絕密★啟用前2020年10月高等教育自學考試全國統一命題考試計算機系統結構（課程代碼02325）注意事項：本試卷分為兩部分，第一部分為選擇題，第二部分為非選擇題。應考者必須按試題順序在答題卡（紙）指定位置上作答，答在試卷上無效。涂寫部分、畫圖部分必須使用2B鉛筆，書寫部分必須使用黑色字跡簽字筆。第一部分選擇題一、單項選擇題：本大題共10小題，每小題1分，共10分。在每小題列出的備選項中只有一項是最符合題目要求的，請將其選出。1.在多用戶機器中，應用程序員不能使用的指令是A.“訪管”指令 ,? B.“訪存”指令C.“啟動I/O”指令 D.一、單項選擇題：本大題共10小題，每小題1分，共10分。在每小題列出的備選項中只有一項是最符合題目要求的，請將其選出。1.在多用戶機器中，應用程序員不能使用的指令是A.“訪管”指令 ,? B.“訪存”指令C.“啟動I/O”指令 D.“算術運算”指令浮點數機器字長和尾數位數一定時，如果尾數基值砧增大，則運算中的精度損失和表示的精度分別會A.減少和降低B.増大和提髙機器指令執行結果出現異常引起的中斷是A.機器校驗中斷 B.I/O中斷與虛擬存儲器的等效訪問速度矛:*的是A.主存的容量 B.頁而錮拉流2.3.4.6.7.C.增大和降低D.減少和提髙C.程序性中斷G.頁面調度策略“一次重疊”中消除“指令相關”，下列方法中最佳的是A.不準在程序執行過程中修改指令C.推后下一條指令的執彳亍程序在主存中的定位技術不但輯A.靜態再定位C.虛實地址映像表D.外中斷D-輔存的容址B.増設相關專用通路D.推后下一條指令的分析B.動態再定位

D.自動再定位現有0~15編號的16個處理器釆用PM2.3單級網絡互連，則與13號處理器相連的處理器編號是A.IB.5C.7D.14下列關于多處理機系統的任務粒度描述，不正確的是任務粒度的大小,會顯著影響多處理機宙衫値和效率任務粒度過小，系統的并行度會提高,則性能會提高任務粒度過小，系統的輔助開銷增大,則性能會下降任務粒度過大，系統的并行度會降低,則性能會下降下列關于數據流計算機的描述不疋噸的是A.數據流計算機的主要目的是丹亍畦高對操作級并行的開發水平B-數據流計算機擅長處理具冇很強數據相關R并行性不高的任務數據流計算機需要花費較多的輔助開銷和存儲空間用于數據建立、識別和處理標記數據流計算機對標量運算非常有利，而對數組、遞歸及其他高級操作較難管理能夠被硬件識別并執行的程序是A.微指令程序 B.高級語言程序C.匯編語言程序 D.人工智能語言程序第二部分非選擇題二、 填空題：本大題共10小題，每小題2分，共20分。1L計算機系統設計的主要任務包括?系統結構、 和 的設計。12.從多級層次結構出發，計算機系統設計的方法包括“ ”設計、" ”設計和“從中間開始向兩邊”設計。根據信息傳送方式的不同，通道可分為 通道、 通道和選擇通道。14.當Cache塊失效，將主存塊裝入Cache又出現Cache塊沖突時.Cache存儲器采用的替換算法有 法或 算法。15.部件內部的各個處理子部件之間的流水稱為 ，而處理機的各部件之間的流水則稱為 0中斷響應次序是用 硬件實現，中斷處理次序可以通過設置的 寄存器的值加以改變。交換開關的連接方式包括 、上播和下播。標扯流水線處理機解決全局相關問題的方法包括 加快和提前形成條件碼、 和加快短循環程庁的處理。對稱多處理機的各個處理器的地位是均等的，"以同等地訪問 、 和運行操作系統。 超標蛍處理機是利用 ，設置多個執行部件寄存器堆端口，而超流水線處 理機則是側重開發 ，在公共的便件上采用較短的時鐘周期來提高速度。三、 簡答題：本大題共5小題，每小題6分，共30分。簡述總線控制的三種方式及各需要增加用于總線控制的控制線根數。簡述提出虛擬存儲器的原因并根據存儲映像算法的不同寫出虛擬存儲器主要的三種存儲管理方式。簡述陣列處理機與流水線處理機的區別。簡述設計RISC計算機的基本技術c簡述多處理機的概念并根據硬件構形不同寫出多處理機的兩種類型”四、 簡單應用題：本大題共2小題，毎小題10分，共20分。有一個由Cache和主存組成的兩級存儲系統：主存的容量為100MB,訪問時間為200ns,主存每MB的價格為1元;Cache的容量為4MB,訪問時間為10ns,Cache每MB的價格為50元。該系統運行某程序,在一段時間內，訪問Cache的次數為1980次，訪問主存的次數為20次。要求：計算該存儲系統每MB的平均價格。計算系統運行該程序時Cache的命中率。計算該存儲系統的平均訪問時間。計算該存儲系統的訪問效率。實現8個處理単元互連的PM2I單級網絡,要求：寫出所有單級PM2T互連函數的一般式。