计算机系统结构.docx
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计算机系统结构
2009年4月高等教育自学考试全国统一命题考试
计算机系统结构试题
课程代码：
02325
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的。
请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.下列对系统程序员不透明的是（）
A.乘法器B.先行进位链
C.指令缓冲器D.条件码寄存器
2.“从中间开始”设计的“中间”目前多数是在（）
A.微程序机器级与汇编语言机器级之间
B.操作系统机器级与汇编语言机器级之间
C.传统机器语言机器级与微程序机器级之间
D.传统机器语言机器级与操作系统机器级之间
3.计算机中优化使用的操作码编码方法是（）
A.BCD码B.ASCⅡ码
C.扩展操作码D.哈夫曼编码
4.通道程序执行结束后引起的中断是（）
A.外中断B.I／O中断
C.程序性中断D.机器校验中断
5.下列说法正确的是（）
A.Cache容量一般不大，命中率不会很高
B.Cache本身速度很快，但地址变换速度很慢
C.Cache芯片速度一般比CPU的速度慢数十倍
D.Cache存贮器查映象表和访问物理Cache其间可以流水，使速度与CPU匹配
6.与虚拟存贮器的等效访问速度无关的是（）
A.页地址流B.页表法映象
C.段页表映象D.组相联映象
7.“一次重叠”中消除“指令相关”最好的方法是（）
A.不准修改指令B.设相关专用通路
C.推后分析下条指令D.推后执行下条指令
8.下列CRAY-1的两条向量指令的执行方式，叙述正确的是（）
V1←V2+V3
V4←V1*V5
A.有源Vi冲突，只能串行
B.没有源Vi冲突，可以交换执行顺序
C.没有功能部件冲突，有Vi冲突，但可以链接
D.没有功能部件冲突和源Vi冲突，可以并行
9.ILLIACIV是一种（）
A.多处理机B.阵列处理机
C.流水线处理机D.指令重叠处理机
10.在多处理机上，两个程序段既能顺序串行、交换串行，又能并行，则这两个程序段之间必须是（）
A.只有数据相关B.只有源数据相关
C.只有数据反相关D.只有数据输出相关
二、填空题（本大题共20空，每空1分，共20分）
请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均无分。
11.器件的发展是系统结构和组成技术发展的关键因素。
同一型号机器一般是先用_______或现场片实现，等机器成熟取得用户信任后，再改用______________实现。
12.提高计算机系统并行性的主要技术途径有时间重叠、_______和______。
13.自定义数据表示又分为带_______表示和_______两类。
14.尽管中断响应次序由硬件排队器固定好，但中断实际处理完的次序是可以通过_______修改各中断级处理程序的_______位，而动态改变。
15.程序在空间上的局部性主要是因为程序通常是_______地存贮和_______执行。
16.页式虚拟存贮器把_______空间和_______空间都机械等分成相同大小的页面。
17.按多功能流水线的各段能否允许同时用于多种不同功能联接流水，可把流水线分为_______流水线和_______流水线。
18.推后“分析k+1”和设置“_______”是解决重叠方式相关处理的两种基本方法。
前者是以_______为代价，使设备基本上不增加。
19.N个结点的PM2I单级网络的最短距离为_______。
20.在多处理机上，有效计算的执行时间E与处理机机间的通讯辅助开销时间C的比值较小时，任务宜采用_______粒度。
21.智能机是具有智能的高性能计算机，有三个重要的组成部分，分别为______、_______和智能接口处理机。
三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）
22.设计指令系统时，以乘法运算为例，简述系统结构设计、计算机组成设计、计算机实现各应考虑的问题。
23.简述设计RISC的一般原则。
24.CPU写Cache时，会发生Cache与主存的对应内容不一致的现象，简述解决这个问题的两种方法及各需要增加什么开销。
25.简述在流水机器中全局性相关的概念及处理全局性相关的方法。
26.简述全排列网络的概念及实现全排列网络的两种方法。
