2022 年辽宁工程技术大学软件工程专业《计算机系统结构》科目期末 试卷 A (有答案).docx

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1、2023年辽宁工程技术大学软件工程专业计算机系统结构科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、非线性流水线是指（）A.一次运算中使用流水线中的多个功能段B.一次运算中要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.流水线的各个功能段在各种运算中有不同的组合2、“启动I/O指令是主要的输入输出指令，是属于（）oA.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令3、最能确保提高虚拟存贮器访主存的命中率的改进途径是（）A.增大辅存容量B.采用FIFO替换算法并增大页面C.改用1RU替换算法并增大页面D.改用1RU替换算法并增大页面数4、以下说法不正确

2、的是（）A.线性流水线是单功能流水线B.动态流水线是多功能流水线C.静态流水线是多功能流水线D.动态流水线只能是单功能流水线5、汇编语言程序经（）的（）成机器语言程序。A.编译程序，翻译B.汇编程序，翻译C.汇编程序，解释D.编译程序，解释6、外部设备打印机适合于连接到（）。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7、对机器语言程序员透明的是（）。A.中断字B.主存地址寄存器C.通用寄存器D.条件码8、在计算机系统设计中，比较好的方法是（）A.从上向下设计B.从下向上设计C.从两头向中间设计D.从中间开始向上、向下设计9、在计算机系统的层次结构中，机器被定义为（）的集合体A

3、.能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构B.硬件和微程序（固件）C.软件和固件D.软件和硬件10、在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）A.截断法B.舍入法C.恒置法D.ROM查表法二、填空题11、Cache系统的加速比是命中率H和与比值的函数12、先行控制（1ook-ahead）技术的关键是缓冲技术和预处理技术，以及这两者的相结合，通过对和数据流的预处理和缓冲，能够尽量使和独立地工作,并始终处于忙碌状态。13、一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，一般可采用方法或方法Q14、1RU替换算法的实现方法有和15、评价地址码个数不同的4种指令的优缺点的主要标准是和16、多体存储器属而

4、存储层次属17、解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是推后法和设置法两种基本方法。18、软件和硬件成本由和组成。19、一个程序在计算机上运行，花费的CPU时间为CPU的时钟周期乘以该程序所有机器指令使用CPU的时钟周期数，即CPU时间=20、基准网络的开关控制方式为采用法实现单元控制。三、判断题21、与重叠机器一样，流水机器在遇到转移指令，尤其是条件转移指令时，效率也会显著下降。（）22、由于CaChe存储器的地址变换和块替换算法是全硬件实现的，则CaChe存储器对系统程序员是不透明的，CaChe对处理机和主存间的信息交换是透明的。（）23、计算机仿真适合在两种结构差距大的机器间运用。（）24

5、、多处理机实现信息交换和同步最简单的方法是存储器共享。（）25、中断响应就是允许其中断CPU现行程序的运行，转去对该请求进行预处理，如保存好运算的数据结果，调出中断服务程序，准备运行。（）26、延迟转移技术是R1SC关键技术之一。（）27、对概率不等的事件用HUffman编码，其具体编码不唯一，但平均码长肯定是唯一的,且是最短的。（）28、超标量功能流水线能完成执行多种指令的功能。（）29、经常用的基本单元功能，宜于用软件实现，以降低实现费用。（）30、对标量数据来说，并行主存系统的实际频宽采用多体单字方式的要比采用单体单字方式组成的高。（）四、名词解释31、虚拟DMA：32、对称网络:33、

6、CPI：34、写后读冲突:35、线性流水线:36、尽早重启动:五、简答题37、什么是多处理机的一致性？给出解决一致性的监听协议和目录协议的工作原理。38、在有CaChe的计算机系统中，进行I/O操作时，会产生哪些数据不一致问题？如何克服?39、解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法?40、试比较三种通道的优缺点及适用场合。41、指令的执行可采用顺序执行、重叠执行和流水线三种方式，它们的主要区别是什么？各有何优缺点。六综合题42、计算机系统字长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了两台磁盘机和两台磁带机，多路通道上连接了了两台行式打印机，两台读卡机，10台终端，假定各设备的传输

7、率如下：磁盘机：800KBps磁带机：200KBPS行打机：6.6KBps读卡机：1.2KBps终端：IKBps计算该计算机系统的最大I/O数据传输率。43、假设各种分支指令数占所有指令数的百分比如卜丁条件分支20%(其中的60%是分支成功的)跳转和调用5%现有一条段数为4的流水线，无条件分支在第二个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第三个时钟周期结束时才能够被解析出来。第一个流水段是完全独立于指令类型的，即所有类型的指令都必须经过第一个流水段的处理。请问在没有任何控制相关的情况下，该流水线相对于存在上述控制相关情况下的加速比是多少？44、有一条静态多功能流水线由5段组成，加法用1、3

8、、4、5段，乘法用1、2、5段,第3段的时间为2A3其余各段的时间均为at,而且流水线的输出可以直接返同输入端或V4(A+B)暂存于相应的流水寄存器中。现要在该流水线上计署ii画出其时空图，并计算其乘法吞吐率、加速比和效率。参考答案一、选择题1、【答案】B2、【答案】B3、【答案】D4、【答案】D5、【答案】B6、【答案】B7、【答案】B8、【答案】D9、【答案】A10、【答案】A二、填空题11、【答案】主存周期CaChe周期12、【答案】指令流指令分析部件指令执行部件13、【答案】仿真，模拟14、【答案】计数器法比较对法15、【答案】定长操作码、HUffman编码16、【答案】系统、体系17

