计算机系统结构习题课1

1、选择题

系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的是（B ） A 汇编语言机器级——操作系统机器级——高级语言机器级 B 微程序机器级——传统机器语言机器级——汇编语言机器级 C传统机器语言机器级——高级语言机器级——汇编语言机器级 D汇编语言机器级——应用语言机器级——高级语言机器级

2、汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经（D ）来实现的。 A 编译程序解释 B 汇编程序解释 C 编译程序翻译 D 汇编程序翻译

3、对系统程序员不透明的应当是（ D） A、CACHE存储器 B、系列机各档不同的数据通路宽度 C、指令缓冲寄存器 D、虚拟存储器 4、计算机系统结构不包括（ A） A、主存速度 B、机器工作状态 C、信息保护 D、数据表示 5、系列机软件应做到（B ） A 向前兼容，并向上兼容 B 向后兼容，力争向上兼容 C 向前兼容，并向下兼容 D 向后兼容，力争向下兼容

6、在计算机系统设计中，比较好的方法是（ D）。 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

7、软件和硬件在实质上是完全不同的，但他们在（ B）上是逻辑等价的。 A 性能 B 功能 C 系统结构 D 价格

8、在相同的机器字长和尾数位数的情况下，浮点数尾数基值取小，可使浮点数（B ） A． 运算过程中数的精度损失降低 B． 数在数轴上的分布变密 C． 可表示数的范围增大 D． 可表示数的个数增多

9、浮点数尾数基值rm=8，尾数数值部分长6位，可表示的最小正尾数为（C ） A．0.5 B. 0. 25 C. 0.125 D.1/64 10、在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（ A ） A．截断法 B. 舍入法

C．恒置“1”法 D. ROM查表法

11、IBM370系统中断响应优先级级别最低的是（ D ） A．机器校验中断 B. 外中断

C．I/O中断 D. 重新启动中断 12、不属于堆栈型替换算法的是（ C ）

A．近期最少使用法 B.近期最久未用法 C．先进先出法 D.页面失效频率法

13、下列关于虚拟存贮器的说法，比较正确的应当是（ D ） A． 访主存命中率随页面大小增大而提高 B． 访主存命中率随页面容量增加而提高 C． 更换替换算法能提高命中率

D． 在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存 容量，可提高命中率

14、采用组相联映像的Cache存贮器，为提高其等效访问速度应（ B ） A． 增大主存容量（Cache大小不变） B． 增加Cache块数（块大小不变） C． 减小组的大小（块大小不变）

减小块的大小（组的大小不变）

15、浮点数尾数基值rm=16，除尾符之外的尾数机器位数为8位时，可表示的规格化最大正尾数为（ D ）

A．1/2 B. 15/16 C. 1/256 D. 255/256

16、总线控制机构为解决N个部件使用总线时有限次序的裁决，集中式定时查询，需另外增加控制线根数为（ C ） A．3 B. 2N＋1 C. 2＋ ┌log2N ┐ D. N＋2

17、计算机组成设计不考虑（ B ）

A．专用部件设置 B.功能部件的集成度 C．控制机构的组成 D.缓冲技术 18、属计算机系统结构考虑的应是（ C ）

A．主存采用MOS还是TTL B.主存采用多体交叉还是单体 C．主存容量和编址方式 D.主存频宽的确定 19、与全相联相比，组相联映象的优点是（A ）

A 目录表小 B 块冲突概率低 C 命中率高 D 主存利用率高

20、同时性指两个或多个事件在同一时刻发生，并发性指两个或多个事件在（ A）发生。 A、同一时间间隔 B、同一时刻 C、不同时刻 D、不同时间间隔 21、打印机适合连接到（B）

A、选择通道 B、字节多路通道 C、数组多路通道 D、任意一种通道 22、与流水线最大吞吐率高低有关的是（ C） A 各个子过程的时间 B 最快子过程的时间 C 最慢子过程的时间 D 最后子过程的时间 23、ILLIAC IV是一种（C）

A、流水线处理机 B 指令重叠处理机 C 阵列处理机 D 多处理机 24、BSP处理机属于（B ）

A、SISD系统 B、 SIMD系统 C 、MISD系统 D、MIMD系统

二、填空题

1、实现软件移植的主要途径有统一高级语言、系列机、 模拟 和 仿真 。

2、操作级并行的阵列机，按指令流和数据流的多倍性划分属于 SIMD 类型的计算机。 3、自定义数据表示又可分为带标志符数据表示和 数据描述符 两类。 4、传统机器级所具有的属性是高级语言程序员所( 看不见 )的，即对高级语言程序员是(透明 )的。

5、标志符与每个数据相连，合存于同一存储单元，用于描述 ____单个数据__ 的类型特征 6、计算机仿真用微程序解释，计算机模拟用 __机器语言_______ 解释。 7、评价存储器性能的基本要求是大容量、 高速度 和低价格。 8、程序的局部性包括 空间 上的局部性和 时间 上的局部性