四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
27.浮点数表示,阶码用二进制表示,除阶符之外的阶码位数p=3,尾数基值用十进制表示,除尾符外的尾数二进制位数m=8,计算非负阶、规格化、正尾数时，
（1）可表示的最小尾数值；
（2）可表示的最大值；
（3）可表示的尾数个数。
28.有一个虚拟存贮器，主存有0～3四页位置，程序有0～7八个虚页，采用全相联映象和FIFO替换算法。
给出如下程序页地址流；2，3，5，2，4，0，1，2，4，6。
（1）假设程序的2，3，5页已先后装入主存的第3、2、0页位置，请画出上述页地址流工作过程中，主存各页位置上所装程序各页页号的变化过程图，标出命中时刻。
（2）求出此期间虚存总的命中率H。
五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
29.在多处理机上求解
x=a（b+c（d+e））+f（g+h·1）
利用减少树高来尽可能加快运算速度。
（1）画出在3台处理机上并行运算的树形流程图。
（2）当p=3时，求运算级数Tp，单处理机串行级数T1，加速比SP和效率EP的值。
30.有一个3段的单功能非线性流水线，预约表如下表所示。
（1）写出冲突向量，画冲突向量状态转移图并确定最佳调度方案。
（2）按最佳调度方案输入5个任务，画出流水的时空图，求出此时的吞吐率和效率。
时钟
段号
t1
t2
t3
t4
S1
√
√
S2
√
√
S3
√
2009年7月高等教育自学考试全国统一命题考试
计算机系统结构试题
课程代码：
02325
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.机器语言程序员看到的机器属性是（）
A.计算机软件所要完成的功能B.计算机硬件的全部组成
C.编程要用到的硬件组织D.计算机各部件的硬件实现
2.数据表示的含义是（）
A.数据所采用的数制和码制B.数据类型
C.浮点数的表示方式D.硬件能直接识别的数据类型
3.RISC执行程序的速度优于CISC的原因是（）
A.RISC的指令系统的指令数较少
B.程序在RISC上编译的目标程序较短
C.RISC的指令平均周期数较少
D.RISC只允许Load指令和Store指令访存
4.在配有通道的计算机系统中，用户程序需要输出时，引起的中断是（）
A.访管中断B.I/O中断
C.程序性中断D.外部中断
5.能实现指令、程序、任务级并行的计算机系统属于（）
A.SISDB.SIMD
C.MISDD.MIMD
6.采用Cache存储器主要是为了（）
A.扩大存储系统的容量
B.提高存储系统的速度
C.扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度
D.便于程序的访存操作
7.指令流水线属于（）
A.操作流水线B.部件级流水线
C.处理机级流水线D.系统级流水线
8.下列不属于向量处理方式的是（）
A.横向处理B.纵向处理
C.分组纵横处理D.超标量处理
9.下列浮点数尾数的下溢处理方法，相对较好的是（）
A.舍入法B.截断法
C.恒置“1”法D.查表法
10.下列关于数据流计算机的描述，错误的是（）
A.数据流计算机不是VonNeumann型计算机
B.数据流计算机不保存数组
C.数据流计算机采用数据驱动，执行的操作取决于输入数据的可用性
D.数据流计算机采用需求驱动，执行的操作取决于对数据的需求
二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均无分。
11.实现程序移植的主要途径有统一高级语言、系列机、___________和___________。
12.按指令中包含的地址码的个数来分，指令可分为一地址指令、二地址指令、___________和___________。
13.在可表示浮点数的正数区间，规格化浮点数的最大正数值由___________的最大正数值与___________的最大正数值组合而成。
14.在程序控制输入输出方式中，由___________执行___________程序来完成输入输出工作。
15.在通道型I/O系统中，I/O系统的最大流量是___________，I/O系统的实际流量是___________。
16.二级存储系统的等效访问速度接近于第一存储器访问速度的依据是程序的局部性，它包括___________和___________两个方面。
