2009年4月高等教育自学考试《计算机系统结构》试题及答案.pdf

20092009 年年 4 4 月高等教育自学考试计算机系统结构月高等教育自学考试计算机系统结构课程代码：课程代码：0232502325一、单项选择题一、单项选择题(本大题共本大题共 1010 小题，每小题小题，每小题 1 1 分，共分，共 1010 分分)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。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(D )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(D )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(C )A.BCD 码 B.ASC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(B )A.外中断 B.IO 中断C.程序性中断 D.机器校验中断5.下列说法正确的是(D )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(C)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 )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(C )V1V2+V3V4V1*V5A.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.ILLIAC IV 是一种(B )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(B )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、填空题二、填空题(本大题共本大题共 2020 空，每空空，每空 1 1 分，共分，共 2020 分分)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_通用片_或现场片实现，等机器成熟取得用户信任后，再改用_用户片_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、_资源重复_和_资源共享_。13.自定义数据表示又分为带_标志符数据_表示和_数据描述符_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_系统软件_修改各中断级处理程序的_中断级屏蔽_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_顺序_地存贮和_顺序_执行。16.页式虚拟存贮器把_ 程序_空间和_ 主存_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_静态_流水线和 _动态_流水线。18.推后“分析k+1”和设置“_相关专用通路_”是解决重叠方式相关处理的两种基本方法。前者是以_降低速度_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_log2（N/2）_。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_粗_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_知识库机_、推理机_和智能接口处理机。三、简答题三、简答题(本大题共本大题共 5 5 小题，每小题小题，每小题 6 6 分，共分，共 3030 分分)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。答案：（1）系统结构设计考虑是否要设置乘法指令；（2 分）（2）计算机组成设计考虑是否要配置高速的乘法器；（2 分）（3）计算机实现考虑的是组成高速乘法器或加法移位器的器件集成度、类型、数量以及微组装技术。（2 分）23.简述设计 RISC 的一般原则。设计 RISC 的一般原则：（1）确定指令系统时，只选择使用频度很高的那些指令，再增加少量能有效支持操作系统、高级语言实现及其它功能的指令，大大减少指令条数，使之一般不超过100 条；（2）减少指令系统所用寻址方式种类，一般不超过两种；（3）让所有的指令都在一个机器周期内完成；（4）扩大通用寄存器数，一般不少于32 个，尽量减少访存，只有存取指令访存；（5）为提高指令执行速度，大多数指令都用硬联控制实现，少数指令才用微程序实现；（6）通过精简指令和优化设计编译程序，简单有效地支持高级语言的实现。（以上每点 1分）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。（1）回写法:CPU 只写入 Cache,不写入主存,仅当 Cache 块替换时,才先写回主存后再替换。(2分)这种方法要求对每个Cache 块增加一个修改位的资源开销；（1 分）（2）写直达法：CPU 每次写 Cache 的同时，也通过直接通路写入主存。（2 分）这种方法要增加写主存的时间开销。（1 分）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。答案：全局性相关是指转移指令与其后续指令之间的相关。（2 分）处理方法有：（1）猜测法，猜选其中一个分支继续流入，待条件码形成后再决定是继续执行，还是作废，按另一条重新流入；（2）提前形成转移所需的条件，包括指令内或程序段内条件码的提前生成；（3）加快短循环程序的处理，判断如属于短循环，将循环体各指令一次取入指令缓冲器中，停止预取指令；猜选分支恒选循环分支。(4)采取延迟转移，不必增加硬件，在编译生成目标指令程序时，将转移指令与其前面不相关的一条或多条指令交换位置，让成功转移总是延迟到在这一条或多条指令执行之后再进行。（处理方法写了一种 2 分，两种 3 分，三种 4 分。）26.简述全排列网络的概念及实现全排列网络的两种方法。可实现 N 个人端的所有 N！种排列的网络称全排列网络，即 N 个端所有一到一的传送都不会发生传送路径使用冲突的互连网络称全排列网络（2 分）。实现全排列网络的两种方法是：（1）在多级互联网络的输出端设置锁存器，使输出端的数据再一次通过多级互联网络（2分）；（2）将两个多级互联网络，即一个正网络和一个逆网络串接起来，合并掉中间的一级，组成 2log2（N）-1 级的多级网络。（2 分）四、简单应用题四、简单应用题(本大题共本大题共 2 2 小题，每小题小题，每小题 1010 分，共分，共 2020 分分)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；1*10（-1）=0.1（3 分）（2）可表示的最大值；10（2（3）-1）*（1-10（-2）=99*10（5）（4 分）（3）可表示的尾数个数。10（2）*（10-1）/10=90(3 分)28.有一个虚拟存贮器，主存有 03 四页位置，程序有 07 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。主存页面位置0123命中初始状态532页地址流2 3 5 2 4 0 1 2 4 65 5 5 5 5 5 5.2 2 2 4 4 4 4.4.63 3 3 3 3 3.1 1 1 1 2 2 2 2 2 .0 0 0 0 0 H H H H H（2）求出此期间虚存总的命中率H。H=5/10=50%(2 分)五、综合应用题五、综合应用题(本大题共本大题共 2 2 小题，每小题小题，每小题 1010 分，共分，共 2020 分分)29.在多处理机上求解x=a(b+c(d+e)+f(g+h1)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。Tp=4（2 分）T1=8（2 分）Sp=8/4=2(1 分)Ep=Sp/P=2/3(1 分)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。冲突向量 c=（101）（2 分）（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S1S2S3t1t2t3t4