5號處理單元用PM2I單級網絡可將數據直接傳送到哪些處理單元上？該PM2I單級網絡中兩個處理單元的最大距離是多少？五、 綜合應用題：本大題共2小題，每小題10分.共20分。設有如下匕，優的累加和程序段：K】=虬+化k3=k3+k4K5=K5+K6Ki=K】+K3虬=K】+K試用FORKJOIN語句將其改寫成可在多處理機上并行執行的程序。畫出該程序在2臺處理機的系統上運行的時間關系示意圖。有一個5段的單功能非線性流水線，各段執行時間均為At,需經7At才能完成一個任務,其預約表如題29表所示：分別寫出延遲禁止表F、初始沖突向童C。畫出流水線狀態轉移圖。(3)求出最小平均延遲及其調度時的最佳方案o題29表時間功能濟、I2341567S1VVS2VVS3VVS4VVS5VV設某計算機系統配有四臺性能相同的彩色顯示器、一臺激光打印機和一臺彩色繪圖儀，則系統為此配置的驅動程序數是A.I B.2C.3 D.6第二部分非選擇題二、 填空題：本大題共10小題，每小題2分，共20分。單道批處理操作系統的特點包括： 、 和單道性。進程的基本狀態有 、執行態和就緒態等三種。某時刻3個生產者和5個消費者同時使用管程PC,則此時該管程中有 個活躍進程。在對稱多處理器系統中，進程到處理器的分配通常有兩種方式，第一種分配方式是 ,第二種分配方式是 ,其中采用第二種分配方式時，進程在運行過程中可以在不同的處理器之間切換。虛擬存儲系統中，當訪問內存而發現所需要的內容不在內存時， 機構會產生信號，CPU則中斷當前控制流的執行，然后逬行相應的處理，完成諳求調頁。系統中進程數量太多，每個進程能分配的頁框太少，進程運行過程中頻繁請求調頁，這種現象稱為 。假設系統中有3個空閑區，各自的空閑分區號、起始地址、大小分別為：1,20KB,150KB;2,250KB,120KB;3,420KB,50KB?，F有作業A要求100KB,采用最佳適應算法，那么從分區號 中分配空間給作業A,分配后剰下的空闈分區數為 o 釆用二級分頁的存儲管理系統中，若邏輯地址用32位表示，其中高10位表示頁目錄號，中間L0位表示頁號，低12位表示頁內偏移,那么邏輯分頁大小為 ,一個進程的邏輯地址空間大小最大為 。文件類型中的正規文件包含用戶信息，一般分為 件和 件。采用中斷控制的工作方式，可以提高CPU的 和 。三、 簡答題：本大題共5小題，每小題4分，共20分。列出線程控制的四項基本操作功能。寫出松弛度的概念及其公式，簡述最低松弛度優先調度算法的實現方法。什么叫程序裝入的重定位？從是否需要硬件支持，以及各自物理地址的計算方法角度比較靜態重定位和動態重定位的區別。使用文件系統時，通常要進行CLOSE操作，這樣做的目的是什么?什么是設備獨立性，弓|入設備獨立性的好處有哪些？四、綜合題：本大題共4小題，每小題10分，共40分。某直播網站，聲卡采集一段聲音到緩存區中，攝像頭采集一段視頻放到緩存區中，音頻廣播模塊負責將緩存區中的音頻廣播到網絡上，視頻廣播模塊負責將緩存區中的視頻廣播到網絡上。該網站中只有一個緩存區，某時刻只能存一段音頻或一段視頻數據。用記錄型信號量機制實現它們之間的同步機制。其中putinbuffer()?數用于將數據放到緩存區中，fetcbfrombuffer()g數用于從緩存區中取出數據。下面給出部分代碼，在答題卡中填寫(1)~(10)空白處的代碼。注：每空一條語句代碼。structsemaphorebufmtx,anum,vnum;//分別表示緩存區存取互斥量、緩存區中音頻數據段數、緩存區中視頻數據段數的信號量bufhitx.value=l;⑴ ；(2) ;voidaudiocollect()(//咅頻釆集iwhile(true)collectaudioQ；〃采集音頻敬據⑶putinbuffer();⑷—.//把音頻放到緩沖區.}voidvideocollectO〃視頻采集(while(true)collectvideo();//采集視頻數據(5) ;

