南工大系统结构试题库.docx
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南工大系统结构试题库
一、选择题
对系统程序员不透明的应当是。
ACacheB系列机各档不同的数据通路宽度
C指令缓冲器D虚拟存储器
⒉计算机系统结构不包括。
A主存速度B机器工作状态
C信息保护D数据表示
⒊属于计算机系统考虑的是。
A主存采用MOS还是TTLB主存采用多体交叉还是单体结构
C主存的编址方式D主存频宽的确定
⒋从计算机系统结构上来看，机器语言程序员所看到机器属性是。
A计算机软件所要完成的功能B计算机硬件所要完成的功能
C编程要用到的硬件组织D计算机各部件的硬件实现
⒌系列机软件应做到。
A向后兼容，力争向上兼容性B向前兼容，力争向上兼容性
C向后兼容，力争向下兼容性D向前兼容，力争向下兼容性
⒍利用时间重叠概念实现并行处理的是。
A多处理机B相联处理机
C并行（阵列）处理机动性D流水处理机
⒎计算机中优化使用的操作码编码方法是。
A霍夫曼编码BASCII编码
C扩展操作码DBCD码
⒏程序员编程时使用的地址是。
A物理地址B主存地址
C有效地址D逻辑地址
⒐块冲突率最高的cache地址映象方式是。
A组相联B直接相联
C段面相联D全相联
⒑影响流水线最大吞吐率是。
A各个功能段的时间B最快功能段的时间
C最慢功能段的时间D最后一个功能段的时间
⒒非线性流水线是指。
A一次运算中使用流水线中的多功能段
B一次运算中多次使用流水线中的某些多功能段
C流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同
D流水线的各功能段在各种运算中有不同的组合
⒓Cache地址映象中块冲突率最低的是映象是。
A全相联B页相联
C直接相联D组相联
⒔有8个结点的PM2I单级网络的PM2-0（j）=（j-20）mod8=
A（76543210）B（01234567）
C（7531）（6420）D（0246）（1357）
⒕有8个结点的PM2I单级网络的PM2+0（j）=（j+20）mod8=
A（76543210）B（01234567）
C（7531）（6420）D（0246）（1357）
⒖能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属于。
ASIMDBSISD
CMIMDDMISD
⒗下列说法正确的是。
A一次重叠是一次解释一条指令B一次重叠是同时解释相邻两条指令
C流水方式是同时只能解释两条指令D一次重叠是可同时解释多条指令
⒘通道程序执行结束后引起的中断是。
AI/O中断B程序性中断
C内中断D机器校验中断
⒙打印机适合连接在。
A数组多路通道B字节多路通道
C选择通道D任意一种通道
⒚disk适合连接在。
A数组多路通道或选择通道B字节多路通道
C数组多路通道或字节多路通道D任意一种通道
⒛
21.通道程序执行结束后引起的中断是。
A访管中断定BI/O中断
C外中断D程序性中断
22.利用时间重叠概念实现并行处理主是。
A流水处理机动B多处理机
C相联处理机动D并行（阵列）机
23.数据表示是一部分。
A软件的B硬件的
C软硬件交界面的D非软非硬的
24.是促使计算机系统结构发展的最重要的因素
A软件B硬件C固件D器件
25.计算机系统结构研究的范围不包括。
A指令系统的定义B计算机系统性能的评价
C软硬件界面的定义D加法器的结构
26.交换互连网（立方体结构）编号为011的PE的3个相邻PE的编号是。
A001，010，111B100，101，111
C101，110，111D001，101，110
27.交换互连网（立方体结构）编号为000的PE的3个相邻PE的编号是。
A001，010，111B100，101，111
C101，110，111D001，010，100
28.在Cache更新策略中，在Cache不命中时把数据同时写入Cache和MM的策略是
。
A写回法B写直达法（全写法）C按写分配法D不安写分配法
29.在Cache更新策略中，在Cache不命中时把数据从MM调入Cache的策略是
。
A写回法B写直达法（全写法）C按写分配法D不安写分配法
30.相关专用通路。
A解除数据相关性B减少数据相关引起的流水线停顿