17.异步流动流水线会出现顺序流动流水线不可能发生的___________相关和___________相关。
18.根据存储器的组织形式，并行处理机有两种类型的基本结构，分别是___________和___________。
19.多处理机机间互连一般采用___________、___________、交叉开关形式和多端口存储器形式等。
20.在智能机中，___________、___________和智能接口处理机是必不可少的3个重要组成部分。
三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）
21.简述计算机系统Flynn分类法的分类角度及类别，并说明各类别的特征。
22.简述脉动阵列结构的特点。
23.简述中断响应和中断处理的软硬件功能是怎样进行分配的，并说明依据。
24.设指令由取指、分析、执行和存结果四个子部件组成，每个子部件经过时间为△t，连续执行12条指令。
画出在度m为3的超标量处理机上工作的时空图。
25.画出具有集中式共享存储器的阵列处理机的基本构形。
四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
26.有一条4段（S1~S4）组成的数据处理流水线如下图所示：
其中，S1、S2和S3的执行时间为△t，S4的执行时间为3△t
（1）画出连续处理4个数据的处理过程的时空图，并求出流水线的实际吞吐率和效率。
（2）采用瓶颈段细分方法对瓶颈段S4进行改造，画出改造后的流水线和连续处理4个数据的时空图，并求出流水线的实际吞吐率和效率。
27.在多处理机上求表达式E=a+bx+cx2+dx3,利用减少树高来尽可能加快运算速度。
（1）画出在3台处理机上并行运算的树形流程图。
（2）P=3时，求运算级数TP、单处理机级数T1、加速比SP和效率EP。
五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
28.有一个Cache存储器，主存有8块（0~7），Cache有4块（0~3），采用组相联映象，组内块数为2块。
采用LRU替换算法。
（1）画出主存地址和Cache地址的格式，并指出各字段的长度。
（2）某程序运行过程中，访问的主存地址流为：
1，2，4，1，3，7，0，1，2，5，4，6，4，7，2，说明该程序访存对Cache的块位置的使用情况，并计算Cache命中率。
29.设有一个4级立方体网络，从网络输入端到输出端的开关级依序为K0、K1、K2和K3，
网络输入端和输出端的编号均为0~15。
（1）写出4组4元交换+1组16元交换的变换图像。
（2）写出网络的互连函数和级控制信号。
2010年4月高等教育自学考试全国统一命题考试
计算机系统结构试题
课程代码：
02325
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分,共10分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均不得分。
1．在计算机系统结构设计中，提高软件功能实现的比例可（）
A．提高解题速度B．减少需要的存储器容量
C．提高系统的灵活性D．提高系统的性能价格比
2．浮点数表示的尾数的基rm=16，尾数长度p=8，可表示的规格化最大正尾数的值是（）
A．1／256B．1／2
C．15／16D．255／256
3．下列数据存储空间为隐含寻址方式的是（）
A．CPU中的通用寄存器B．主存储器
C．I／O接口中的寄存器D．堆栈
4．当计算机系统执行通道程序完成输入输出工作时，执行通道程序的是（）
A．CPUB．通道
C．CPU和通道D．指定的外设
5．下列有关中断的叙述正确的是（）
A．中断响应的次序是由硬件决定的B．中断处理的次序是由硬件决定的
C．中断处理的次序是不可改的D．中断响应的次序是可灵活改变的
6．与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（）
A．访存页地址流B．页面替换算法
C．主存的容量D．辅存的容量
7．非线性流水线的特征是（）
A．一次运算中使用流水线中的多个功能段
B．一次运算中多次使用流水线中的某些功能段
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不同的运算中可以有不同的连接
8．属于集中式共享存储器结构的SIMD计算机是（）
A．ILLIACIVB．BSP
C．CM-2D．MP-1