D．

9、输入输出控制器的管理方式有三种：程序控制I/O 、 直接存储器访问DMA 和 I/O处理机方式 10、输入输出系统包括输入输出设备、 设备控制器 及与输入输出操作有关的 软、硬件 。 11、非专用总线控制方式中确定优先序可有 串行链接 、 定时查询 和独立请求等三种方式。 12、数据表示指能由机器 硬件 直接识别和引用的 数据类型 。数据结构要通过 软件 映像变幻成机器中的各种数据表示来实现。 13、研究流水线调度主要针对 非线性 流水线

14、异步流动流水线会出现顺序流动流水线不可能发生的“ 写-写 ” 相关和“ 先读后写 ”相关。

15、向量机中对向量的各种运算常用的加工方式为 横向加工 、 纵向加工 和纵横向加工。

16、8个节点的混洗网络，其混洗函数为Shuffle（P2P1P0）= p0p1p2

三、判断题（对的用R，错的用E）

1、系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。（× ）

2、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。（√ ）

3、开发并行性的资源重复计数途径是开发时间的并行性，也是提高系统可靠性的有效措施。

（× ）

4、哈夫曼编码或扩展操作码，只要短码不是长码的前缀，就能够保证唯一地解码和立即解码。（√ ）

5、计算机仿真不适合在两种结构差距大的计算机运用（√ ）

6、定时查询和独立请求均可用软件方法动态改变总线分配的优先级。（√ ）

7、SIMD 计算机的结构是指有n 个处理单元，按n 条不同指令的要求对多个数据流及其中间结果进行不同的处理，一个处理单元的输出作为另一个处理单元的输人。（ ×） 8、由于Cache 存储器的地址变换和块替换算法是用软件实现的，因此Cache 存储器对 应用程序员是透明的，而且Cache 对处理机和主存间的信息交往也是透明的。（ ×） 9、在总线中，若按功能和传送方向实施线的组合能减少所需的线数，如性质相似、方 向相反且不同时发生的两根单向线，可以用一根全双向线代替。 （ × ） 10、中断系统的软、硬件功能分配，实际上是中断处理的软件和中断处理的硬件的功能分配。（ √ ）

11、指令的重叠解释，既可加快程序的解释，又能加快指令的解释。（× ）

12、要使线性流水线的实际吞吐率接近于理想的最大吞吐率，应将子过程数分得越多越好。（× ） 13、流水机器处理中断应着眼于解决断点现场如何保存和恢复，并不在于如何缩短断流的时间，去追求流水的高吞吐率和高效率。（ √）

14、组相联映像的cache存储器共分为256组，每组4块，用完全的比较对法实现cache块替换，替换算法为LRU，cache存储器总共需要设置的比较对触发器个数为1024个。（×）

15、多处理机中，两个程序段之间若同时有先写后读和先读后写二种相关，以交换数据为

目的时，则必须并行执行，读写要完全同步，允许顺序串行和交换串行。 （× ） 四、简答题

1、试以实例简要说明计算机系统结构,计算机组成,与计算机实现的相互关系与影响. P6结构相同，可用不同的组成。如系列机中不同型号的机器结构相同，但高档机往往采用重叠流水等技术； 组成相同，实现可不同。如主存可用双极型，也可用MOS型等； 结构不同组成不同，组成的进步会促进结构的进步，如微程序控制； 结构的设计应结合应用和可能采用的组成。组成上面决定于结构，下面受限于实现；组成与实现的权衡取决于性价比等，结构、组成、实现的内容不同时期会不同。

2、通道分为那3种类型？各适合连接什么类型的设备？满负荷时，设备对通道要求的实际流量与所连设备有什么关系？

答案：通道分字节多路、数组多路、选择3类通道。宇节多路通道适合于连接大量低速的字符设备。满负荷时，设备对通道要求的实际流量应是所连各设备的流量之和。数组多路通道适合于连接高速的设备。满负荷时，设备对通道要求的实际流量应是所连各设备中，流量最大的那个。选择通道适合于连接中、高速的高优先级的设备。满负荷时，设备对通道要求的实际流量应是所连各设备中，流量最大的那个。

3、提高计算机系统并行性的技术途径有哪三个？简要解释并各举一系统类型的例子。

有时间重叠、资源重复、资源共享等三个途径。 时间重叠是让多个处理过程在实践上相互错开，轮流使用统一硬件设备的各个处理部分， 以加快执行速度的方法。如流水线处理机CRAY-1。

资源重复是通过重复设置硬件资源来提高性能。如阵列处理机ILLIAC-Ⅳ。

资源共享是利用软件方法让多个用户共享同一套资源，来提高资源利用率和系统性能的。 如多道程序分时系统、多处理机、分布处理系统、计算机网等。

4、什么是流水线的速度瓶颈？消除流水线速度瓶颈的方法有哪两种？举例示意说明。

一个由若干段组成的流水线，在达到稳定状态后所获得的吞吐率与其中延迟最大的那一 段长度有关，这一段就成为影响流水线速度的瓶颈。

消除流水线速度瓶颈的方法主要有两种：（1）尽量采取将瓶颈子过程再细分，使之接近 于流水线其他段的工作速度。（2）将多个瓶颈子过程并联。

5、简述SIMD阵列机的主要特征。

P208 五、应用题

1、N= —1.5，它的单精度格式表示为什么？

2、有一个页式虚拟存贮器，若分配给该道程序的主存有3页，采用LRU替换算法表示这3页的使用和替换过程。已知它在运行过程中访问程序空间的页地址流为： 2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2(p156)