C解除控制相关性D不能缓解流水线的相关性问题
31.开发粗粒度并行主要采用。
P184
A硬件手段B软件手段
C软硬件同时并举D指令级并行
32.开发细粒度并行主要采用。
P184
A硬件手段B软件手段
C软硬件同时并举D作业级并行
33.SIMD结构主要实现的是的。
P200
A作业级并行B任务级并行
C指令操作级并行D指令内操作步骤并行
34.MIMD结构主要实现的是的。
P200
A作业级并行B任务级并行
C指令操作级并行D指令内操作步骤并行
35.设计互连网络时应考虑的特征有个。
P190
A4B3C2D1
36.归约机按归约模型可分为。
A数值归约和串归约B串归约和图归约
C数值归约和图归约D指令归约和数值归约
37.模拟是采用解决执行方法。
A纯硬件B以软件为主，硬件为辅
C纯软件D以硬件为主，软件为辅
38.仿真是采用解决执行方法。
A纯硬件B以软件为主，硬件为辅
C纯软件D以硬件为主，软件为辅
39.对Amdahl提出关于计算机系统结构定义中所提到的“程序员”比较一致的看法是。
A机器语言程序员或编译程序员B应用程序员
C高级语言程序员D任何程序员
40.RWC（真实世界计算机）计划的主要研究内容有方面。
A3B4C1D2
41.在程序执行中有个方面因素会引起顺序控制流发生变化。
P72
A1B3C4D2
42依数据令牌的不同数据流计算机可分为两大类。
A数值流和非数值流B静态和动态
C数值流和图流D令牌流和非令牌流
二、填空
⒈程序的局部性包括的局部性和的局部性。
⒉CPU的Channel输入输出指令的基本功能主要是：
，
以及。
⒊虚拟存储器对程序员是透明的，对程序员是不透明
的。
⒋通道按信息传送方式可分为，，三
类通道。
⒌设通道数据传送周期选择一次设备的时间为TS，传送一个字节的时间是TD，则传
送n个字节的选择通道的极限流量是fs.max=。
⒍设通道数据传送周期选择一次设备的时间为TS，传送一个字节的时间是TD，则有
K台I/O设备的成组传送极限流量fB.max=，
⒎在“一次重叠”解释时，第k条指令需等待第k-1条指令执行后才能形成，称此
时发生了相关。
⒏在“一次重叠”解释时，第k条指令的源数据与第k-1条指令的结果数据的地址
一样，称此时发生了相关。
⒐多功能流水线各功能段同时只能按某一种功能联接的称为流水线。
⒑多功能流水线各功能段同时可以按不同的运算或功能联接工作，此流水线称为
流水线。
⒒消除流水线速度瓶颈的方法有和两种方法。
P81
⒓解决重叠和流水线中的操作数相关，不外乎是和两
种方法。
P85
⒔系列机软件兼容必须做到向兼容，尽可能争取向兼
容。
⒕提高计算机系统并行性重叠的主要技术途径有时间重叠、和
。
⒖多处理机可以有同构型、和三种。
⒗多处理机有和两种基本构型。
⒘并行性主要是指和两重含义。
⒙多处理机系统在系统结构上可分为耦合和耦合系
统。
⒚按连接方式分，流水线可分为流水线和流水线。
⒛按功能分类，流水线可分为流水线和流水线。
21.评价存储器性能的基本要求是大容量、和低价格。
22.解决重叠和流水中的操作数相关，有推后法和两种方法。
23.从对执行程序或指令的控制方式上，将计算机系统分为由控制驱动的流
和由数据驱动的流方式，按驱动的归约方式和模式驱动的匹配
方式。
24.流水线按工作方式可分为流水线和流水线。
25.流水线按处理级别可分为操作部件级、级和级三种。
26.根据处理数据令牌的不同，数据流机的基本结构可分为和两大类。
27.一个指令系统的设计主要是确定它的、、操作及对操作数的
访问方式。
28.对实现基本操作来讲，指令系统的不同只是反映在和不一样。
29.指令系统设计原则是应特别注意如何支持、简易地将源程序翻译成
。
30.在指令系统设计时应注意、、、。
31.指令系统结构的分类主要是依据在CPU中以何种存储方式来存放操作数。
按照
这一特征，可将指令系统结构分为型、型、型三类。
32.计算机应用对系统结构不断提出的最基本要求是、和
。
33.在RISC结构中为了减少过程调用中保存现场和建立新现场，以及返回时恢复现场
等辅助操作，通常将全部寄存器分成若干组，称为。
34.对实现基本操作来讲，指令系统的不同只是反映在和。
P42
35.一般指令系统由和两类指令组成。
P42
36.指令系统结构的分类主要是依据在CPU中以何种存储方式来存放操作数。
按照