9．指令执行结果出现异常而引起的中断是（）
A．程序性中断B．I／O中断
C．机器校验中断D．外部中断
10．下列关于脉动阵列机的描述，错误的是（）
A．脉动阵列机是由一组内部结构相同的处理单元构成的阵列
B．脉动阵列机结构简单、规整，模块化强，可扩充性好
C．脉动阵列机不适用于要求计算量大的信号／图像的处理
D．脉动阵列机各PE间数据通信距离短、规则，使数据流和控制流的设计、同步控制等均简单、规整
二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均不得分。
11．使用多处理机的主要目的是用多个处理机__________执行多个任务来提高__________。
12．指令的操作码优化编码方法有__________和__________。
13．在可表示浮点数的负数区间，规格化浮点数的最大负数值由尾数的__________与阶码的__________组合而成。
14．输入输出系统的发展经历了三个阶段，对应于三种方式，即__________、直接存储器
访问（DMA）及__________方式。
15．若TS是通道的设备选择时间，TD是通道传送一个字节数据的传送时间，P为通道连接的外设台数，n为每台外设需要传送的字节数，那么，字节多路通道完成数据传送的时间Tbyte=__________，选择通道完成数据传送的时间Tselect=__________。
16．Cache存储器系统是由__________和__________构成的二级存储系统。
17．解释一条机器指令的微操作可归并成取指令、__________和__________三个部分。
18．分布式存储器结构的并行处理机的每个处理单元PE都有自己的__________存储器，只能被__________直接访问。
19．程序员编程用的地址是__________，主存物理地址是程序在主存中的__________。
20．根据对数据令牌处理方式的不同，可以把数据流计算机的结构分成______________和__________两类。
三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）
21．简述实现软件移植的统一高级语言途径存在的问题。
22．简述设计RISC结构采用的基本技术。
23．设某系统的中断源的中断请求优先级分为4级，从高到低为l、2、3、4。
设中断级屏蔽位为“1”，对应屏蔽；中断级屏蔽位为“0”，对应开放。
要求中断处理次序与中断响应次序相同，请给出各级中断处理程序中断级屏蔽位的设置。
（要求：
先进行文字说明，再画出中断级屏蔽位表）
24．设指令由取指、分析、执行和存结果四个子部件组成，每个子部件经过时间为
t，连续执行12条指令。
画出在度m为3的超流水线处理机上工作的时空图。
25．画出ILLIACIV处理单元的互连结构，用PUi表示第i个处理单元（i=0，l，…，63）。
四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
26．设有一条3段流水线，各段执行时间依次为△t、3△t和△t。
（1）分别计算连续输入3条指令和连续输入30条指令时的实际吞吐率和效率。
（2）将瓶颈段细分为3个独立段，各子段执行时间均为At，分别计算改进后的流水线连续输入3条指令和连续输入30条指令时的实际吞吐率和效率。
（3）比较
（1）和
（2）的结果，给出结论。
27．在多处理机上，给定表达式为：
E=a（b+c（d+e（f+gh））），利用减少树高来尽可能加快运算速度，求
（1）画出在3台处理机上并行运算的树形流程图。
（2）当处理机数P=3时，确定运算级数Tp、单处理机级数T1、加速比SP和效率EP的值。
五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
28．一个由高速缓冲存储器与主存储器组成的二级存储系统，已知主存容量为1M字，高速缓存容量为32K字。
采用组相联地址映象与变换，缓存共分8组，主存与缓存的块的大小均为64字。
（1）画出主存与缓存的地址格式，说明各字段名称与位数。
（2）假设缓存的存取周期为20ns，命中率为0.95，采用缓存后的加速比要达到10，计算主存的存取周期。
29．具有N=2n个输入端的omega网络，采用单元控制。
（1）N个输出端总共有多少种不同的排序?
以N=3为例说明。
（2）限定只能用omega网络一次，可以实现多少种输入端与输出端不发生冲突的不同置换连接?
