系統中頻繁使用的、對速度影響大的某些軟件子程序硬化或固化，改為直接用硬件或微程序解釋實現。

(4)發展讓操作系統由專門的處理機來執行的功能分布處理系統結構。6.參考答案：時間

硬件設備

周轉[考點]重疊原理[解析]時間重疊是指在并行概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設備的各個部分，加快硬件周轉來贏得速度，其最典型的例子是指令內各操作步驟采用重疊流水。時間重疊基本上不必重復增加硬件設備就可以提高計算機系統的性能價格比。7.參考答案：指令

編譯[考點]指令的靜態調度[解析]指令的靜態調度是指依靠編譯器對代碼進行靜態調度，以減少相關和沖突。它不是在程序執行的過程中，而是在編譯期間進行代碼調度和優化的。8.參考答案：C[考點]脈沖動陣列結構的特點[解析]脈動陣列結構的構形與特定計算任務和算法密切相關，具有某種專用性，限制了應用范圍。9.參考答案：輸入輸出對應表示法

函數表示法[考點]互連網絡應抉擇的幾個問題[解析]互連函數表示互連網絡的出端號和入端號的一一對應關系，其表示方法有輸入/輸出對應表示法、函數表示法和循環表示法。10.參考答案：D[考點]流水方式的基本概念[解析]部件級流水是指構成部件內的各個子部件的流水，如運算器內浮點數的加減。11.參考答案：(1)結構靈活性。

(2)程序并行性。

(3)并行任務派生。

(4)進程同步。

(5)資源分配和任務調度。12.參考答案：整個運行時間

時間利用率[考點]流水線的效率[解析]流水線的效率是指流水線中設備的實際使用時間占整個運行時間之比，也稱流水線設備的時間利用率。13.參考答案：B[考點]Cache存儲器的訪問速度[解析]Cache的命中率、Cache本身的速度和容量與Cache存儲器的等效訪問速度無關。14.參考答案：(1)寫回法：CPU只寫入Cache，不寫入主存，僅當Cache塊替換時，才先寫回主存后再替換。這種方法要求對每個Cache塊增加一個修改位的資源開銷。

(2)寫直達法：CPU每次寫入Cache的同時，也經寫直達通路寫入主存。這種方法要增加寫主存的時間開銷。15.參考答案：(1)時間重疊：引入時間因素，是讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流使用同一套硬件設備的各個部分，以加快硬件周轉使用來贏得速度。

(2)資源重復，是引入空間因素，通過重復設置硬件資源來提高性能。

(3)資源共享，是用軟件方法讓多個用戶按一定時間順序輪流使用同一套資源，來提高其利用率，相應也就提高了系統的性能。16.參考答案：(1)設立單一的控制流，只有一個控制器，每個時鐘周期啟動一條長指令。

(2)超長指令字被分成多個控制字段，每個字段直接獨立地控制每個功能部件。

(3)含有大量的數據流通路和功能部件，由于編譯器在編譯時間已考慮可能出現的數據相關，故控制硬件簡單。

(4)在編譯階段完成超長指令中多個可并行操作的調度。17.參考答案：主從型

各自獨立型

浮動型[考點]多處理機的操作系統[解析]多處理機操作系統分為三類，分別是主從型、各自獨立型和浮動型。18.參考答案：實際吞吐率TP=7/(15Δt)

η=32%[考點]指令流水19.參考答案：B[考點]靜態流水線含義[解析]靜態流水線是指在某一時間內各段只能按一種功能連接流水，只有等流水線全部流空后，才能切換成按另一種功能連接流水。動態流水線的各功能段在同一時間內可按不同運算或功能連接。20.參考答案：B[考點]多級立方體網絡[解析]多級立方體網絡有STARAN網。21.參考答案：數據寬度

數據通路寬度[考點]數據寬度和總線線數[解析]數據寬度為傳輸數據的總量，而數據通路寬度為數據總線的物理寬度。22.參考答案：(1)流水線處理的任務必須是連續的。

(2)流水線中子任務應有一個專門的部件來實現。

(3)在流水線的功能部件之后，需要有一個用于保存本功能段執行結果的緩沖寄存器。

(4)流水線中各功能段執行時間應盡量相等。

(5)流水線需要有裝入時間和排空時間。23.參考答案：(1)位串字串，只能同時處理一個字的一個位，無并行性，例如，位串行計算機。

(2)位并字串，同時可處理一個字的所有位，例如，簡單并行的單處理機。

(3)位片串字并，同時處理多個字的同一位，例如，相聯處理機STARAN、MPP等處理機。

(4)全并行，同時處理多個字的全部或部分位組，例如，全并行陣列處理機ILUAC-IV。24.參考答案：D[考點]計算機系統的層次結構[解析]MO由硬件實現，M1用固件實現，M2～M5大多用軟件實現。25.參考答案：超標量處理[考點]超長指令字處理機[解析]超長指令字結構是將水平型微碼和超標量處理兩者相結合。指令字長可達數百位，多個功能部件并發工作，共享大容量寄存器堆。26.參考答案：指令