这一特征，可将指令系统结构分为、和型三类。
P43
37.通用寄存器型指令系统中，按照ALU指令有多少个个操作数需要到存储器中去存取，可以进一步分为、和型三类。
P44
38.阵列机可分为两个基本结构，和。
P185
39.在数据流计算机中信息项以操作包和“数据令牌”形式出现，其中数据包由
，和组成。
P228
40.AI处理的基本要点是基本知识的，和地加以利用。
P242
41.“数据令牌”由和组成。
P228
42.构成函数程序的主要成份是、和。
P235
43.人工智能研究的关键在于和。
P244
44.阵列机通常由一个、N个M个和
一个组成。
P185
45.存储器的命中率是和之比。
P128
46.紧耦合系统按所用处理机类型是否相同，常见的组合可分为
和两种基本构型。
P201
47.在层次存储结构价格体系中命中判断和数据传输对较高层次而言应由实现，对较低层次而言应由实现。
48.依据处理数据令牌的不同，数据流机可分为和两在类。
P232
49.通常流水过程中会出现、和三种相关。
P83
50.数据相关冲突可分为、和三种类型P87
51.I/O控制操作：
包括、。
P158
三、计算
⒈假定要在一个时钟速率为40MHz的标量处理机上执行一个典型测试程序，该程序
中含有4种类型指令，每种指令的条数和每种指令的CPI如下所示：
指令类型
指令数
CPI
ALU
120000
1
Load/Store指令（Cache命中时）
36000
2
转移指令
24000
4
访存指令（Cache不命中时）
20000
8
1计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。
2根据①所得的CPI值，计算相应的MIPS速率。
⒉假定要在一个时钟速率为40MHz的标量处理机上运行具有200000条指令的目标代
码，程序中含有4种类型指令，根据程序实验结果，已知指令混合比和每种指令
的CPI如下所示：
指令类型
混合比
CPI
ALU
60%
1
Load/Store指令（Cache命中时）
18%
2
转移指令
12%
4
访存指令（Cache不命中时）
10%
8
3计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。
4根据①所得的CPI值，计算相应的MIPS速率。
⒊某模拟机有10条机器指令，使用频度分别为：
0.01，0.15，0.12，0.07，0.08，
0.13，0.15，0.03，0.17，，0.09。
⑴写出等长操作码编码的平均码长；
⑵构造霍夫曼树；
⑶写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。
⒋某模拟机有7条机器指令，使用频度分别为：
0.04，0.04，0.05，0.06，0.15，
0.26，0.40。
⑴写出等长操作码编码的平均码长；
⑵构造霍夫曼树；
⑶写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。
⒌有一个具有5个功能段组成的乘、加双功能的静态流水线，“乘”由1→2→3→4
完成，“加”由1→5→4完成，各段时延均为t（见下图），输出可直接返回输入
或存入缓冲存储器。
现计算长度均为8的A、B两个向量对应元素求和的连乘积。
静态双功能流水线图
⑴画出完成此运算的流水线的运行时空图；
⑵完成全部运算需要多少个t？
其效率是多少？
★解：
（共10分，时空图对了给3分。
计算时公式对了而结果错了扣1分，公式错了全扣）
⑴时空图（4分）
⑵（6分，每个答案3分）TP=15/25Δt=3/5ΔtE=（8×3Δt+7×4Δt）/（25×Δt）=52/125=0.416
⒍有一个具有4个功能段组成浮点加的静态流水运算器，各段时延均为t（见下图），
输出可直接返回输入或存入缓冲存储器。
现以下述方式计算
Z=[a+b]+[c+d]+[e+f]+[g+h]
⑴画出完成此运算的流水线的运行时空图；
⑵分析其吞吐率和效率。
⒎采用组相联映象的Cache容量为1KB，要求Cache的每一块能在1个主存周期内
从主存读取。
主存结构是模4交叉，每个分体宽为32位，总容量为256KB。
用按
地址访问访问存储器构成相联目录表实现主存地址到Cache地址的变换，并约定
用4路比较电路。