putinbufferO；//(6)把視頻放到緩沖區}}voidaudiobroadcastQ//音頻廣播while(true)(7)fetchfrombufiferO;⑻putinbufferO；//(6)把視頻放到緩沖區}}voidaudiobroadcastQ//音頻廣播while(true)(7)fetchfrombufiferO;⑻sendaudioQ；//把緩沖區中的音頻取出〃將數據以音頻格式廣播到網上}voidvideobroadcastO//視頻廣播while(true)(9)//把緩沖區中的視頻取出//將數據以視頻格式廣播到網上fetchfrombufferO；//把緩沖區中的視頻取出//將數據以視頻格式廣播到網上(10)sendvideoO；)}有5個進程，它們進入系統時間、優先數（優先數小者優先級高）以及需要的運行時間如題37表所示：題37表進程名P1P2P3P4P5到這時問02345優先數43521運行時間43561當系統分別采用短進程優先調度算法、優先權調度算法時，試寫出進程的執行順序,并計算各個進程的周轉時間以及平均周轉時間。某頁式虛擬存儲管理系統中，頁面大小為1KB,某進程共4頁，只分配3個內存頁框，并按照下列地址順序引用內存單元：3635、1584、3892、2140、3632、1100、3640、0040、2148、1700、2145、3209、1002、1110(均為十進制數),而進程剛開始運行時內存中尚未裝入任何頁。根據上述地址，寫出進程的頁面走向。如果某時刻進程第1、2、3頁分別被分配到內存第4、6、7個頁框中，將邏輯地址2140轉換成物理地址。釆用FIFO算法時，缺頁次數是多少？采用LRU算法時，缺頁次數是多少？若某磁盤共有200個磁道，編號為0-199。如果磁頭當前正在96磁道處服務，向磁道號加方向訪問，則對于請求隊列:175、52、157、36、159、106、108、72,求在下列磁盤調度算法下的服務順序和磁頭平均尋道長度。(計算結果保留2位小數)先來先服務算法(FCFS);最短尋道時間優先算法(SSTF)。絕密★啟用前2020年10月高等教育自學考試全國統一命題考試計算機系統結構試題答案及評分參考（課程代碼02325）一、 單項選擇題：本大題共10小題，每小題1分，共10分。C 2.A3.C 4.D5.A 6.D 7.B 8.B 9.B 10. A二、 填空題：本大題共10小題，每小題2分，共20分。組成，實現（順序可更改）由上而下（或由頂向底），由下而上（或由底向頂）（順序可更改）字節多路，數組多路（順序可更改）FIFO（先進先出），LRU（或近期最少使用）（順序可更改）部件級流水,處理機級流水排隊器，中斷級屏蔽位直連，交換（順序可更改）猜測法，延遲轉移（順序可更改）共享存儲器,1/0設備（順序可更改）資源重復，時間并行性三、 簡答題：本大題共5小題，每小題6分，共30分。總線控制的三種方式有串行鏈接，（1分）定時查詢（1分）和獨立請求（1分）串行鏈接需增加3根控制線；（1分）定時查詢需增加2+[1。早2暈]根控制線；（1分）獨立請求需增加2N+1根控制線。（1分）虛擬存儲器是因主存容量滿足不了要求而提出來的。（3分）根據存儲映象算法的不同，主要可分為段式管理,（1分）頁式管理（1分）和段頁式管理。（1分）（1）陣列處理機利用的是資源重復，流水線處理機利用的是時間重疊；（2分）（2） 陣列處理機利用的是并行性中的同時性，流水線處理機利用的是并行性中的并發性;（2分）（3） 陣列處理機使用簡單、規整的互連網絡來確定處理單元之間的連接，流水線處理機的功能部件一般比較固定。（2分）（1）按照設計RISC的一般原則來設計;（1分）（2） 邏輯實現上采用硬聯和微程序結合；（1分）（3） 在CPU中設置大量工作寄存器并采用重疊寄存器窗口；（1分）（4） 指令采用流水和延遲轉移；（1分）（5） 采用Cache分別存放指令和數據；（1分）計算機系統結構試題答案及評分參考第1頁（共3頁）計算機系統結構試題答案及評分參考第計算機系統結構試題答案及評分參考第#頁（共3頁）（6）優化設計編譯系統。（1分）多處理機是指有兩臺以上的處理機，（1分）共享隕轅韻子系統，（1分）機間經共享主存或高速通信網絡通信,（1分）在統一操作系統控制下,協同求解大而復雜問題的計算機系統。（1分）根據硬件構形不同,多處理機可分緊耦合（1分）和松耦合（1分）兩種。四、 簡單應用題：本大題共2小題，每小題10分，共20分。解:主存容量雜皂=100MB,主存訪問時間栽皂=200ns,單位價格悅皂=1元/MB,訪問主存的次數Nm=20（1分）Cache容量S糟=4MB,Cache訪問時間T糟=10ns，單位價格C糟=50元/MB,訪問Cache的次數N糟=1980（1分）（1） 每MB的平均價格悅粵=Cm雜垣雜雜=】伊盟垣緣源伊4=104抑2.88元（2分）（2） 命中率H=—暈一=—堡園一=99%（2分）'丿叩丁乎 Nc+Nm1980+20v刀丿（3） 平均訪問時間Ta=HT糟+（1-H）Tm=0.99*10+0.01*200=11.9ns（2分）（4） 訪問效率e=Tc/TA=10/11.9抑84%（2分）解：（1）該PM2I單級網絡共有5種不同的互連函數。PM2+0（j）=j+1mo