3、有一个Cache存储器。主存共分8个块(0~7),Cache为4个块(0~3),采用组相联映象，组内块数为2块，替换算法为近期最少使用算法(LRU)。 (1)画出主存、Cache地址的各字段对应关系(标出位数)图; (2)画出主存、Cache空间块的映象对应关系示意图; (3)对于如下主存块地址流：1,2,4,1,3,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2,如主存中内容一开始未装入Cache中，请列出Cache中各块随时间的使用状况; (4)对于(3),指出块失效又发生块争用的时刻;

(5)对于(3),求出此期间Cache的命中率。 (P158)

4、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下：

中断处理程序级别 第1级 第2级 第3级 第4级

(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3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，过两个单位时间，又同时发生第1，4级中断请求，试画出程序运行过程示意图。 (P109)

5、有一个3段的流水线，预约表如下表所示。 （1） 写出禁止表和冲突向量

（2） 画冲突向量状态转移图并确定最佳调度方案。(P196)

时钟 段号 S1 S2 S3 T1 √ T2 √ T3 √ √ T4 √ 中断级屏蔽位 1级 2级 3级 4级 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0

6、向量D=A*（B+C），各向量元素个数均为N，参照CRAY-1方式分解为3条向量指令： ①V3←存储器 {访存取A送入V3寄存器组} ②V2←V0+V1 {B+C→K} ③V4←V2*V3 {K*A→D}

当采用下列3种方式工作时各需多少拍才能得到全部结果？ （1）①、②、③串行执行；

（2）①和②并行执行完后，在执行③； （3）采用链接技术 (p234)

7、阵列机有0—7共8个处理单元互连，要求按（0，5），（1，4），（2，7），（3，6）配对通信。

（1） 写出实现此功能的互连函数的一般式。

（2） 画出用3级立方体网络实现该互连函数的互联网络拓扑结构图，并标出各控制开关

状态。(P235)

8、现有16个PE(编号0~F)与网络连接，程序在某个时刻需实现下列通信配对：7←→D、6←→C、5←→F、4←→E、3←→9、2←→8、1←→B、0←→A。 （1）写出实现此功能的互连函数的一般式。

（2） 画出用3级立方体网络实现该互连函数的互联网络拓扑结构图，并标出各控制开关状态。因需实现双向交换功能，选择STARAN网络的交换功能 (级控制方式)可满

足要求。

网络拓扑结构： ∵共有16个结点，编码需要4位，∴开关共4级。 (7,D),(6,C),(5,F),(4,E),(3,9),(2,8),(1,B),(0,A)

开关控制： ∵≤7的结点←→＞7的结点，∴需1组16元交换； 注意：组内交换后结点次序已经镜像

∵0~3的结点←→8~B的结点，∴需2组8元交换； ∵0~1的结点←→A~B的结点，∴需4组4元交换；

∵0结点←→A结点配对，已经过3次镜像 ∴需8组2元交换。 1组16元交换 2组8元交换 4组4元交换 8组2元交换 Cube0+Cube1+Cube2+Cube3 Cube0+Cube1+Cube2 Cube0+Cube1 Cube0 Cube3

相加 Cube1+ 各级开关状态：k3k2k1k0=(1010)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 级 k0 k1 k2 k3

由此得出第1、3级开关状态为交换，第0、2级为直通 2.多级混洗交换网络( omega网络) 0 1 2 3 4 5 6 7 A B C D 2级 E F G H 1级 I J K L 0级 0 1 2 3

交换开关：四功能； 拓扑结构：多级Shuffle； Omega网络中各级编号的次序与 多级立方体网络正好相反，把 Omega网络的入、出端对调，就 等于多级立方体网络。

4 5 6 7 开关组合控制：

级控制、开关二功能--STARAN交换网络的逆网络； 部分级控制、开关二功能—STARAN移数网络的逆网络; 单元控制、开关二、四功能--更强大的功能。

网络关系：按全混方法 Shuffle（pn-1 pn-2 … p0）= pn-2 … p0 pn-1 则有： 入 0 →0 出 入 4→1 出 1 →2 5→3 2 →4 6→5 3 →6 7→7 混洗拓扑就是将编号为0，1….N-1的入端分成

前后个数相等的两半，前一半和后一半在连至

输出时顺次一一相隔。各级画好后，再将连线 沿途所经过的端号均标成同一端号即可。 例：画出0—7号共8个处理器的三级混洗交换网络，在该图 上标出实现将6号处理器数据播送给0—4号，同时将3号处理 器数据播送给其余3个处理器时的各有关交换开关的控制状态；

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