请设计此相联目录表，求出该表行数、总位数和比较电路的位
数。
⒏对于一个有如下特征的虚拟存储系统：
●40位虚拟地址
●16KB页面
●36位物理地址
1每个进程的页表的总长度是多少？
2假定TLB用两路组相联方式的Cache，块长为8个字（4B），总容量为16KB，写出其地址格式。
⒐假设Cache的工作速度为主存的5倍，且Cache被访问的概率为90%，则采用Cache
后，整个存储系统获得多高的加速成比？
胡越明P103
⒑某字节多路通道欲连接6台外设，其数据传输速率见下表。
而通道选择设备时间
需9.8s，每个字节传送需0.2s，问通道能否胜任所有设备同时工作？
⒒设通道在数据传送期中，选择设备需4.9μs，传送一个字节数据需0.1μs。
1其低速设备每隔250μs发出一个字节数据传送请求，问最多可接多少台这种设
备？
②若有A～E共5种高速设备，要求字节传送的时间时间如表，其时间单位为μs。
若一次通信传送的字节数不少于1024B，问哪些设备可挂在此通道？
⒓如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用向量方式
求解部分所花时间占总的时间的百分比为可向量化百分比。
问为达到加速比为2，
可向量化百分比应是多少？
⒔某系统某一功能改进后其速度是原来的10倍，而该功能的处理时间仅为整个系统
运行时间的40%，则用此增强功能方法后，整个系统的性能提高多少？
⒕设二级虚拟存储器的TV1=10-7s，TV2=10-2s，若要求访问时间TV达到1ms，问访问
一级存储器的命中率应是多少？
⒖设Cache块为16字，对于下列2种MM结构：
⑴如果MM的访问延时为4个时钟周期，访存地址和1个字的传输时间各为1时钟个周期，数据传输后还需1个周期的恢复时间，问这两种MM结构在Cache访问失效时的块访问时间各是多少？
⑵假设Cache命中时的指令平均执行时间为1.2周期，平均每条指令访存时间为1.5次，Cache的命中命中率为99%，问这两种MM结构中指令的平均执行时间。
⒗设1个任务的处理时间为64s，CPU在这段时间内始终忙于处理，I/O处理时间为
36s。
为了提高系统性能，有两种方案：
使CPU的速度增加1倍，或者使CPU和
I/O的处理速度同时增加1倍。
计算这两种情况下的处理时间。
⒘设16个处理器编号分别为0，1，…，15。
采用单级互网互连，当互连函数分别为⑴Cube3
⑵PM2-3
⑶Shuffle
⑷Btterfly
⑸Exchange
时第11号处理器各与哪一个处理器相连。
⒙设16个处理器编号分别为0，1，…，15。
采用单级互网互连，当互连函数分别为⑴Cube3
⑵PM2-3
⑶Shuffle
⑷Btterfly
⑸Exchange
时第9号处理器各与哪一个处理器相连。
⒚某模拟机有7条机器指令，使用频度分别为：
0.01，0.01，0.03，0.05，0.15，
0.30，0.45。
⑴写出等长操作码编码的平均码长；
⑵构造霍夫曼树；
⑶写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。
⒛某模拟机有10条机器指令，使用频度分别为：
I1：
0.2，I2：
0.12，I3：
0.11，I4：
0.05，
I5：
0.08，I6：
0.03，I7：
0.02，I8：
0.18，I9：
0.10，I10：
0.01。
⑴写出等长操作码编码的平均码长；
⑵构造霍夫曼树；
⑶写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。
胡越民书P123
21.某模拟机有10条机器指令，使用频度分别为：
I1：
0.2，I2：
0.12，I3：
0.11，I4：
0.05，
I5：
0.08，I6：
0.03，I7：
0.02，I8：
0.18，I9：
0.10，I10：
0.01。
⑴写出等长操作码编码的平均码长；
⑵构造霍夫曼树；
⑶写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。
22.假定要在一个时钟速率为40MHz的标量处理机上执行一个典型测试程序，该程序
中含有4种类型指令，每种指令的条数和每种指令的CPI如下所示：
指令类型
指令数
CPI
ALU
