计算机系统结构考试题目及参考答案.doc

一：名词解释
1：虚拟机：由软件实现的机器。
2：CPI：是衡量CPU执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟周期数。
3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。
5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。
6：CISC/RISC：CISC：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的指令，来提高操作系统效率的计算机。RISC：即精简指令系统计算机，指在系统中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。
7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。
8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。
9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。
10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。
11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。
12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。[由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。]

二：选择题
1，直接执行微指令的是（ C ）
A 汇编程序 B 编译程序 C 硬件 D微指令程序
2，对汇编语言程序员不透明的是（ C ）
A 程序计数器 B主存地址寄存器 C条件码寄存器 D指令寄存器
3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（ B ）为中心的
A运算器 B控制器 C存储器 D I/O设备
4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ C ）
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计算机各部分硬件的实现
5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（ B ）
A 采用统一的高级语言 B采用统一的汇编语言
C 模拟 D仿真
6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（ A ）
A流水处理机 B多处理机 C 阵列处理机 D集群系统
7，多处理机实现的并行主要是（B）
A指令级并行 B 任务级并行 C 操作级并行 D操作步骤的级并行

8计算机系统结构不包括（ B ）
A信息保护 B存储速度C数据表示D机器工作状态
9，不需要编址的数据存储空间（ D ）
A CPU通用寄存器 B 主存储器 C I/O寄存器 D堆栈
10，RISC执行程序的速度比 CISC 快的原因是（ C ）
A RISC指令系统中条数较少 B 程序在RISC编译生成的目标程序较短
C RISC指令平均执行周期数较少 D RISC中只允许LOAD和STORE指令存储
11，程序员在编写程序时，使用的访存地址是（ B ）
A主存地址 B逻辑地址 C物理地址 D有效地址
12，虚拟存储器主要是为了（A）
A扩大存储器系统容量 B提高存储器系统速度
C扩大存储器系统容量和提高存储器系统速度 D便于程序的访存操作
13，与全相联映像相比，组相联映像的优点是（ B ）
A目录表小 B块冲突概率低 C命中率高 D主存利用率高
14，输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（ C ）
A程序控制方式 B中断 C DMA方式　D上述三种方式
15，在配置了通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时引起的中断是（ A ）
A访管中断 B I/O中断 C程序性中断 D外部中断
16，当计算机系统通过执行通道程序， 完成输入输出工作时，执行通道程序的是（B）
A CPU B 通道 C CPU和通道 D指定的外设

三：填空
1，常见的计算机系统结构的分类法有两种：Flynn分类法，冯氏分类法
冯氏分类法是根据系统的最大并行度对计算机系统结构进行分类，大多数的位并行的单处理机属于 字串位并 的处理机方式
2，由软件实现的机器称为：虚拟机
3，在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是 透明的。
4，软件 是促进计算机发展的最重要的因素；
应用 是促进计算机发展的根本动力；
器件 是促进计算机发展的最活跃的因素；
5，程序的局部性包含 时间局部性 和 空间局部性。
6，实现程序可移植性的主要途径有 统一的高级语言、系列机、模拟、仿真。
7，软件兼容的4种形式：向上兼容 、向下兼容、 向前兼容 、向后兼容，向后兼容是软件兼容的根本特征。
8，广义的说，并行性包含 同时性 和 并发性。
9，从执行程序的角度来看，并行性依次从低到高：指令内部并行，指令间并行，任务级并行，作业级并行；从处理数据的角度来看，并行性依次从低到高：字串位串，字串位并，字并位串，全并行。
10，在整个计算机系统中，提高并行性的技术途径主要有3种：时间重叠，资源重复，资源共享
11，在高性能的单处理机系统中，起主导作用的是：时间重叠 ，它的实现基础是：部件功能的专用化
12，CPU用来存储操作数的存储单元主要有：堆栈，累加器，通用寄存器组
13，改变控制流程的四种情况：跳转，条件分支，过程调用，过程返回
14，指令系统的编码格式有：定长编码格式，变长编码格式，混合型编码格式
15，存储层次的性能参数有：平均每位的价格，命中率，平均访存时间
16，随机算法中随机选择块；先进先出算法中选择最先调用的块；最近最少使用算法中，选择 近期最少被访问的块
17，评价I/O系统性能参数：响应的时间，吞吐率，I/O系统容量，连接特性

四：问答题
1.试用实例来说明计算机系统结构，计算机组成和计算机实现，哪些属于计算机系统结构？哪些属于计算机组成？哪些属于计算机实现？
答：
计算机系统结构，计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，系统结构是计算机系统的软、硬件界面；计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。一种系统结构可以有多种组成；一种组成可以有多种实现。同一系列机中各种型号的机器具有相同的系统结构，但采用不同的组成和实现技术，因而具有不同的性能和价格。

1， 系列机对计算机发展的意义是什么？系列机对计算机软件兼容的基本要求是什么？
答：
（1）：计算机技术不断发展,系列机的概念和设计技术也会有所变化。其趋势是：①当中央处理器硬件的成本比软件或系统的成本小得多时，系列机不一定在中央处理机的硬件设计上过多地分档，而以某种“积木化”方式在性能和外围设备配置上分档。②生产厂家在保证用户程序兼容这一系列机最主要特征的情况下，还将研制与传统系列机概念不同的各式各样的系列机，尤其在微型与小型计算机方面的表现更为明显。:9

（2）：系列机内各档机器的软件兼容指的是机器语言程序和编译程序不加修改地通用于各档机器，有相同的系统结构，各型号之间必须是程序兼容的或向上兼容的。

2， 地址映像的方法有哪几种？各有什么优缺点？
答：
（1）全相联映像。实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。Cache空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache的失效率也低。
（2）直接映像。实现查找的机制简单，速度快。Cache空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。
（3）组相联映像。组相联是直接映像和全相联的一种折中。

3， 通道分为哪三种类型？分别为哪三种外部设备服务？
答：
（1）：字节多路通道，主要为多台中、低速外设服务。
（2）：选择通道，主要应用于高速外设，如磁盘。
（3）：数组多路通道，结合上述两种通道的特点轮流为任何外设服务。

五：计算题
1：测试程序的执行时间中，浮点数平方根指令 FPSQR占全部指令的10%，现有两种改进方案：
⑴：采用FPSQR硬件，使其速度加快到10倍；
⑵：使所有浮点数指令FPSQR速度加快到4倍，FP指令占整个程序执行时间的40%；
比较两种方法优劣？

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