9、、【答案】相关专用通路18、【答案】一次性开发成本每个部件的生产成本19、【答案】CPU时钟周期数，时钟周期20、【答案】单元控制方式终端标记三、判断题21、【答案】对22、【答案】错23、【答案】错24、【答案】对25、【答案】错26、【答案】对27、【答案】对28、【答案】对29、【答案】错30、【答案】对四、名词解释31、答：它允许DMA设备直接使用虚拟地址，并在DMA传送的过程中由硬件将虚拟地址转换为物理地址。32、答：从任意结点来看，网络的结构都是相同的。33、答：每条指令执行的平均时钟周期数。34、答：考虑两条指令i和j,且i在j之前进入流水线，指令j用到指令i的计算结果，而且在i

10、将结果写入寄存器之前就去读该寄存器，因而得到的是旧值。35、答：线性流水线指各段串行连接、没有反馈回路的流水线。数据通过流水线中的各段时，每一个段最多只流过一次。36、答：在请求字没有到达时，CPU处于等待状态。一旦请求字到达，就立即发送给CPU,让等待的CPU尽早重启动，继续执行。五、简答题37、答：(1)对多个处理器维护一致性的协议称为Cache一致性协议。(2)目录协议的工作原理：采用一个集中的数据结构一目录。对于存储器中的每一个可以调入CaChe的数据块，在目录中设置一条目录项，用于记录该块的状态以及哪些Cache中有副本等相关信息。目录协议根据该项目中的信息以及当前要进行的访问操作，

11、依次对相应的CaChe发送控制消息，并完成对目录项信息的修改。此外，还要向请求处理器发送响应信息。(3)监听协议的工作原理：每个CaChe除了包含物理存储器中块的数据拷贝之外，也保存着各个块的共享状态信息。CaChe通常连在共享存储器的总线上，当某个CaChe需要访问存储器时，它会把请求放到总线上广播出去，其他各个CaChe控制器通过监听总线来判断它们是否有总线上请求的数据块。如果有，就进行相应的操作。38、答：(1)存储器中可能不是CPU产生的最新数据，所以I/O系统从存储器中取出来的是陈旧数据。(2)I/O系统与存储器交换数据之后，在CaChe中，被CPU使用的可能就会是陈旧数据。第一个问

12、题可以用写直达CaChe解决。第二个问题操作系统可以保证I/O操作的数据不在Caehe中。如果不能，就作废CaChe中相应的数据。39、答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段40、答：(1)字节多路通道。一种简单的共享通道，主要为多台低速或中速的外围设备服务。(2)数组多路通道。适于为高速设备服务。(3)选择通道。为多台高速外围设备(如磁盘存储器等)服务的。41、答：(1)指令的顺序执行是指指令与指令之间顺序串行。即上一条指令全部执行完后，才能开始执行下一条指令。优点：控制简单，节省设备。缺点：执行指令的速度慢，功能部件的利用率低。(2)指令的重叠指令是在相邻的指令之间，让第k条指令与取第k+1条指令

13、同时进行。重叠执行不能加快单条指令的执行速度，但在硬件增加不多的情况下，可以加快相邻两条指令以及整段程序的执行速度。与顺序方式相比，功能部件的利用率提高了，控制变复杂了。(3)指令的流水执行是把一个指令的执行过程分解为若干个子过程，每个子过程由专门的功能部件来实现。把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，每个子过程与其它的子过程并行进行。依靠提高吞吐率来提高系统性能。流水线中各段的时间应尽可能相等六综合题42、解：本题要求计算通道的吞吐率，而且机器有一个多路通道，这就有两种可能：字节多路通道和数组多路通道。因为如果将多路通道组织成数组多路通道，某个时刻通道只能为一台设备传送数据，所以它的

14、传输率是所有设备的传输率的最大值，而如果将它组织成字节多路通道，该通道的最大传输率就是所有设备的传输率之和。所以在本题中，从性能上考虑，应组织成字节多路通道形式。所以此类通道的最大传输率为：fvu=Efi=f2+f2+fX1o=25.6KBPS(i=1.14)jBYTE打印机传16率读卡机件蛤军修靖传军,(2)两个选择通道连接的设备相同，所以只要计算其中一个通道的传输率既可。因为磁盘机的传输率大于磁带机。所以此类通道的传输率为：max800,200)=800KBps所以本系统的最大数据传输率为：1=2800+25.6=1625.6KBpSo43、解：没有控制相关时流水线的平均CP1=I存在控制

15、相关时：由于无条件分支在第二个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第3个时钟周期结束时才能被解析出来。所以：(1)若使用排空流水线的策略，则对于条件分支，有两个额外的sta11,对无条件分支，有一个额外的sta11：CPI=1+20%*2+5%*1=1.45加速比S=CPI1=1.45(2)若使用预测分支成功策略，则对于不成功的条件分支，有两个额外的sta11,对无条件分支和成功的条件分支，有一个额外的sta111：CPI=1+20%*(60%*1+40%*2)+5%*1=1.33加速比S=CPI1=1.33(3)若使用预测分支失败策略，则对于成功的条件分支，有两个额外的sta11：对无条件分支，有一个额外的sta11；对不成功的条件分