45000
1
Load/Store指令（Cache命中时）
32000
2
转移指令
15000
2
访存指令（Cache不命中时）
8000
2
⑴计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。
⑵根据①所得的CPI值，计算相应的MIPS速率。
⑶计算总的CPU执行时间TCPU。
23.某模拟机有9条机器指令，使用频度分别为：
I1：
0.3，I2：
0.24，I3：
0.06，I4：
0.07，
I5：
0.07，I6：
0.02，I7：
0.03，I8：
0.2，I9：
0.01
⑴写出等长操作码编码的平均码长；
⑵构造霍夫曼树；
⑶写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。
24.一台流水计算机A的工作频率为25MHz，平均CPI为4。
计算机B是A的改进型，
有一条5段的线性指令流水线，时钟频率为20MHz。
问：
⑴若在A和B两台计算机上执行含有100条指令的程序，则计算机B对A的加速
比是多少？
⑵在执行上述程序时，计算机A和B的MIPS速率各是多少？
25.某单功能非线性流水线的预约表如下：
1
2
3
4
5
6
7
S1
*
*
S2
*
S3
*
S4
*
*
*
⑴写出禁止表F和冲突向量C。
⑵画出该流水线状态图，确定其最佳调度方案和最小平均流水速率。
⑶计算按此流水线调度方案执行8个任务所需的时间。
⑷计算按此流水线在执行8个任务时的吞吐率、加速比和利用率。
胡越明书P229
26.某单功能非线性流水线的预约表如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
S1
*
*
S2
*
*
*
S3
*
S4
*
*
S5
*
*
⑴写出禁止表F和冲突向量C。
⑵画出该流水线状态图，确定其最佳调度方案和最小平均流水速率。
⑶计算按此流水线调度方案执行8个任务所需的时间。
⑷计算按此流水线在执行8个任务时的吞吐率、加速比和利用率。
27.假定要在一个时钟速率为40MHz的标量处理机上运行具有200000条指令的目标
代码，程序中含有4种类型指令，根据程序实验结果，已知指令混合比和每种指
令的CPI如下所示：
指令类型
混合比
CPI
ALU
43%
1
Load/Store指令（Cache命中时）
21%
2
转移指令
24%
2
访存指令（Cache不命中时）
12%
2
①计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。
2根据①所得的CPI值，计算相应的MIPS速率。
28某台计算机只有Load/Store指令能对MM进行读/写操作,其他指令只能对寄存器
进行操作。
根据实验的结果，已知每种指令所占的比例和CPI如下表所示：
指令类型
混合比
CPI
ALU
43%
1
Load/Store指令（Cache命中时）
21%
2
转移指令
24%
2
访存指令（Cache不命中时）
12%
2
1计算上述情况的平均CPI。
2假设程序由M条指令组成，算术逻辑运算中，25%的指令两个操作数中的一个已在寄存器中，另一个必须在算术逻辑指令执行前用Load指令从MM中读取到寄存器中。
因此，有人建议增加另一种算术逻辑指令，其特点是一个操作数取自寄存器中，另一个操作数取自MM，即寄存器-存储器型。
做假设这种指令的CPI等于2，同时转移指令的CPI变为3。
求新指令系统的平均CPI。
胡越明P22
29.某计算机字长32位，包含两个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接2
台磁盘机和2台磁带机，多路通道上连接2台行式打印机、两2台读卡机和10台
终端。
假定各设备传输速率如下：
磁盘机：
800KBps
磁带机：
200KBps
行打机：
6.6KBps
读卡机：
1.2KBps
终端：
1KBps
求该计算机系统的最大I/O数据传输速率。
张春元P170
30.一个字节多路通道连接有5台设备，它们的数据传输率如下表：
设备名称
D1
D2
D3
D4
D5
数据传输速率（KB/s）
100
33.3
33.3
20
10
⑴计算这个字节多路通道的实际工作流量。
⑵为了
升级会员 