編譯[考點]指令的靜態調度[解析]指令的靜態調度是指依靠編譯器對代碼進行靜態調度，以減少相關和沖突。它不是在程序執行的過程中，而是在編譯期間進行代碼調度和優化的。27.參考答案：(1)確定指令系統時，只選擇使用頻度很高的那些指令，再增加少量能有效支持操作系統、高級語言實現及其他功能的指令，大大減少指令條數，使之一般不超過100條。

(2)減少指令系統所用尋址方式種類，一般不超過兩種。

(3)讓所有的指令都在一個機器周期內完成。

(4)擴大通用寄存器數，一般不少于32個，盡量減少訪存，只有存取指令訪存。

(5)為提高指令執行速度，大多數指令都用硬聯控制實現，少數指令才用微程序實現。

(6)通過精簡指令和優化設計編譯程序，簡單有效地支持高級語言的實現。28.參考答案：串歸約機

圖歸約機[考點]歸約機[解析]根據計算機內部對函數表達式所用存儲方式的不同，將規約方式分成串規約和圖規約。29.參考答案：B[考點]多級立體網絡[解析]拓撲結構用多級立體網絡、二功能交換單元、級控制方式，稱這種網絡為交換網絡。30.參考答案：D[考點]同時性和并發性[解析]同時性指兩個或多個事件在同一時刻發生，并發性指兩個或多個事件在同一時間段發生。31.參考答案：環形互連

交叉開關[考點]多處理機的機間互連形式[解析]多處理機的機間互連一般采用總線、環形互連、交叉開關多端口存儲器或開關樞紐結構等形式。32.參考答案：循環展開技術

換名技術[考點]開發循環級并行技術[解析]在開發循環級并行的各種技術中，最基本的技術有：指令調度技術、循環展開技術和換名技術。33.參考答案：C[考點]段式管理虛地址的組成[解析]虛擬存儲器中段式管理虛地址包含的部分是基號、段號、段內位移。34.參考答案：B[考點]高速緩存Cache[解析]在計算機系統中，采用高速緩存Cache的目的是彌補主存速度不足。35.參考答案：時空圖如下所示。順序執行的時間為t0=6×200=1200ns

采用流水方式執行的時間為t1=3×200+6-1=605ns

加速比S=t0/t1=1200/605=1.98[考點]指令流水36.參考答案：FORK

m,m[考點]并行語言與并行編譯[解析]FORK和JOIN語句在不同計算機上有不同的表示形式。FORK語句的形式為FORKm，其中m為開始的新進程標號。37.參考答案：C[考點]全局性相關的處理[解析]采取延遲轉移是用軟件方法進行靜態指令調度的技術，不必增加硬件，讓成功轉移總是延遲到這一條或多條指令執行之后。38.參考答案：FORK20

10G=A*B

JOIN2

GOTO40

20H=D+F

JOIN2

30I=C/H

JOIN2

40J=G*I

JOIN2

50Z=E+J39.參考答案：有了Cache之后，訪存操作的過程是：當CPU要進行存儲器訪問時，首先察看Cache存儲器，如果訪問的字在Cache中找到，就從Cache中讀取，如果訪問的字在Cache中沒有找到，就從主存中訪問，并且為了使得以后訪問同一個字或者相鄰的字時能夠在Cache中找到，需要把存儲器中包含這個字的數據塊從主存儲器中讀出，放入Cache中。40.參考答案：位字符串

位片串字并[考點]并行性的含義與級別[解析]從計算機系統中處理數據的角度來看，并行性等級從低到高可以分為四級，分別是位串字串、位并字串、位片串字并、全并行。41.參考答案：主存空間