（3）N=8时，计算omega网络只使用一次能实现的置换连接数占全部可能的置换连接数的百分比。
2010年7月高等教育自学考试全国统一命题考试
计算机系统结构试题
课程代码：
02325
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均不得分。
1.指令系统的确定属于（）
A.计算机系统结构B.计算机组成
C.计算机实现D.计算机应用
2.对系统程序员不透明的是（）
A.系列机各档不同的数据通路宽度B.Cache存储器
C.程序状态字D.指令缓冲寄存器
3.按弗林（Flynn）提出的计算机系统分类方法，多处理机属于（）
A.SISDB.SIMD
C.MISDD.MIMD
4.在多数机器中，浮点数的阶码采用的进制是（）
A.二进制B.八进制
C.十进制D.十六进制
5.非专用总线的总线控制方式采用集中式独立请求方式，则每增加一个部件需增加的控制线数量是（）
A.1B.2
C.4D.8
6.以下替换算法中，不属于堆栈型替换算法的是（）
A.先进先出算法B.近期最少使用算法
C.近期最久未用过算法D.优化替换算法
7.指令间“一次重叠”是指（）
A.任何时候只是“取指k+1”与“分析k”重叠
B.任何时候只是“分析k+1”与“执行k”重叠
C.“取指k+2”、“分析k+1”与“执行k”重叠
D.若“分析k+1”比“执行k”提前结束，则“执行k+1”可与“执行k”重叠
8.多处理机主要实现（）
A.指令级并行B.操作级并行
C.主存操作的并行D.作业、任务间并行
9.编号为0、1、2、…、15的16个处理器，用单级互连网络互连，用Shuffle互连函数时，与第5号处理器相连的处理器编号是（）
A.8B.9
C.10D.11
10.在智能机中，必不可少的组成部分不包括（）
A.知识库机B.通道处理机
C.推理机D.智能接口处理机
二、填空题（本大题共11小题,每空1分，共20分）
请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均不得分。
11.用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为_________；用微程序直接解释另一种机器指令系统实现软件移植的方法称为_____________。
12.引入数据表示的原则，一是看系统实现软件移植的效率是否提高，即是否减少了_______和存储空间，其次是看其通用性和____________是否高。
13.逻辑地址是程序员编程用的地址，主存______________是程序在主存中的实际地址。
14.指令格式优化指的是如何用最短的位数来表示指令的_____________和______________，使程序中指令的平均字长最短。
15.以IBM370系统为例，中断一般可以分成__________、访管中断、程序性中断、外部中断、______________、重新启动中断几类。
16.输入输出系统有3种方式，即程序控制I／O、_______________和______________方式。
17.向量的流水处理方式有横向（水平）处理、______________和_______________。
18.存储器的速度可用访问时间、_____________和频宽描述。
19.流水线按处理的级别可以分为部件级、________________和_______________。
20.与流水线处理机相比，阵列处理机利用的是____________，而不是时间重叠；利用并行性中的___________，而不是并发性。
21.归约机和数据流机都是基于数据流的计算模型，只是采用的驱动方式不同，数据流机是
采用____________，归约机则是__________。
三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）
22.简述堆栈机器（堆栈数据表示）的特点。
23.简述虚拟存储管理方式中段式存储管理的优缺点。
24.简述流水线瓶颈子过程的概念。
假设有一个3段的指令流水线如题24图所示，画图说明消除流水线瓶颈子过程的两种方法。
25.简述多处理机的操作系统中主从型操作系统的优缺点和适用场合。
26.简述超标量处理机的工作方式和特点。
四、简单应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
27.浮点数系统使用的阶基rp=2，阶值位数p=3，尾数基值rm=8，以rm为基的尾数位数m′=2，计算在非负阶、正尾数、规格化情况下的最小尾数值、最大尾数值、最大阶值、可表示数的最小值和最大值及可表示的数的个数。
28.编号为0~7的8个处理器，采用单级立方体互连网络互连，
（1）写出所有各种单级立方体互连函数的表达式；
（2）计算与5号处理器直接相连的处理器。
五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）
29.设中断级屏蔽位“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽，各级中断处理程序的中断级屏蔽位设置如题29表所示：
题29表
中断处理程序级别
中断级屏蔽位
1级
2级
3级
4级
第1级
0
0
0
0
第2级
1
0
1
0
第3级
1
0
0
0
第4级
1
1
1
0
（1）当中断响应优先次序为1→2→3→4时，其中断处理次序是什么?
（2）如果所有的中断处理都各需5个单位时间，中断响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。
当机器正在运行用户程序时，同时发生第2、3级中断请求，经过3个单位时间，又同时发生第l、4级中断请求，请画出程序运行过程示意图。
30.某虚拟存储器共有6
升级会员 