程序空間[考點]頁式管理[解析]頁式存儲是把主存空間和程序空間都機械地等分成固定大小的頁。42.參考答案：微指令

解釋[考點]計算機系統機構層次[解析]傳統機器語言機器級，是用微指令程序來解釋機器指令。43.參考答案：C[考點]中斷的分類[解析]指令執行結果出現異常引起的中斷屬于程序性中斷。44.參考答案：副本數據[考點]多Cache的一致性[解析]多處理機中，當共享數據進入Cache，就可能出現多個處理器的Cache中都有同一存儲器塊的副本，要保證多個副本數據是一致的。45.參考答案：D[考點]中斷系統的功能[解析]中斷系統的功能包括中斷請求的保存和清除、優先級的確定、中斷斷點及現場的保存、對中斷請求的分析和處理以及中斷返回等。46.參考答案：A[考點]系列機兼容性[解析]系列機軟件必須做到向后兼容，力爭向前兼容。向前(后)兼容指的是在某個時期投入市場該型號機器上編制的軟件，不加修改就能運行在它之前(后)投入市場的機器上。47.參考答案：專用

非專用[考點]總線的分類[解析]總線按用法可以分為兩類，分別是專用和非專用。48.參考答案：D[考點]并行性的等級劃分[解析]處理器操作步驟并行典型的例子是流水線處理機。49.參考答案：核心思想：①記錄和檢測指令相關，操作數一旦就緒就立即執行，把發生RAW沖突的可能性減小到最低；②通過寄存器換名來消除WAR沖突和WAW沖突。寄存器換名是通過保留站來實現，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作數。

基本思想：只要操作數有效，就將其取到保留站，避免指令流出時才到寄存器中取數據，這就使得即將執行的指令從相應的保留站中取得操作數，而不是從寄存器中。指令的執行結果也是直接送到等待數據的其他保留站中去。因而，對于連續的寄存器寫，只有最后一個才真正更新寄存器中的內容。一條指令流出時，存放操作數的寄存器名被換成為對應于該寄存器保留站的名稱(編號)。50.參考答案：A[考點]多級立方體網絡[解析]多級立方體網絡有STARAN網絡和間接二進制n方體網絡。兩者的差別僅在于控制方式上，STARAN網絡采用級控制和部分級控制，而間接二進制n立方體網絡用單元控制。51.參考答案：軟件與硬件

透明[考點]存儲系統定義[解析]兩個或兩個以上速度、容量和價格各不相同的存儲器用硬件、軟件或軟件與硬件相結合的方法連接起來成為一個存儲系統。這個存儲器系統對應用程序員是透明的，并且以應用程序員看，它是一個存儲器，這個存儲器的速度接近最快的那個存儲器，存儲容量與容量最大的那個存儲器相等，單位容量的價格接近最便宜的那個存儲器。52.參考答案：A[考點]組相聯變換[解析]在全相聯的目錄表法同樣可用于實現組內的全相聯。53.參考答案：(1)要解決訪存的沖突。解決取指和分析中取操作數的訪存沖突。

(2)要解決“分析”與“執行”操作的并行。硬件上應有獨立的指令分析部件和指令執行部件。

(3)要解決“分析”與“執行”操作控制上的同步，在硬件上解決控制上的同步。54.參考答案：(1)字節多路通道適合于連接大量的字符類低速設備。滿負荷時，設備對通道要求的實際流量應是所在各設備的流量之和。

(2)數組多路通道適合于連接高速設備。滿負荷時，設備對通道要求的實際流量應是所在各設備中流量最大的那個。

(3)選擇通道適合于連接高優先級的高速設備。滿負荷時，設備對通道要求的實際流量應是所在各設備中流量最大的那個。55.參考答案：B[考點]計算機系統的分類[解析]計算機系統分成單指令流單數據流SISD、單指令流多數據流SIMD、多指令流單數據流MISD和多指令流多數據流MIMD四大類。56.參考答案：處理機

作業或程序[考點]計算機并行性[解析]從計算機信息加工的步驟和階段的并行性看，并行性等級可分為存儲器操作并行，處理機操作步驟并行，處理機操作并行和作業或程序之間。57.參考答案：C[考點]RISC結構采用的基本技術[解析]在CPU中設置大量工作寄存器并采用重疊寄存器窗口。為減少訪存，盡量讓指令的操作在寄存器之間進行，以提高執行速度，縮短指令周期，簡化尋址方式和指令格式。58.參考答案：應用，系統[考點]虛擬存儲器的應用[解析]虛擬存儲器對應用程序員是透明的，對系統程序員是不透明的。59.參考答案：D[考點]開發并行的途徑[解析]開發并行的途徑主要有3種，分別是時間重疊、資源重復和資源共享。60.參考答案：B[考點]計算機系統的多層次結構[解析]計算機系統結構層次由